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采用單片機(jī)進(jìn)行采集光照、雨滴兩個外部天氣信號，并通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)衣架，旋轉(zhuǎn)衣架通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)外部天晴，且無雨時，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽光時，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。

控制總體款圖如下圖2.1所示，通過光照傳感器和雨滴傳感器感知外部天氣的光照和雨滴情況，按鍵設(shè)定光照和雨滴的閾值，衣架位置傳感器采集衣架所在位置，最后單片機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，將衣架來回于室內(nèi)室外。

為了對外部光照強(qiáng)度的測量，文檔采用光敏電阻對光照進(jìn)行測量，如圖2.2.1所示光敏電阻，此光敏電阻是負(fù)參數(shù)的光敏電阻，也就是說光照增強(qiáng)后電阻阻減小，我們通過實驗測量得到光敏電阻的電子變化范圍在幾百歐姆到幾兆歐姆之間變化，當(dāng)光強(qiáng)度很大時，光敏電阻的阻值可達(dá)幾百歐姆，當(dāng)在黑暗的環(huán)境中時，測量光敏電阻兩端的阻值，可達(dá)幾兆歐姆的電阻。

為了實現(xiàn)與光敏電阻的阻值想匹配的電阻，我們采用10K的電阻進(jìn)行上拉電阻。通常情況下，光敏電阻的阻值在千歐姆上，所以當(dāng)光照強(qiáng)度很大時，光敏電阻的阻值很小，進(jìn)行圖2.2.2電路后輸出的信號就是很小的電壓信號；當(dāng)光照強(qiáng)度很小時，即黑暗情況下，光敏電阻的阻值很大，進(jìn)行圖2.2.2電路后輸出的信號就是接近供電電源的電壓3.3V。在電壓信號輸出后，采用104電容進(jìn)行濾波，已得到更平滑的信號波形，方便單片機(jī)對信號的處理，不會因為光照的不穩(wěn)定，而導(dǎo)致誤判。

雨滴傳感器又叫雨滴檢測傳感器，用于檢測是否下雨及雨量的大小，如圖2.3.1所示。雨滴傳感器的種類有：（1）根據(jù)雨滴沖擊能量的變化進(jìn)行檢測；（2）利用靜電電容量變化進(jìn)行檢測；（3）利用光亮變化進(jìn)行檢測。

本文檔采用的圖2.3.1雨滴傳感器檢測雨滴，當(dāng)雨滴滴到檢測極板上時，檢測極板的電阻就會發(fā)生變化，通過上拉電阻就可以檢測極板輸出的電壓變化。

如圖2.3.3所示的是雨滴傳感器的電路圖，通過上拉10K電阻將雨滴傳感器的電阻變化得到電壓變化，最后通過運(yùn)放實現(xiàn)信號的調(diào)理，還有LED的指示可以清楚的了解電路工作情況。

為了識別衣架位置，我們采用紅外傳感器進(jìn)行判斷衣架的位置，當(dāng)衣架運(yùn)動到紅外傳感器可以檢測的范圍內(nèi)時，紅外傳感器就輸出一個變化的信號，通過單片機(jī)讀取后就知道衣架現(xiàn)在運(yùn)動到什么位置了。實物圖如圖2.4.1所示。

如圖2.4.2所示，三極管Q采用9013小功率三極管，單片機(jī)通過IO口驅(qū)動三極管的b極，通過1K電阻進(jìn)行限流，防止電流過大燒毀三極管和單片機(jī)。

紅外接收管的工作功率為75mW，開啟電壓0.39V，為了實現(xiàn)接收，采用如圖2.4.3所示，NE5532運(yùn)放作為電壓跟隨器跟隨接收管上電壓的變化，單片機(jī)通過IO口中斷讀取數(shù)據(jù)，通過10K電阻進(jìn)行限流，防止電流過大燒毀三極管。

我們分別在室內(nèi)和室外兩個地方各安裝一個傳感器，當(dāng)衣架運(yùn)動是室內(nèi)時，為了不讓衣架運(yùn)動過度，通過紅外傳感器檢測到衣架后，將衣架停止。當(dāng)衣架運(yùn)動是室外時，為了不讓衣架運(yùn)動過度，通過紅外傳感器檢測到衣架后，將衣架停止，晾曬衣物。

STM32系列單片機(jī)是一款高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用的單片機(jī)，它的內(nèi)核是ARM Cortex-M3。ST公司對STM32進(jìn)行了產(chǎn)品劃分，按性能分成兩個不同的系列：STM32F103屬于增強(qiáng)型系列和STM32F101是基本型系列。增強(qiáng)型STM32F103系列的系統(tǒng)時鐘頻率可達(dá)到72MHz，是同類中低端產(chǎn)品中性能是屬于最高的一款產(chǎn)品。STM32F101基本型的系統(tǒng)時鐘頻率是36MHz，它的16位產(chǎn)品比其他公司的16位產(chǎn)品在價格上有大幅提升了性能，是16位單片機(jī)用戶的最好的選擇。STM32F103與STM32F101系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，所不一樣的是SRAM的最大容量是和外部設(shè)備接口的組合。當(dāng)系統(tǒng)時鐘的頻率為72MHz時，單片機(jī)從內(nèi)部閃存位置開始執(zhí)行初始代碼，STM32總的系統(tǒng)功耗36mA，是32位單片機(jī)市場中功耗最低的一款產(chǎn)品，電流頻率比為0.5mA/MHz。圖2.5.1是STM32F103C8T6的實物圖。

STM32F103C8T6總共有48個引腳，PA0—PA15端口A15個、PB0—PB15端口B15個，2個外部晶振引腳OSC_IN、OSC_OUT，1個復(fù)位引腳NRST，2個32.768K的實時時鐘晶振引腳，BOOT0程序驅(qū)動腳。VDDA、VDD_1、VDD_2、VDD_3與VSS、VSS_1、VSS_2 、VSS_3總共8個電源引腳，包括模擬供電電源。內(nèi)核采用ARM 32位的Cortex-M3，最高72MHz工作頻率，單周期乘法和硬件除法；存儲器采用從64K字節(jié)的閃存程序存儲器，高達(dá)20K字節(jié)的SRAM；時鐘、復(fù)位和電源管理采用3.6伏供電和I/O引腳，上電/斷電復(fù)位(POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測器(PVD)，8MHz晶體振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器，內(nèi)嵌帶校準(zhǔn)的40kHz的RC振蕩器，產(chǎn)生CPU時鐘的PLL，帶校準(zhǔn)功能的32kHz RTC振蕩器；低功耗模式有睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式，VBAT為RTC和后備寄存器供電；2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時間(多達(dá)16個輸入通道) ，轉(zhuǎn)換范圍：0至3.6V，雙采樣和保持功能，還有內(nèi)部溫度傳感器；內(nèi)部共有7通道DMA控制器，支持的外設(shè)有3個定時器、ADC、SPI、I2C和USART等；調(diào)試模式可選擇串行單線調(diào)試(SWD)和JTAG接口。如圖2.5.2所示。

圖2.5.3與圖2.5.4是STM32F103C8T6的外部時鐘，本方案采用8M外部晶振，進(jìn)過內(nèi)部9倍頻后得到72M系統(tǒng)時鐘，圖5與圖6中的30pF電容與10pF電容為晶振的啟動電容，不能偏大也不能偏小，鏈接8M的晶振上經(jīng)典值電容應(yīng)該選擇30pF，32.768K晶振上的電容最大不能超過15pF，晶振連接圖如圖所示。

單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、晶振、復(fù)位電路，圖2.5.5所示為單片機(jī)的復(fù)位電路，SW1為復(fù)位按鍵，常態(tài)為開，當(dāng)按下時為閉合，R4為10K電阻，上拉電阻的選取沒有固定的要求，通常選取10K，C5為濾波電容，大小選擇104電容，也就是100nF陶瓷電容，防止復(fù)位按鍵抖動，導(dǎo)致系統(tǒng)誤復(fù)位，啟動濾除系統(tǒng)脈沖的作用，保護(hù)最小系統(tǒng)的正常工作。通常機(jī)械按鍵都有一個抖動過程，就需要通過這個電容來濾除按鍵產(chǎn)生的抖動。

通常供電電源都有小幅波動，需要通過使用大電容來濾除電源抖動，圖2.5.6的4個電容是靠近STM32F103C8T6的電源引腳上放的，防止電源引腳有抖動信號的干擾。104電容為通用的選取阻值。

為了實現(xiàn)單片機(jī)的正常工作，就需要為單片機(jī)提供穩(wěn)定的供電電源，這里使用LM1117線性穩(wěn)壓芯片為單片機(jī)提供穩(wěn)定的+3.3V電源，圖2.5.7中P6與P7為排針，方便杜邦線的插拔，C8、C6為+5V電源的輸入濾波電容，穩(wěn)定輸入的+5V電壓，使用100nF濾除高頻干擾，100uF濾除低頻干擾，C9、C7為輸出濾波電容，穩(wěn)定輸出電壓，使用100nF濾除輸出的高頻干擾，100uF濾除輸出的低頻干擾，為單片機(jī)提供可靠的供電電源。

圖2.5.8為單片機(jī)下載方式選擇端，或者是程序驅(qū)動方式選擇端。STM32有三種啟動模式對應(yīng)的存儲介質(zhì)均是芯片內(nèi)置的，它們是：

3）系統(tǒng)存儲器 = 芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時在這個區(qū)域預(yù)置了一段Bootloader，就是通常說的ISP程序。這個區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個ROM區(qū)。

在每個STM32的芯片上都有兩個管腳BOOT0和BOOT1，這兩個管腳在芯片復(fù)位時的電平狀態(tài)決定了芯片復(fù)位后從哪個區(qū)域開始執(zhí)行程序，見下表：

BOOT1=0 BOOT0=1 從系統(tǒng)存儲器啟動，這種模式啟動的程序功能由廠家設(shè)置。

BOOT1=1 BOOT0=1 從內(nèi)置SRAM啟動，這種模式可以用于調(diào)試。

要注意的是，一般不使用內(nèi)置SRAM啟動(BOOT1=1 BOOT0=1)，因為SRAM掉電后數(shù)據(jù)就丟失。多數(shù)情況下SRAM只是在調(diào)試時使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部診斷，寫一段小程序加載到SRAM中診斷板上的其他電路，或用此方法讀寫板上的Flash或EEPROM等。還可以通過這種方法解除內(nèi)部Flash的讀寫保護(hù)，當(dāng)然解除讀寫保護(hù)的同時Flash的內(nèi)容也被自動清除，以防止惡意的軟件拷貝。

一般BOOT0和BOOT1跳線都跳到0(地)。串口下載的情況下，BOOT0=1，BOOT1=0 ，再復(fù)位，點擊下載，下載完成后，把BOOT0的跳線接回0，也即BOOT0=0，BOOT1=0 。所以為了方便期間我們將BOOT1直接通過100K下拉電阻拉直地，只通過BOOT1就能進(jìn)行選擇下載方式。

STM32的下載方式可以分為兩種方式：第一種是20引線的JTAG下載；第二種是5引線的SW下載方式，這里使用SW下載方式，所以具體分析第二種下載方式（SW下載），五根引線的連接分配如下表格：

圖2.5.9為實物圖中的連接方式，+3.3V、GND為電源引腳，SWDIO下載數(shù)據(jù)的引腳、SWCLK是下載數(shù)據(jù)的時鐘引腳，NRST為單片機(jī)復(fù)位引腳，也為下載器的復(fù)位引腳。

STM32系列單片機(jī)內(nèi)部集成AD模塊，所以我們只需要使用STM32控制器即可實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)化和音頻數(shù)據(jù)編碼后控制紅外發(fā)射電路的工作方式。

步進(jìn)電機(jī)采用ULN2003進(jìn)行驅(qū)動，ULN2003是ST公司旗下的一款步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的高性能芯片，高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個硅NPN 復(fù)合晶體管組成。芯片內(nèi)部原理圖如圖2.6.1所示，邏輯是反向的。

單片機(jī)通過IO控制輸出驅(qū)動ULN2003的輸入信號，因為單片機(jī)的IO輸出電流和功率不足以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，所以采用ULN2003專用驅(qū)動芯片驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，ULN2003輸出后的信號直接接到步進(jìn)電機(jī)的引腳上，如圖2.6.2所示。

由于Nokia5110液晶的四大優(yōu)點所以選擇作為顯示模塊，如圖3-6-1所示：

1)性價比高，LCD1602可以顯示32個字符，而Nokia5110可以顯示15個漢字，30個字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。

2)接口簡單，僅四根I/O線即可驅(qū)動，1602需11根I/O線，12864需12根。

4) Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。

5110液晶的引腳定義為RST復(fù)位引腳、CE片選引腳、DC數(shù)據(jù)/命令切換引腳、Din數(shù)據(jù)輸入引腳、CLK時鐘引腳，BL背光開關(guān)引腳，5110供電電壓可在+3V—+5V，我們方案采用+3.3V，如圖2.7.1所示。

如圖2.8所示，按鍵電路圖，上拉10K電阻檢測按鍵情況，當(dāng)按鍵按下后，輸出電平是低電平0，當(dāng)按鍵抬起后，輸出電壓是高電平3.3V。

軟件部分采用C語言進(jìn)行編寫，開發(fā)環(huán)境選擇keil4。采用單片機(jī)進(jìn)行采集光照、雨滴兩個外部天氣信號，并通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)衣架，旋轉(zhuǎn)衣架通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)外部天晴，且無雨時，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽光時，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。

所以我們可以通過表格發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)外部天氣是晴天，且沒有雨的時候，衣物是可以進(jìn)行晾曬的，其他條件下，都需要將衣物拿回室內(nèi)。

本文檔設(shè)計并實現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)，通過實驗調(diào)試，當(dāng)外部天晴，且無雨時，衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽光時，轉(zhuǎn)回室內(nèi)。完成要求中智能晾衣桿全自動工作，實現(xiàn)無人操控；晾衣桿有兩個位置，伸出去，縮回來；可以進(jìn)行位置檢測：晾衣桿伸出去時，到達(dá)指定位置能夠停下來；有軟件容錯處理：晾衣桿伸縮過程中遇到各種障礙，能夠通過軟件容錯處理來停止；使用光敏傳感器：天黑時候?qū)⒁路栈貋恚炝習(xí)r候或者陽光猛烈的時候伸出去晾曬；使用雨滴傳感器：下雨的時候?qū)⒁路栈貋恚粎?shù)靈敏度可以調(diào)節(jié)（動態(tài)設(shè)置）：按鍵+液晶顯示；采用5V供電：5V電源供給單片機(jī)、電機(jī)。

本文檔實現(xiàn)了智能晾衣系統(tǒng)，還需要結(jié)合市場，對衣架的結(jié)構(gòu)和工作方式。比如旋轉(zhuǎn)還是上下伸縮，前后伸縮等，進(jìn)一步完善系統(tǒng)，使之滿足市場需求，更好的為客戶服務(wù)

值此文檔即將完稿之際，向所有關(guān)心和幫助我的朋友表示衷心的感謝！首先，要感謝我的導(dǎo)師。兩年多來，在老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下，我完成了本課題硬件系統(tǒng)的搭建、監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和實驗分析以及文檔撰寫等工作。導(dǎo)師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、求實的精神以及高尚的個人品質(zhì)，給我留下了深刻的印象，使我受益終身。兩年多來，無論是在學(xué)業(yè)上還是在生活中導(dǎo)師都給予我無微不至的關(guān)懷，寬容對待我的犯錯，其坦誠與親和感染了我。借此機(jī)會，我要向尊敬老師致以最誠摯的謝意！

兩年多來，同窗好友等人在我的學(xué)業(yè)和生活中給予我莫大的支持和幫助，與他們分享我進(jìn)步的快樂，分擔(dān)失敗的苦澀是人生中的幸事！感謝我的師兄，他們在我的學(xué)習(xí)過程中引導(dǎo)我前進(jìn)，教我把握課題的進(jìn)度，我今天的文檔和他們的關(guān)心是分不開的。感謝師弟、師妹們的無私幫助！感謝求學(xué)期間給我提供幫助的老師、同學(xué)！

最后，我要感謝我的所有親人在我求學(xué)生涯中給予我一貫的支持和鼓勵！

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "key.h"
#include "usart.h"
#include "key.h"
#include "nokia_5110.h"
#include "adc.h"
void motor_forward(void);
void motor_back(void);
int main(void)
{
while(1)
{
key = KEY_Scan();
switch(key)
{
case 1:
{
k=0;
light_set++;
if(light_set >= 10)
light_set = 0;
}
break;
case 2:
{
k=0;
rain_set++;
if(rain_set >= 10)
rain_set = 0;
}
break;
default:
k++;
break;
}
delay_ms(5);
sprintf(str,"light_set:%d",light_set);
LCD_write_String(0,1,str);
sprintf(str,"rain_set:%d",rain_set);
LCD_write_String(0,3,str);
if(k>=1000)
break;
}
while(1)
{
light = Get_Adc_Average(0,10);
light = light/410;
rain = Get_Adc_Average(1,10);
rain = rain/410;
son = Get_Adc_Average(2,10);
son = son/410;
soff = Get_Adc_Average(3,10);
soff = soff/410;
sprintf(str,"light:%d",9-light);
LCD_write_String(0,0,str);
sprintf(str,"light_set:%d",light_set);
LCD_write_String(0,1,str);
sprintf(str,"rain:%d",9-rain);
LCD_write_String(0,2,str);
sprintf(str,"rain_set:%d",rain_set);
LCD_write_String(0,3,str);
sprintf(str,"state:%d %d",son,soff);
LCD_write_String(0,4,str);
sprintf(str,"state:off");
LCD_write_String(0,5,str);
}
}
void motor_forward(void)
{
MOTOR1 = 0;
MOTOR2 = 1;
MOTOR3 = 1;
MOTOR4 = 1;
delay_ms(10);
MOTOR1 = 1;
MOTOR2 = 0;
MOTOR3 = 1;
MOTOR4 = 1;
delay_ms(10);
MOTOR1 = 1;
MOTOR2 = 1;
MOTOR3 = 0;
MOTOR4 = 1;
delay_ms(10);
MOTOR1 = 1;
MOTOR2 = 1;
MOTOR3 = 1;
MOTOR4 = 0;
delay_ms(10);
}
void motor_back(void)
{
MOTOR1 = 1;
MOTOR2 = 1;
MOTOR3 = 1;
MOTOR4 = 0;
delay_ms(10);
MOTOR1 = 1;
MOTOR2 = 1;
MOTOR3 = 0;
MOTOR4 = 1;
delay_ms(10);
MOTOR1 = 1;
MOTOR2 = 0;
MOTOR3 = 1;
MOTOR4 = 1;
delay_ms(10);
MOTOR1 = 0;
MOTOR2 = 1;
MOTOR3 = 1;
MOTOR4 = 1;
delay_ms(10);
}

復(fù)制代碼

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引腳名	描述	引腳分配
JTMS/SWDIO	串行線輸入/輸出	PA13
JTCK/SWCLK	串行線時鐘	PA14
NRST	復(fù)位	NRST
VDD	3.3V	VDD
GND	地	GND

是否有陽光	是否下雨	衣架動作
否	否	收回室內(nèi)
否	是	收回室內(nèi)
是	否	出室晾曬
是	是	收回室內(nèi)

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