基金项目：南昌航空大学第十四届“三小”项目（编号：2019HZ012）收稿日期：2020－05－11
陈玉青，洪连环※，胡
斌
（南昌航空大学航空制造工程学院，南昌
330063）
摘要：设计了基于STC89C52单片机的智能晾衣架系统，实现无人在家也能根据大气环境自动晾衣功能。通过定时芯片DS1302设定定时区间来识 别昼夜，不受其他光源的影响。结合DHT11湿度传感器及LCD1602进行湿度的检测及数值的显示，通过单片机综合处理这些信息控制步进电机的正反转，达到智能晾衣的效果。该系统设定2种工作方式，定时区间和预设湿度值均可调，并且采用太阳能电池板供电，是一个具有灵活性、通用性、稳定性的节能型智能晾衣架，具有一定的推广价值。关键词：STC89C52；DS1302；湿度检测；太阳能供电中图分类号：TP368.1；TM925 文献标志码：A
文章编号：1009－9492(2020)11－0043－03
Design of Intelligent Rainproof Telescopic Drying Rack Based on STC89C52SCM
Chen Yuqing ，Hong Lianhuan ※，Hu Bin
（School of Aeronautical Manufacturing Engineering,Nanchang Hangkong University,Nanchang 330063,China ）
Abstract:An intelligent clothes drying rack system based on STC89C52MCU was designed,which can automatically dry clothes according to the atmospheric
environment when no one is at home.The timing interval is set by timing chip DS1302to identify day and night,which is not affected by other light sources.Combined with DHT11humidity sensor and LCD1602,the humidity detection and numerical display were carried out.Through the comprehensive processing of these information by single chip microcomputer,the positive and negative rotation of stepping motor was controlled to achieve the effect of intelligent clothes
drying.The system has two working modes,timing interval and preset humidity value can be adjusted,and solar panels are used for power supply.It is an energy-saving intelligent clothes hanger with flexibility,versatility and stability,which has certain promotion value.Key words:STC89C52;DS1302;humidity detection;solar power supply
第49卷
第11期
Vol.49No.11
机
电工程技术
MECHANICAL &ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY
DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2020.11.011
陈玉青，洪连环，胡斌.基于STC89C52单片机智能防雨伸缩晾衣架设计［J ］.机电工程技术，2020，49（11）：43-45.
0引言
随着当今时代的发展和变化，人们对于生活的舒适度和便捷度要求越来越高，于是智能家居在近几年成为热议话题并且快速发展。对于上班族来说，晾晒衣物作为生活中重要部分，仍然普遍存在着衣物被淋湿或者被打湿的情况[1]，故对晾衣架的智能性要求越来越高。目前已有的一些自动升降晾衣架，用户通过遥控装置控制，仅仅是解决了传统晾衣费力的问题，并且由于价格较高，真正使用的家庭比较少[2]。已经研究的可自动伸缩的防雨晾衣架，大多都是通过光传感器或者光敏电阻识别白天和夜晚来实现晾衣架的伸缩。然而使用光敏传感或光敏电阻识别存在一定的误差，在晚上容易受到室内灯光或者邻居灯光的影响，从而导致错误识别伸出衣架，造成弄湿衣物的后果。本文设计的智能防雨伸缩晾衣架系统，通过DS1302定时芯片设定定时区间来精确定时区别白天与夜晚[3]，不会受到外界光照的影响，很好地解决了这一问题。
1系统总体设计
本系统以STC89C52单片机芯片作为主控元件，与外围电路形成的单片机最小系统作为核心控制模块。通过太阳能电池板为系统供电，结合湿度检测模块和定时器定时模块进行大气环境湿度信息的检测以及昼夜变化的判定，通过液晶屏显示模块进行检测信息的显示以及按键设定信息的显示，单片机对这些信息进行处理并输出信号控制步进电机驱动模块
的动作，并且联合指示灯实时显示系统状态。系统各模块构成的总体结构框图如图1所示。
2系统硬件设计
2.1单片机最小系统
选用单片机最小系统作为整个晾衣架设计的控制中心，其中，控制芯片采用STC89C52，具有低功耗性和极强的稳定性。采用内部时钟电路为整个系统协调各模块运行提供基准脉冲，选用12MHz 的石英晶振。复位电路作为单片机系统的一种保护电路，能够使单片机恢复到初始状态，重新开始运行。本系统中采用按键复位方式。单片机最小系统电路如图2所示。
2.2太阳能供电模块
整个晾衣架系统的供电通过太阳能电池板吸收太阳光来
实现。本系统采用单晶硅太阳能电池板吸收太阳光转换成电
图1系统基本框图
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能，其转换效率比其他类型的太阳能电池板更高，并且使用寿命也较长，可以大大提高太阳光的有效利用率和系统的稳定性[4]
。
2.3DHT11湿度检测模块
湿度检测模块采用DHT11数字式温湿度传感器，通过内部的感湿元件检测大气湿度，并经过了数字模块采集技术和温湿度传感技术的处理，输出信号具有极高的精确性和可靠性[5]。其湿度测量范围为20%～90%RH ，测量精度达到±5%RH ，满足本系统中测量大气环境湿度的要求。DHT11与单片机之间的数据通信采用单总线通信的方式[6]，设计电路中将DHT11的双向数据通信接口DATA 与单片机P2.4引脚相连，由于测量距离小于20m ，外接1个4.7k Ω的上拉电阻。具体电路原理图如图3所示。
2.4LCD1602液晶显示模块
在本系统中，LCD1602作为主要显示部分，用于显示实时感知的大气湿度和预设湿度，以及实时时间和设定的定时区间。其能同时显示32个字符，可以直接通过编程来实现读/写操作和光标的定位，易于控制和使用。本系统选用带背光含16个引脚的LCD1602，其中D0～D7作为数据通信引脚，与单片机的P0口相连；而主要的控制引脚，即寄存器选择脚
RS 、读写信号脚R/W 、使能端E ，分别与单片机的P2.6、P2.5、P2.7相连。为了调整背光亮度和去耦滤波，在LCD 中外接电阻和电容，该模块电路设计原理图如图4所示。2.5DS1302定时模块
为了使晾衣架能自动识别白天与黑夜，且不受到灯光的影响而作出错误判断，系统采用定时模块设定定时区间来区分白天与黑夜。由于定时器模块是全天候工作的，选用DS1302定时器芯片，可以为系统提供精确的定时时间。DS1302是一款涓流充电时钟芯片，数据传输速度快且功耗较低。计时时间可以从年精确到秒，同时具有时间调整的功能。内部采用双电源供应模式，备用电源可以在主电源断电时供电继续时钟的运行，从而实现掉电不丢失数据[7]。
DS1302的计时模式可以分为24h 和12h 制，本系统选用
24h 制计时模式。其与单片机之间的数据通信通过内部的串行引脚来实现，串行引脚主要有时钟引脚SCLK 、数据通信引脚I/O 、复位引脚RST ，将它们分别接至单片机P1.1、P1.2、
P1.3引脚上。DS1302定时模块电路如图5所示。
2.6步进电机驱动模块
为了实现晾衣架的自动伸缩，本系统采用28BYJ48四相八拍步进电机作为驱动器，其转动控制是通过单片机发出的电脉冲信号来实现的，具有噪声低、转动平稳的优点，适用于本系统中的家居晾衣架。
由于单片机的输出信号较小，达不到控制晾衣架伸缩的要求，需要通过ULN2003驱动芯片将脉冲
信号放大来实现[8]。该芯片包含7个输入端口和7个输出端口，由于选用的是四相八拍式步进电机，只需使用其中的4个输入和4个
输出端口，驱动模块电路中，单片机通过P3.4、P3.5、P3.6、P3.7引脚连接驱动芯片的4个输入端口IN1-IN4，来实现控制
脉冲信号的输出。步进电机驱动模块电路如图6所示。2.7按键指示灯模块
本系统设置按键分别用于模式的切换，手动模式下晾衣架的伸缩控制、预设湿度数值的加减以及定时区间的调整。按键指示灯模块电路如图7所示，S1为切换按键，初始状态下为智能模式，LCD 显示当前时间以及定时区间，可以通过S3和S4分别改变定时区间的上下限。当按一下S1时，LCD 显示实时检测湿度以及预设湿度数值，可通过按键S2和S3进行预设湿度数值的改变。当按两下S1
时，模式切换为手动模
图2
系统最小系统电路图
图3
DHT11
湿度检测电路图
图4LCD1602
液晶显示电路图
图5DS1302
定时模块电路图
图6
步进电机驱动模块电路图
2020年11月机电工程技术第49卷第11期
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式，此时可以通过S2和S3实现晾衣架的伸缩控制。LED 指示灯用于指示当
前晾衣架状态，当处于自动模式下时，LED1亮红灯，手动模式下熄灭。LED2和LED3分别用于指示晾衣架的
晾衣和收衣状态，当处于晾
衣状态下时，LED2亮黄灯，LED3不亮；处于收衣状态下时，LED3亮蓝灯，LED2不亮。
3系统软件设计
本系统运用C 语言进行程序的编写，主要运用if 、while 语句进行条件的判断，采用模块化程序设计的思想，设计主程序并对各个模块子程序进行调用，实现系统整个程序的编程控制。
3.1DS1302定时模块程序设计
DS1302定时模块子程序首先定义了各个数据和寄存器的
地址，然后进行子模块的初始化，通过将复位引脚RST 和时
钟引脚SCLK 置于低电平来实现。该模块的核心部分就是单片机和时钟芯片之间数据的读写操作。在进行写操作时，先将RST 置于高电平使能启动DS1302总线，再依据单字节传送方式，将8位地址和数据先后写入DS1302。在进行读操作时，
同样先使能片选信号RST ，再依次写入目标地址并读出数据信息。在进行读和写操作时，都要将命令字节D7设置为逻辑1，否则处于写保护状态下无法进行数据交换[9]。3.2系统主程序设计
程序从主程序开始执行，主程序中首先进行各个引脚的定义以及函数的声明，然后对各个子程序模块进行初始化，依次进行LCD 液晶屏显示模块、DS1302定时模块、湿度检测模块的初始化，之后系统对按键进行不断扫描，根据扫描的结果结合大气环境进行响应的动作。具体主程序流程图如图8所示。
4结束语
本文设计的这个智能防雨晾衣架系统基于STC89C52单片
机芯片，通过太阳能板模块供电，符合当前的绿节能理念。通过DS1302定时芯片区别昼夜，不易受到其他光源的影响。且设有2种工作模式，智能模式下可实现根据外界环境自动晾收衣，手动模式下可自己控制晾衣收衣，系统更具实际应用性。设定的定时时间和预设湿度可调，使系统具有一定的灵敏性和通用性，结构简单、便于操作，造价更符合作为晾衣架的标准，适合上班族和普通大众家庭使用，具有一定的推广价值。参考文献：
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[7]徐兰.基于单片机的智能温度检测控制系统设计[J].电子测试,2020(06):27-29.
[8]裴娅男.基于单片机的户外智能晾衣架的设计[J].现代计算机(专业版),2017(30):37-39.
[9]石浩志，杨阳蕊.基于STC89C52单片机时钟的设计与实现[J].电子制作,2020(Z1):96-98.第一作者简介：陈玉青（1999-），女，江西赣州人，大学本科，研究领域为机电一体化。
※通讯作者简介：洪连环（1979-），女，浙江浦江人，硕士，讲师，研究领域为机电一体化系统设计，已发表论文10篇。
（编辑：刁少华
）
图7
按键指示灯模块电路图
图8主程序流程图
陈玉青，等：基于STC89C52单片机智能防雨伸缩晾衣架设计
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