【正文】 系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的可伸縮的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)衣服的收晾工作，初步設(shè)計(jì)如圖 所示 ： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 系統(tǒng)機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在完成了總體設(shè)計(jì)后，本章主要完成主控單元的硬件設(shè)計(jì)，包括核心芯片的選型和電路的具體設(shè)計(jì)，主要是單片機(jī)芯片、溫濕度傳感器、光敏電路及外圍電路的選型，然后再根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，應(yīng)用 protel99se 軟件進(jìn)行電路板的具體 設(shè)計(jì)。 第 單片機(jī)的介紹及其工作系統(tǒng)設(shè)計(jì) AT89S52 特點(diǎn) AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活 、 超有效的解決方案。 AT89S52 的主要性能 ： ? 與 MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼 容 ? 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器 ? 1000 次擦寫周期 ? 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ? 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 ? 32 個(gè)可編程 I/O 口線 ? 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 八個(gè)中斷源 ? 全雙工 UART 串行通道 ? 低功耗空閑和掉電模式 ? 掉電后中斷可喚醒 ? 看門狗定時(shí)器 ? 雙數(shù)據(jù)指針 ? 掉電標(biāo)識(shí)符 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 引腳結(jié)構(gòu) 如圖 所示 ： 圖 AT89S52 引腳結(jié)構(gòu) VCC : 電源 GND : 地 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外 部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 流（ IIL）。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。 引腳號(hào) 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL 邏輯電平。 對(duì) P2端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)， P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P3口也接收一些控制信號(hào)。 引腳號(hào) 第二功能 RXD （串行輸入） TXD （串行輸出） INTO (外部中斷 0) INTO (外部中斷 0) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 T0 （定時(shí)器 0外部輸入） T1 （定時(shí)器 1外部輸入） WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/ PROG ： 地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過。 如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR 的第 0位置“ 1”， ALE 操作將無效。這一位置“ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則， ALE 將被微 弱拉高。這個(gè)ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH的 SFR 的第 0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN :外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 當(dāng) AT89S52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。 EA /VPP:訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為 使能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。 為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 在 flash編程期間， EA 也接收 12伏 VPP電壓。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) MCS51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以 64K尋址。 程序存儲(chǔ)器： 如果 EA 引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 對(duì)于 89S52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為 0000H～ 1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2020H~FFFFH。 中斷 AT89S52有 6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（ INT0 和 INT1 ），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器 0、 2）和一個(gè)串行中斷。這些中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器 IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。 IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。 。對(duì)于 AT89S52， 不能用的。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫 1。它們?yōu)?AT89系列新產(chǎn)品預(yù)留。 定時(shí)器 2可以被寄存器 T2CON中的 TF2和 EXF2的 或 邏輯觸發(fā)。程序進(jìn)入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志位都可以由硬件清 0。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是 TF2 或 EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清 0。 定時(shí)器 0和定時(shí)器 1標(biāo)志位 TF0 和 TF1在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的 S5P2被置位。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來。然而，定時(shí)器 2的標(biāo)志位 TF2在計(jì)數(shù)溢出的那個(gè)周期的 S2P2被置位，在同一個(gè)周期被電路捕捉下來。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 復(fù)位電路和時(shí)鐘電路都是單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本部分。 復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式 。本系統(tǒng)選用按鍵手動(dòng)復(fù)位，這種方式方便、簡(jiǎn)單、容易操作。 它是通過 RST 端經(jīng)電阻與電源 VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。 單片機(jī)各功 能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作， 因此，時(shí)鐘頻 率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)的穩(wěn)定性。時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種， 本 系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路 如圖 所示： 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)工作電路 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第 溫濕度傳感器電路 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器采用 單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷 ， 具有極高的可靠性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性， 傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8位單片機(jī)相連接 ， 因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。 超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選擇。 傳感器的特點(diǎn) ： （ 1） 相對(duì)濕度和溫度測(cè)量 （ 2） 全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 （ 3） 卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 （ 4） 無需額外部件 （ 5） 超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離 （ 6） 超低能耗 （ 7） 4 引腳安裝 （ 8） 完全互換 應(yīng)用領(lǐng)域 （ 1） 暖通空調(diào) 測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備 （ 2） 汽車 數(shù)據(jù)記錄器 （ 3） 消費(fèi)品 自動(dòng)控制 （ 4） 氣象站 家電 （ 5） 濕度調(diào)節(jié)器 醫(yī)療 （ 6） 除濕器 3. DHT11 數(shù)字傳感器電源引腳以及串行接口 電源引腳 ： DHT11 的供電電壓為 3～ V。 傳感器上電后 ，要等待 1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令 。 電源引腳 （ VDD， GND） 之間可增加一個(gè) 100 nF 的電容，用以去耦濾波 。 串行接口 ： DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間 4ms 左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當(dāng)北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零 。 操作流程為一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit，高位先出 。 數(shù)據(jù)格式 ： 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等 于“ 8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8 bit 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末 8位 。 用戶 MCU 發(fā)送一次開始信號(hào)后， DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出 40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù) 。 從模式下， DHT11 接收到開始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)， DHT11 不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕度采集 。 采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式，過程如圖 ： 圖 通訊過程（ 1） 總線空閑狀態(tài)為 高電平，主機(jī)把總線拉低等待 DHT11 響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于 18ms，保證 DHT11 能檢測(cè)到起始信號(hào) 。 DHT11 接收到主機(jī)的開始信號(hào)后，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送 80μ s低電平響應(yīng)信號(hào) 。 主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待 20～ 40μ s 后，讀取 DHT11 的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高，過程如圖 所示 ： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 通訊過程（ 2） 總線為低電平，說明 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后，再把總線拉高 80μ s，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每 一 bit 數(shù)據(jù)都以 50μ s低電平時(shí)隙開始，高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 1。 格式如圖 所示 。 如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，則 DHT11沒有響應(yīng)，請(qǐng)檢查線路是否連接正常 。 當(dāng)最后一個(gè) bit 數(shù)據(jù)傳送完畢后， DHT11 拉低總線 50μ s，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài) 。 圖 數(shù)字 0 信號(hào)表示方法 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 DHT11 數(shù)字傳感器 規(guī)格與 引腳 如圖 所示： 圖 DHT11 的規(guī)格與引腳 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器 。 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品 具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 。 傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接 。 因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn) 。 每個(gè) DHT11