【文章內(nèi)容簡介】 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn) 。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù) 。 單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷 。 超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 m 以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇 。 產(chǎn)品為 4 針單 排引腳封裝 ， 連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供 。 接口說明如圖 所示： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 DHT11 典型應(yīng)用電路 第 光敏檢測電路 光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器件，光敏電阻的阻值會隨著光照的強弱的變化而變化。光照強，光敏電阻的阻值就?。还庹杖?，光敏電阻 的阻 值 就大。光敏電阻的結(jié)構(gòu)是在一塊光電導(dǎo)體兩端加上電極，貼在硬質(zhì)玻璃、云母、高頻瓷或其他絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內(nèi) 。 光敏面做成蛇形， 電極作成梳狀是因為這樣既可以保證有 較大的受光表面，也可以減小 電極之間距離，從而既可以減小電極間電子渡越時間，也有利于提高靈敏度。在實際應(yīng)用中，可以加直流偏壓，也可以加交流偏壓，它的電流隨電壓呈線性變化。 本系統(tǒng)中利用光敏電阻的感光特性來檢測光線的強弱程度，通過檢測光線的強弱程度來判斷白天和黑夜，同時可輔助濕度傳感器檢測陰天與晴天， 其電路結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 光敏檢測電路 電路中光敏電阻型號為 PGM5539， 系統(tǒng)實現(xiàn)原理是利用光敏電阻的光電特性即光敏電阻受光照時阻值小于無光照時來使系統(tǒng)工作。在圖中，電路工作前（正常光線下 ），調(diào)節(jié)電位器的阻值，使比較器 LM393 的反向輸入端的電位低于同向端的電位，這時比較器輸出為高，隨著光線的變暗，光敏電阻阻值增大，同向端電壓低于 反相端時，比較器輸出變?yōu)榈停瑒t申請單片機外部中斷，單片機控制 電機將衣服收回。 第 直流 電機驅(qū)動電路 直流電機及 H 橋驅(qū)動電路 本設(shè)計采用 H橋直流電機驅(qū)動電路 ， 直流電機（ direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能（直流電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當(dāng)它作電動機運行時是直流電動機，將電 能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 電能。 直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。 直流電機工作原理： 直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁 場方向?qū)⒏淖?，因此此時轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動。 H橋驅(qū)動電路如圖 所示， 電路得名于“ H 橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母 H。 4個三極管組成 H 的 4 條垂直腿，而電機就是 H中的橫杠（注意：圖 隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來）。電機控制采用 H 橋驅(qū)動電路， H橋式電機驅(qū)動電路包括 4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可 能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。 圖 H 橋驅(qū)動電路 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖 所示，當(dāng) Q1管和 Q4 管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過電機，然后再經(jīng) Q4 回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管 Q1和 Q4 導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。 圖 H 橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動 圖 所示為另一對三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通的情況，電流將從右至左 流過電機。當(dāng)三極管 Q2和 Q3 導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 H 橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動 使能控制和方向邏輯 驅(qū)動電機時，保證 H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1 和 Q2 同時導(dǎo)通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負(fù)極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實際驅(qū)動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開 關(guān)。 圖 所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本 H橋電路的基礎(chǔ)上增加了 4個與門和 2 個非門。 4個與門同一個“使能”導(dǎo)通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。而 2個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在 H橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導(dǎo)通。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖 不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。） 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 具有使能控制和方向邏輯的 H 橋電路 采用以上方法，電機的運轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果 DIR－ L信號為 0， DIR－ R信號為 1，并且使能信號是 1，那么三極管 Q1和 Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖 所示）；如果 DIR－ L 信號變?yōu)?1，而DIR－ R 信號變?yōu)?0，那么 Q2和 Q3將導(dǎo)通，電流則反向流過電機。 圖 使能信號與方向信號的使用 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 附 ： 分立元件的 H橋驅(qū)動電路 如圖 所示： 圖 分立元件的 H 橋驅(qū)動電路 由于單片機 IO口的輸出電流較小，不足以驅(qū)動直流電機，所以我們在單片機 IO口與驅(qū)動器 之間加了 74LS07作為驅(qū)動以增大單片機的負(fù)載能力。電路如圖 ： 圖 7407 驅(qū)動電路 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 第 程序流程圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計方法，便于程序的編譯、調(diào)試。根據(jù)設(shè)計的要求，和前面描述的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的具體情況，單片機控制系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖 所示： 圖 程序流程圖 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 第 節(jié) 程序 設(shè)計 C 語言是一種計算機程序設(shè)計語言。 它既有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點 。 它可以作為系統(tǒng)設(shè)計語言，編寫工作系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計語言，編寫不依賴計算機硬件的應(yīng)用程序 。 C 語言對操作系統(tǒng)和系統(tǒng) 使用程序以及需要對硬件進(jìn)行操作的場合，用 C 語言明顯優(yōu)于其它解釋型高級語言 .C 語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，而且它是數(shù)值計算的高級語言 。 所以本次設(shè)計采用 C語言編程 。 第 節(jié) 系統(tǒng)初始化 軟件系統(tǒng)設(shè)計設(shè)置包括聲明庫函數(shù)如： include， include 等，溫濕度檢測采用 DHT11 溫濕度傳感器，由于 DHT11 的單總線方式，數(shù)據(jù)的讀寫都占用同一根線，所以每一種操作都必須嚴(yán)格按照時序進(jìn)行。 圖 為測溫濕度子程序流程圖。 單片機首先發(fā)送復(fù)位脈沖，該脈沖使信號線上所有的 DHT11 芯片都被復(fù)位，接著發(fā)送 ROM 操作命令，使得序列號編碼匹配的 DHT11 被激活。被激活后的 DHT11 進(jìn)入接收內(nèi)存訪問命令狀態(tài)，內(nèi)存訪問命令完成溫濕度轉(zhuǎn)換、讀取等工作（ 單總線在 ROM命令發(fā)送之前存儲命令和 控制命令不起作用）。 接口 定義系統(tǒng)應(yīng)用如下： sbit DQ=P1^7； //數(shù)據(jù)傳輸線接單片機的相應(yīng)管腳 sbit key1=P1^3； //溫濕度切換 sbit key2=P2^4； //電機正轉(zhuǎn)使衣架打開 sbit key3=P3^5； //電機反轉(zhuǎn)使衣架收回 系統(tǒng)初始化還要定系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變量如： bit FLAG； extern unsigned char LcdBuf[5]； INT8U LcdBuf[5]={0}； unsigned char tempL=0； //設(shè)全局變量 unsigned char tempH=1； float temperature； //w 溫濕度值保存在 temperature 里 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 第 節(jié) 溫濕度檢測 溫濕度檢測采用 DHT11 溫濕度傳感器，由于 DHT11 的單總線方式，數(shù)據(jù)的讀寫都占用同一根線，所以每一種操作都必須嚴(yán)格按照時序進(jìn)行。圖 圖。單片機首先發(fā)送復(fù)位脈沖，該脈沖使信號線上的 DHT11 芯片都被復(fù)位，接著發(fā)送ROM 操作命令，使得序列號編碼匹配的 DHT11 被激活。被激活后的 DHT11 進(jìn)入接收內(nèi)存訪問命令狀態(tài)，內(nèi)存訪問命令完成溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作（單總線在 ROM 命令發(fā)送之前存儲命令和控制命令不起作用）。 圖 溫度檢測流程圖 系統(tǒng)復(fù)位 發(fā)匹配 ROM 指令 發(fā) 64 位 ROM 碼 發(fā)溫濕度轉(zhuǎn)換命令 系統(tǒng)復(fù)位 讀數(shù)據(jù)至內(nèi)存 發(fā)讀暫存命令 發(fā) 64 位 ROM 碼 發(fā)匹配 ROM 指令 完成轉(zhuǎn)換？ 是 返回 否 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 濕度測試采用 555 轉(zhuǎn)換電路 來測試，系統(tǒng)首先通過外部定時器測出 555 轉(zhuǎn)換電路的輸出頻率，根據(jù)測試頻率利用公式 計算出濕度傳感器阻抗，通過上面 DHT11 對溫度的測試，這里讀取溫度值，查詢下 表 得到當(dāng)前濕度值。 表 060℃濕度阻抗特性數(shù)據(jù) 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 30% 137 35% 143 137 40% 5. 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 7 ff*10**210*10**2 4 0 0*636??? （ ） 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第 電路原理分析 電路原理的設(shè)計可用 MULTISIM2020 進(jìn)行仿真 (如 圖 所示 )。 J1開關(guān)代表 溫 濕度傳感器，當(dāng)下雨時．水使 J1 導(dǎo)通，運放 U1 輸出低電平，通過 U2(555 集成電路 )單穩(wěn)觸發(fā)電路，輸出高電平，定時時間 T=，其中 RPl 用于調(diào)節(jié)定時時間， J3為行程開關(guān) (常閉觸點 )，用于控制衣架收回的幅度， U2 輸出高電平使 V1 飽和導(dǎo)通，繼電器 J4得電，常開觸點閉合，控制電機的正轉(zhuǎn)，晾衣架收回，自動實現(xiàn)收衣動作。當(dāng)傳動桿碰到位置開關(guān) J3 時。常閉觸點自動斷開， V1 截止，繼電器 J4失電，開關(guān)斷開，電機停轉(zhuǎn)。 J2為手動控制開關(guān)．用于人工控制收衣動作。當(dāng) 溫 濕度傳感器干時，J1 自動斷開，使電路處于正常狀態(tài)。 RP3 電位器代表光敏傳感器 (光敏電阻 )， RP2 用于調(diào)節(jié)光敏電阻的靈敏度，當(dāng)陽光充足時，光敏電阻阻值下降．使運放 U3 輸出低電平，經(jīng)過 C4 和 R12 的微分電路，再通過 U4(555 集成電路 )單穩(wěn)觸發(fā)電路，輸出高電平，定時時間 T=，其中 RP4 用于調(diào)節(jié)定時時問， J6 為行程開關(guān) (常閉觸點 )，用于控制衣架伸出的幅度， U4 輸出高電平使 V2飽和導(dǎo)通。繼電器 J7得電，常開觸點閉合，控制電機的反轉(zhuǎn)，晾衣架伸出，自動實現(xiàn)晾衣動作。當(dāng)傳動桿碰到位置開關(guān) J6 時。常閉觸點自動斷開， V2 截止，繼電器 J7失電，開關(guān)斷開，電機停轉(zhuǎn)。 J5為手動控制開關(guān)，用于人工控制晾衣動作。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 電路原理圖 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 第 5 章 系統(tǒng)整體調(diào)試 按電路圖接好電路之后，就在 Keil uVision4 上編寫程序并用 JDT8052XP 仿真器作整機調(diào)試， JDT8052XP 仿真器兼容 Keil 公司 的 Kiel C51 開發(fā)環(huán)境 ,用戶能夠直 接在功能強大的集成環(huán)境下進(jìn)行軟件設(shè)計和硬件調(diào)試。使用專業(yè)仿真芯片仿真標(biāo)準(zhǔn)MCS51 內(nèi)核的單片機更加真實 ,性能更加可靠穩(wěn)定 ,絕對沒有占用標(biāo)準(zhǔn) MCS51 內(nèi)核單片機的任何用戶資源。實 時監(jiān)測和顯示目標(biāo) MCU的 TXD 引腳輸出支持 Keil 的 printf函數(shù)打印輸出具