【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 HT11 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 ： 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 傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn) 。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)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(jiǎn)易快捷 。 超小的體積、極低的功耗，信號(hào)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(chǎng)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(shuō)明如圖 所示： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 DHT11 典型應(yīng)用電路 第 光敏檢測(cè)電路 光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測(cè)器件，光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照的強(qiáng)弱的變化而變化。光照強(qiáng)，光敏電阻的阻值就小；光照弱，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?yàn)檫@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(shí)間，也有利于提高靈敏度。在實(shí)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(lái)檢測(cè)光線的強(qiáng)弱程度，通過(guò)檢測(cè)光線的強(qiáng)弱程度來(lái)判斷白天和黑夜，同時(shí)可輔助濕度傳感器檢測(cè)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(jì)（論文） 19 圖 光敏檢測(cè)電路 電路中光敏電阻型號(hào)為 PGM5539， 系統(tǒng)實(shí)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(shí)阻值小于無(wú)光照時(shí)來(lái)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(shí)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(shí)，比較器輸出變?yōu)榈停瑒t申請(qǐng)單片機(jī)外部中斷，單片機(jī)控制 電機(jī)將衣服收回。 第 直流 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 直流電機(jī)及 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 本設(shè)計(jì)采用 H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ， 直流電機(jī)（ direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電 能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 電能。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)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(jī)工作原理： 直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過(guò)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(chǎng)平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁 場(chǎng)方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)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(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 H 橋驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示， 電路得名于“ H 橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜?H。 4個(gè)三極管組成 H的 4 條垂直腿，而電機(jī)就是 H中的橫杠（注意：圖 及隨后的兩個(gè)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(dòng)電路沒(méi)有畫出來(lái)）。電機(jī)控制采用 H橋驅(qū)動(dòng)電路， H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括 4 個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可 能會(huì)從左至右或從右至左流過(guò)電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 圖 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖 所示，當(dāng) Q1管和 Q4 管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過(guò)電機(jī)，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(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管 Q1和 Q4 導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針?lè)较颍? 圖 H 橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖 所示為另一對(duì)三極管 Q2 和 Q3 導(dǎo)通的情況，電流將從右至左 流過(guò)電機(jī)。當(dāng)三極管 Q2和 Q3 導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過(guò)電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針?lè)较颍? 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 H 橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 使能控制和方向邏輯 驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證 H 橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1 和 Q2 同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過(guò)兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒(méi)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(shí)際驅(qū)動(dòng)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(gè)與門和 2 個(gè)非門。 4個(gè)與門同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開關(guān)。而 2 個(gè)非門通過(guò)提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在 H橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖 所示也不是一個(gè)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(jì)（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(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果 DIR－ L信號(hào)為 0， DIR－ R信號(hào)為 1，并且使能信號(hào)是 1，那么三極管 Q1和 Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖 所示）；如果 DIR－ L信號(hào)變?yōu)?1，而DIR－ R 信號(hào)變?yōu)?0，那么 Q2和 Q3 將導(dǎo)通，電流則反向流過(guò)電機(jī)。 圖 使能信號(hào)與方向信號(hào)的使用 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 附 ： 分立元件的 H橋驅(qū)動(dòng)電路 如圖 所示： 圖 分立元件的 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 由于單片機(jī) IO口的輸出電流較小，不足以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，所以我們?cè)趩纹瑱C(jī) IO口與驅(qū)動(dòng)器 之間加了 74LS07作為驅(qū)動(dòng)以增大單片機(jī)的負(fù)載能力。電路如圖 ： 圖 7407 驅(qū)動(dòng)電路 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 程序流程圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計(jì)方法，便于程序的編譯、調(diào)試。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，和前面描述的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的具體情況，單片機(jī)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(jì)（論文） 26 第 節(jié) 程序 設(shè)計(jì) C 語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 它既有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn) 。 它可以作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)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(jì)語(yǔ)言，編寫不依賴計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序 。 C 語(yǔ)言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng) 使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用 C語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它解釋型高級(jí)語(yǔ)言 .C 語(yǔ)言具有繪圖能力強(qiáng)，可移植性，并具備很強(qiáng)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(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言 。 所以本次設(shè)計(jì)采用 C語(yǔ)言編程 。 第 節(jié) 系統(tǒng)初始化 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)置包括聲明庫(kù)函數(shù)如： include， include 等，溫濕度檢測(cè)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(shí)序進(jìn)行。 圖 流程圖。 單片機(jī)首先發(fā)送復(fù)位脈沖，該脈沖使信號(hào)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(hào)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(wèn)命令狀態(tài)，內(nèi)存訪問(wèn)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(chǔ)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(jī)的相應(yīng)管腳 sbit key1=P1^3； //溫濕度切換 sbit key2=P2^4； //電機(jī)正轉(zhuǎn)使衣架打開 sbit key3=P3^5； //電機(jī)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(jì)（論文） 27 第 節(jié) 溫濕度檢測(cè) 溫濕度檢測(cè)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(shí)序進(jìn)行。圖 圖。單片機(jī)首先發(fā)送復(fù)位脈沖，該脈沖使信號(hào)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(hào)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(wèn)命令狀態(tài)，內(nèi)存訪問(wèn)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(chǔ)命令和控制命令不起作用）。 圖 溫度檢測(cè)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(jì)（論文） 28 濕度測(cè)試采用 555 轉(zhuǎn)換電路 來(lái)測(cè)試，系統(tǒng)首先通過(guò)外部定時(shí)器測(cè)出 555轉(zhuǎn)換電路的輸出頻率，根據(jù)測(cè)試頻率利用公式 計(jì)算出濕度傳感器阻抗，通過(guò)上面 DHT11 對(duì)溫度的測(cè)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(jì)（論文） 29 第 電路原理分析 電路原理的設(shè)計(jì)可用 MULTISIM2021 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(shí)．水使 J1 導(dǎo)通，運(yùn)放 U1 輸出低電平，通過(guò) U2(555 集成電路 )單穩(wěn)觸發(fā)電路，輸出高電平，定時(shí)時(shí)間 T=，其中 RPl 用于調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間， J3為行程開關(guān) (常閉觸點(diǎn) )，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(diǎn)閉合，控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)，晾衣架收回，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)收衣動(dòng)作。當(dāng)傳動(dòng)桿碰到位置開關(guān) J3 時(shí)。常閉觸點(diǎn)自動(dòng)斷開， V1 截止，繼電器 J4 失電，開關(guān)斷開，電機(jī)停轉(zhuǎn)。 J2為手動(dòng)控制開關(guān)．用于人工控制收衣動(dòng)作。當(dāng) 溫 濕 度傳感器干時(shí)，J1 自動(dòng)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(yáng)光充足時(shí)，光敏電阻阻值下降．使運(yùn)放 U3 輸出低電平，經(jīng)過(guò) C4 和 R12 的微分電路，再通過(guò) U4(555 集成電路 )單穩(wěn)觸發(fā)電路，輸出高電平，定時(shí)時(shí)間 T=，其中 RP4 用于調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)問(wèn)， J6 為行程開關(guān) (常閉觸點(diǎn) )，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