智能晾衣架控制电路原理与程序设计

设计思路   

利用EM78447A单片机作为智能晾衣架的核心控制芯片。该芯片是台湾义隆公司推出的8位单片机。其主要特点是：它的内部包括算术逻辑单元(ALU)、容量为4K*13的只读存储器(ROM)、20个输入／输出(I／O)、148个通用数据寄存器可直接寻址使用、9个特殊功能寄存器、具有五级堆栈，具有编程简单、外围电路简单、可靠性高，而价格便宜等优点。    

利用雨滴传感器和光照传感器来识别晴雨天气。单片机EM78447A接收来自传感器的信号后发出晾衣服架收缩或伸张功能的指令，使晾衣服架自动收缩或伸张，有效地避免在下雨时，衣服无人收起而被雨淋湿了，或在阳光强烈时，衣服没有被阳光充分地晾晒。同时，增加两个手动按钮，手动按钮的信号同样送至单片机EM78447A进行处理，用于晾衣服架收缩或伸张的手动控制。
   
硬件电路设计  

(1)雨滴传感器电路的设计雨滴传感器电路的如图1 所示。集成运放采用LM358。集成运放A1构成电压比较器电路。当没有雨滴落在由敷铜板做成的传感器上面时，集成运放A1输出高电平(raindrop signal=1)。当雨滴落在由敷铜板做成的传感器上面时，集成运放A1输出低电平(raindropsignal=0)。   

(2)光照传感器电路的设计   

光照传感器电路如图2所示。集成运放A2构成电压比较器电路。调节  电位器RP1，使在阴天的情况下，集成运放A2输出高电平(beam signal=1)，当太阳光照到光敏元件3DU11时，集成运放A2输出低电平(beamsignal=0)。   (3)单片机EM78447A硬件电路的设计
单片机EM78447A硬件电路如图3、所示。单片机EM78447A为低频工作方式,晶振频率选用23768Hz。C1选用25pF，C2选用15pF。R6～R11均10KΩ，R12、R13均为1KΩ，D1、D2选用1N4001，两只三极管选用9014，J1、J2选用直流12V继电器(容量为2A)，D3、D4分别为红色、绿色发光二极管。   

(4)传动原理及电机驱动电路的设计   

该智能晾衣架的主体机构采用市售菱形手动伸缩晾衣架进行改装而成，其传动原理是：两台电动机各自通过皮带带动两根60cm长的丝杆转动，丝杆上的螺母与菱形架的顶点固定，当丝杆正转时,螺母就向前运动，从而推动晾衣架伸张。电机驱动
电路如图4所示。M1、M2选用12V的直流电动机,当继电器J1的线圈通电时，J1常开触点闭合,电动机正转，智能晾衣架伸张。由于晾衣架两边的菱形伸张和收缩支架的摩擦力不可能相同以及电动机的参数不可能完全相同等原因，两台电动机不会同时停止，所以用四只限位开关分别控制两台电动机。当支架的一边已经运动到位，对应电动机就先停止，此时。单片机会继续发出晾衣架收缩或伸张的指令，直到支架的另一边运动到位，其对应电动机停止后，单片机会才停止发出晾衣架收缩或伸张的指令。软件设计(1)工作原理   当按下SB1时，单片机的P70口发出指令(P70口为高电平)。继电器J1线圈通电，智能晾衣架伸张，P72口发出指令(P72口为高电平)，发光二极管D3亮；SQ1、SQ3为智能晾衣架伸张的限位开关，当SQ1、SQ3均闭合时，单片机的P70口停止发出指令(P70口为高阻抗)，继电器J1线圈断电，智能晾衣架停止伸张，P72口停止发出指令(P72口为高阻抗)，发光二极管D3灭；   

当按下SB2时，单片机的P71口发出指令(P71口为高电平)，继电器J2线圈通电，智能晾衣架收缩，P73口发出指令(P73口为高电平)，发光二极管D4亮；SQ2、SQ4为智能晾衣架收缩的限位开关，当SQ2、SQ4均闭合时，单片机的P71口停止发出指令(P71口为高阻抗)，继电器J2线圈断电，智能晾衣架停止收缩，P73口停止发出指令(P73口为高阻抗)。发光二极管D4灭：   

当雨滴传感器输出低电平(raindrop signal=0)，单片机的P71口发出指令(P71口为高电平)，继电器J2线圈通电，智能晾衣架收缩，P73口发出指令(P73口为高电平)，发光二极管D4亮，直到SQ2、SQ4均闭合，智能晾衣架停止收缩；   

当光照传感器输出为低电平(beam signal=0)达到1分钟后(避开雨天闪电对光照传感器引起的干扰)，单片机的P70口发出指令(P70口为高电平)，继电器J1线圈通电，智能晾衣架伸张，P72口发出指令(P72口为高电平),发光二极管D3亮。直到SQ1、SQ3均闭合，智能晾衣架停止伸张； (2)软件设计 智能晾衣架的程序流程图如图5所示：   

结束语
 
该作品经试验，其效果达到设计的预期目的。本作品在设计具有相当的科学性和创新性，主要体现在如下几个方面：   

(1)结合机电一体化进行设计，特别是机械部分的传动设计具有一定的科学性。   

(2)结合传感技术，利用光敏传感器、湿度传感器识别晴雨天气，灵敏性和稳定性高。   

(3)利用单片机进行控制，具有一定的先进性和较高的可靠性。   

(4)电子电路、机械传动协调，实现智能化，应用价值高。