论文总字数：21116字

目 录

1 绪论 1

1.1课程应用背景 1

1.2 方案论述 1

1.3 本设计工作 3

2 系统设计方案 3

2.1 光强度检测方案的选择 4

2.2 单片机的选择与论证 4

2.4 电机的选择与论证 5

3 硬件设计 5

3.1 单片机MSP430概述 5

3.2 光照检测模块 7

3.3 雨滴检测模块 8

3.3.1 雨滴检测模块参数 8

3.3.2 雨滴检测电路 8

3.4 电机驱动电路ULN2003 9

3.5 步进电机 11

4 软件系统设计 12

4.1 软件开发环境介绍 12

4.2 程序设计 13

5 调试与检测 15

5.1 硬件的焊接 15

5.2 实物的调试 16

5.2.1 雨滴传感器的调试 17

5.2.2 光照检测模块的调试 17

5.2.3 电机驱动及电机的调试 18

5.3 调试结论 18

6 总结与展望 19

6.1 总结 19

6.2 展望 19

参考文献 19

致谢 21

基于MSP430单片机的智能晾衣架的设计

张然

, China

Abstract: In our daily life, we always dry the clothes in the daytime, but we are not at home during the daytime because of the work or other things. We can avoid dry clothes in rainy days, but the unexpected rain will bring a very big trouble. Causing the adverse consequences that the clothes will be wet. But if we only dry the clothes indoors, the water would be dropped and the clothes could not be dried. So it is not suitable for us to dry the clothes at night.

This design made an intelligent clothes rack system based on MSP430 microcontroller, receiving and processing the data of the rain sensor and the light sensor by the MSP430 microcontroller. We got the threshold of data processing which is used for the microcontroller by practicing. We can judge if it is daytime or night, rain day or sun day precisely. Also, we can control the mechanical transmission structure precisely by measuring distance precisely and good feedback mechanism.

This design can be further optimized and upgraded like adding wireless module and so on，realizing the remote control of the smart phones.

Key words: MSP430; rain sensor; stepper motor

1 绪论

1.1课程应用背景

无论行走在哪个哪个城市，哪个小区，只要有人住的地方就有晾衣架，人生在世，离不开衣食住行，没有人是不需要洗衣服和晾衣服的，当然干洗不用，但在大部分人家中仍旧是水洗的，在古代，人们独门独户，洗完的衣服直接晾在院子之中，人们的生活范围基本不会离家多远，家中一般都有人，打雷下雨收衣服啦这句俗语也很常见，而在现代，人们生活在繁华的大都市之中，住的是高楼大厦，晾衣服是通过拉出窗户之外的晾衣架，而现在，人们家中没人这种情况是再正常不过的。这种情况下要是天气预报不准的话，人们也只能看衣服被淋得湿透了。

在这个快节奏的都市之中，人们的生活越发的充实，人们在外的时间相对而言较长，在家时间通常为夜晚，能够节省时间，为生活起居带来方便的家居产品越来越受欢迎。伴随着智能化发展，人们对于晾衣架的需求不再仅仅简单的要求支撑晾衣这么简单，也更多地提出了对意外情况的正确处理应对。

通过单片机，传感器，电机等构建一个简单稳定的自动化晾衣系统，来完成晴天晾衣，意外雨天收回的任务。这样我们可以既享受方便的生活也不会因意外而招受损失。

1.2 方案论述

我查询了许多方案，从中获得了许多的灵感与想法。

方案一：由苏珍芳和刘巧萍设计的电路。她们采用的是基于NE555定时器设计的方案。使用的是光传感器或者温度传感器，然后将外界天气变化状态输入到NE555内部。

通过其中的单稳态触发器来控制电机工作。光控的核心元件是光敏三极管。在NE555和晾衣杆系统之家采用整流电路作为连接，内部器件主要是整流二极管和电容器。

在机械部分上，她们在晾衣杆尾部增加了开关，当晾衣杆运动到末端时，触动开关，控制电机驱动将电机停止。这一设计是保障了晾衣杆不脱离控制范围。

优点在与使用NE555系统简单。但由于只是用了一个传感器，系统只能对这一个特定要素展开反馈。不具备复杂处理能力和可拓展性。[1]图1是方案一的系统框图。

图1 方案一的系统框图

方案二：由毛明轩等设计。和方案一样采用了单一测量要素，不同的是测量要素采用了温湿度，而且采用了集成模块。核心采用52单片机。前端出来传感器之外设置了按键，方便在实际使用在手动控制。

后端的设计三个部分，液晶显示负责将采集信息可视化。通过蜂鸣器达到报警效果。机械部分采用了步进电机。[2]

图2 是方案二的系统框图，图3是DHT11的应用电路。

图2 方案二的系统框图

图3 DHT11的应用电路

方案三：由李素云和谭若宝设计的电路。他们采用的核心平台是52单片机。测量要素有两大要素：温湿度和光照。温湿度采用集成模块DHT11，光照也是集成模块TSL2561。

该设计采用成熟的产品，稳定性高。我在设计中主要看到了数据采集模块。对于后端如何控制没有介绍。[3]

方案四：由曹维和李文志提出的专利方案。这是一个机电一体化的方案。采用了网络技术、传感技术、智能化、机械传动技术。将这些先进的技术结合到一起产生了这一设计方案。处理核心采用MCU。前端包括按键，传感器和遥控器三种控制方式。

后端依旧采用了电机驱动的方案，电机和滑动导轨结合。电机控制晾衣系统在滑轨上可以实现水平移动，通过钢绳实现垂直移动。除了前端的三种控制方式，还有一个网络端口485，网络端口具备双向性，既可以作为前端远程控制结构，也可以作为后端数据接收结构。[4]图4是方案四的系统框图。

图4 方案五的系统框图

方案五：由程靖提出的专利方案。这一专利所设计的方案前端和其他设计没什么区别，主要是传感器，无线收发结构组成，主要区别在于机械传动结构后部，电机和晾衣架之间存在两个定滑轮，、钢绳将两者连接，实现垂直位移。这一专利还有一个独特的设计之初。增加了风力传感器和风扇，这一设计对阴雨天的的晾衣提供了帮助。[5]

结合上面五种方案的优缺点，和自身时间和精力。我提出了自己的设计方案。

本设计方案是基于单片机设计的智能晾衣架系统，主要目的是为了解决实际生活中我们常常会遇到的意外淋湿衣服的问题。这一方案的机械部分是通过钢丝绳支撑在支架上吊住晾衣杆。钢丝绳与步进电机相连，通过步进电机的正反转达到晾衣架的伸出收回效果。由于条件有限，本次设计中用普通细绳代替了钢丝绳，木质模型代替了实物来演示效果。其控制部分采用的是MSP430单片机。利用雨滴，光照等传感器模块，达到下雨时将晾衣架收回，雨后再讲晾衣架伸出的效果；同时达到夜晚自动收回；白天自动伸出的功能。

1.3 本设计工作

本设计以MSP430为核心，能够测量光照，晴雨天信息，并能够驱动电机工作，本设计具体内容如下：

A、选择合适的雨滴传感器，学习其使用说明，能够正确的理解和使用它；

B、搭建合适的光照检测电路，测试并学会如何使用。

C、正确连接单片机和传感器，学习程序的编写，了解数据的传输；

D、连接单片机和步进电机，学习电机驱动的程序，明白电机运行的原理；

E、雨滴传感器能正常反应，光照检测电路输出电压符合设计，步进电机能够正常工作

G、连接各个模组，制作硬件电路，编写程序，进行系统调试和数据综合分析。

2 系统设计方案

本设计包括软件设计和硬件设计两个部分，从结构上来说，可分为：光照检测电路，雨滴检测模块，单片机控制电路，步进电机驱动电路。系统总体设计如图5所示

系统在MSP430作为核心的控制之下，接受来自检测电路的检测结果，无光时驱动电机关闭，有光且雨滴传感器无雨则驱动电机打开。

图5 晾衣架系统设计框图

2.1 光强度检测方案的选择

方案一：采用光敏电阻搭建一套简陋的定性性质的光强度检测电路。分立元件对设计水平要求高，需要考虑的因素多。分立元件有其缺点，集成度低，体积大，美观程度不足，稳定性差，测量精度低，缺少相对简洁明了的输出数据，很难实现光照条件的复杂分析，需要自己对后期数据进行分析处理，但仍旧精度有限。但分立元件同样也有它自己的优点，使用分立元件结构简单，易调试，成本低。

方案二：采用集成的光强度检测模块BH1750，本模块是通用的光强度检测模块，微小的体积集成了AD芯片、数据处理单元、温度补偿电路、数据接口等模块。检测精度高，但应用在此设计中增加了程序的复杂性，需要对数据接口传输的信息进行处理，能够实现对光照条件的复杂分析。 该模块集成了温度补偿电路，大大提高了测量的精度，ICC标准通讯协议，对单片机很友好。所以市场使用率一直很高。

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