自動(dòng)晾衣架的硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u18274自動(dòng)晾衣架的硬件設(shè)計(jì)案例 1169171.1自動(dòng)晾衣架絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1266351.2主控電路 2323611.2.1單片機(jī)方案選擇 28311.2.2單片機(jī)簡(jiǎn)介 2150711.2.3主控電路 3101811.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 5131091.3.1電機(jī)的選擇 5128451.3.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介 5190321.3.3驅(qū)動(dòng)電路 760931.4溫濕度檢測(cè)電路 8117751.5液晶顯示電路 10282651.6光敏檢測(cè)電路 11266491.7紅外遙控電路 121.1自動(dòng)晾衣架絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)絲杠螺母機(jī)構(gòu)也稱(chēng)為螺桿傳動(dòng)機(jī)械裝置。它有著可以將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為上下垂直運(yùn)動(dòng)；也可以使上下的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的功能。絲杠螺母機(jī)構(gòu)還在一定程度上同時(shí)具備來(lái)回滾動(dòng)摩擦和左右滑動(dòng)摩擦的完全不一的構(gòu)造結(jié)構(gòu)特性。在與傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲桿螺母構(gòu)造特點(diǎn)相比較而言，新型螺桿傳動(dòng)裝置有構(gòu)造結(jié)構(gòu)點(diǎn)單方便、做工簡(jiǎn)便輕巧、研發(fā)生產(chǎn)價(jià)格更低的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有良好的自鎖功能。但是它的不足之處在于摩擦阻值太大進(jìn)而影響了它傳動(dòng)效率大大降低35%-45%。滾動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的最大優(yōu)勢(shì)就在于摩擦阻值更低，傳動(dòng)效率更高；因此，我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中使用了滾輪式絲杠螺母機(jī)構(gòu)。圖3-1自動(dòng)晾衣架絲杠結(jié)構(gòu)示意圖1.2主控電路1.2.1單片機(jī)方案選擇方法一:采用單片機(jī)AT89C51作為系統(tǒng)處理器。AT89C51含有FLASH存儲(chǔ)器。此類(lèi)帶4K字節(jié)的低壓力、高功能CMOS8位微數(shù)據(jù)處理器。它自身?yè)碛谐?jí)強(qiáng)大的算術(shù)能力以及非常實(shí)用的功能并且自身容積小、能耗量低、發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)、功能完善和性?xún)r(jià)比更適等優(yōu)等條件，運(yùn)用軟件程序來(lái)協(xié)助完成各式各樣的算數(shù)和邏輯方法的控制，并且此種方法也被用在在別的領(lǐng)域。方法二:選擇現(xiàn)場(chǎng)可編程式門(mén)列陣(FPGA)作為系統(tǒng)處理器。它是在PAL、GAL、CPLD等可編程性元器件的基礎(chǔ)上，跟隨著科學(xué)技術(shù)衍生出來(lái)的最新研究品種。它具有運(yùn)行程序極高穩(wěn)定性、控制板體積微小、進(jìn)一步擴(kuò)展功能好的優(yōu)秀條件；因此在研究的價(jià)格方面較為昂貴，并且本研究設(shè)計(jì)中沒(méi)有特別花哨的功能，因此FPGA的處置速度快的特點(diǎn)不能很好的展現(xiàn)出來(lái)。綜述上述特點(diǎn):我們選取方案一作為本課題設(shè)計(jì)。1.2.2單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51是美國(guó)ATMEL科學(xué)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的一種低電壓特性良好的CMOS-8位單片機(jī)。其中芯片內(nèi)部包含四K字節(jié)的可重寫(xiě)唯讀程序內(nèi)存器（perom）和一百二十八字節(jié)的隨意存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）。它擁有密度大且集中和不容易流失性?xún)?chǔ)存技術(shù)，擁有二百五十六字節(jié)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器,32條I/0口線、3個(gè)16位定時(shí)器/記數(shù)器、6輸入四優(yōu)先級(jí)嵌套的中斷架構(gòu)、一個(gè)串行I/O口并且和一般通用的MCS-51指示命令系統(tǒng)所互通。這類(lèi)內(nèi)置芯片采用八位中央處理器（CPU）和快速存儲(chǔ)功能，處理速度快以及更高的實(shí)用性。形狀及引腳排序如圖3-2所示。圖3-2AT89C51引腳圖1.2.3主控電路自動(dòng)恢復(fù)和按鍵恢復(fù)都是恢復(fù)電路中最常見(jiàn)的線上供電方式。如設(shè)計(jì)中需要按鍵或自動(dòng)復(fù)位,采用的復(fù)位頻率一般情況下為十二MHz,而它電容選擇數(shù)值為十uF,電流取值為十K。時(shí)鐘復(fù)位電路圖如圖3-3所示。圖3-3時(shí)鐘復(fù)位電路圖將一個(gè)12Mhz晶體振蕩器與30PF電容器并聯(lián)，該電容器與單片機(jī)XIAL1或XIAL2相連接。晶振電路結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4晶振電路圖單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3-5所示。主要包括單片機(jī)機(jī)芯、電源電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路四部分。其間包括時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供工作基本時(shí)鐘，復(fù)位電路將被用在將單片機(jī)內(nèi)部各個(gè)電路的狀態(tài)改變?yōu)槌跏贾?。圖3-5單片機(jī)最小系統(tǒng)電路1.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1.3.1電機(jī)的選擇方案一：選用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)直流電機(jī)是指可以讓直流發(fā)電產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械裝備所需要的設(shè)備能量轉(zhuǎn)換為直流能量（直流電流能量）的轉(zhuǎn)子直流電機(jī)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)單穩(wěn)定、更多操縱廣泛性、超過(guò)所承載能力好，并且能支持兩臺(tái)及兩臺(tái)以上設(shè)備工作，擁有快速停止、開(kāi)啟以及機(jī)器正反轉(zhuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可以完成最基本的智能操控。研究時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他種類(lèi)的電機(jī)并且價(jià)格更為便宜。方案二：采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)部件，可將電脈沖信息轉(zhuǎn)換為角運(yùn)動(dòng)或線偏移。在沒(méi)有能超重的狀況情面的時(shí)候電機(jī)運(yùn)行起來(lái)的速度和停止的時(shí)候所在的地方是依靠脈沖發(fā)射的信號(hào)頻率線譜和脈沖信號(hào)的曲段數(shù)所決定的，無(wú)關(guān)載重的干擾，因此步進(jìn)電機(jī)具有快速啟動(dòng)和停止功能的優(yōu)點(diǎn)，但步進(jìn)電機(jī)容易形成共振，不適合在操作不熟練下使用，而且制造生產(chǎn)價(jià)格上也會(huì)很高。根據(jù)上面所說(shuō)的優(yōu)缺點(diǎn)，我們采用方案一作為本設(shè)計(jì)方案。1.3.2直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介系統(tǒng)的電氣部分主要由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，H橋電路也是直流電機(jī)應(yīng)用中最常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)電路。實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，用分立器件做H橋是相當(dāng)艱難的，但是由于現(xiàn)在市面上也已有一些密封好的H橋集成化電路，在接上電源、電機(jī)和控制器等電路工作后就能夠應(yīng)用了，因此在一定的電壓和頻率范圍內(nèi)應(yīng)用十分簡(jiǎn)單的。因?yàn)樵谶@次設(shè)計(jì)中需要使用到直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)操控，所以我們運(yùn)用H橋電路驅(qū)動(dòng)。H橋電路是我們經(jīng)常使用的直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路，因?yàn)樗碾娐吠庑慰雌饋?lái)與英語(yǔ)字母H特別像，所以被我們經(jīng)常性的稱(chēng)為“H橋電路”。并且它是由四個(gè)二極管相構(gòu)成的四條排列組設(shè)而成的支撐柱一樣，處在中間位置的發(fā)電器是電路中的橫梁。如下圖3-6所示，在H橋驅(qū)動(dòng)元器件的電路中還含有一個(gè)電動(dòng)機(jī)和四個(gè)三極管，并且還要求導(dǎo)通在對(duì)角化的另一種型號(hào)的可控三極管。在運(yùn)用和不同可控三極管的相通電的狀況下，所輸出的電壓會(huì)經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)從左到右或者從右到左的差距，用來(lái)改變電機(jī)驅(qū)動(dòng)的正反轉(zhuǎn)情況。圖3-6H橋直流驅(qū)動(dòng)電路為了使發(fā)電機(jī)保持一個(gè)平穩(wěn)的工作狀態(tài)，H橋電路會(huì)在兩個(gè)角所相互對(duì)立，如下圖3-7所展示出的，當(dāng)Q1與Q4相連接的同時(shí)，電源電壓會(huì)經(jīng)過(guò)電動(dòng)機(jī)經(jīng)Q1并且從左到右流通到電壓。然后再通過(guò)負(fù)欠電源回轉(zhuǎn)流到Q4。電流與電壓如在圖中所顯示的那樣，因此電壓是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)正時(shí)針旋轉(zhuǎn)得到的。假若晶體管在相連通的情況下，它們的電壓會(huì)經(jīng)過(guò)電源設(shè)備從左到右的在驅(qū)動(dòng)器電機(jī)所規(guī)定的地方旋轉(zhuǎn)。圖3-7H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)以順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電路下圖3-8所展示的是晶體管互相連接通路的情況，因此電流會(huì)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)從左到右的流通過(guò)來(lái)，假如下圖兩個(gè)三極管所形成通路的時(shí)候，下圖中電流會(huì)根據(jù)箭頭指示的方向經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所流經(jīng)的過(guò)程而形成逆反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)。圖3-8H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)以逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電路1.3.3驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3-9所顯示。圖3-9直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖1.4溫濕度檢測(cè)電路系統(tǒng)的測(cè)量部分主要由溫濕度傳感器和光敏電阻構(gòu)成。溫濕度傳感器是一個(gè)具有已經(jīng)校正過(guò)數(shù)字信號(hào)的輸出值的溫濕度綜合感應(yīng)器。由于使用了獨(dú)有的數(shù)據(jù)模塊收集方法與溫濕度數(shù)據(jù)傳感方法，使得此產(chǎn)品銷(xiāo)售具備了高度的安全性和優(yōu)秀的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。因而具備了性能卓越、超快響應(yīng)、抗干擾性能強(qiáng)、價(jià)格比等極高優(yōu)勢(shì)。超小型的體積、很低的功率，且信息傳遞距離達(dá)到了二十米以上。在溫濕度檢測(cè)傳感器收集到每時(shí)每刻的情況時(shí)，我們可對(duì)照表3-1找出相對(duì)應(yīng)的溫濕度阻抗特性數(shù)據(jù)情況。表3-1溫濕度阻抗特性數(shù)據(jù)在這次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，我們選用的是廣泛利用的擁有可靠性很高的DTHH11溫濕度傳感器。DHT11是一種已經(jīng)被校對(duì)以數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度感應(yīng)器。精準(zhǔn)性濕度為正負(fù)百分之五RH，溫度正負(fù)百分之二度，最大量程濕準(zhǔn)度百分之二十到百分之九十RH，溫度0～50℃。DHT11溫濕度測(cè)量系統(tǒng)是簡(jiǎn)化的單總線方法，它有一個(gè)數(shù)據(jù)連接線，所有從中的數(shù)據(jù)互換、操作等都由單總線進(jìn)行；它們主次結(jié)極，只從主機(jī)叫從機(jī)的時(shí)，從機(jī)才能回應(yīng)。圖3-10DHT11電路圖1.5液晶顯示電路LCD1602液晶表示的工作原理是液晶物理材質(zhì)的性質(zhì)來(lái)決定的，利用電源和電壓對(duì)于它表示區(qū)間進(jìn)行操控，有電的話就可以表示出來(lái)需要形狀。液晶顯示屏它的厚度很薄、涉及的范維廣、而且能在很大規(guī)模的電路上上電工作、可以簡(jiǎn)單輕易的顯示全彩色的優(yōu)勢(shì)，并且能夠一起顯示32個(gè)字符，是一種顯示的液晶顯示器電路。所以這次采用的是LCD1602液晶屏表示濕度以及溫度。圖3-11液晶顯示電路圖1.6光敏檢測(cè)電路光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)而制作或形成的光敏檢測(cè)元器件，它的電阻值會(huì)因?yàn)楣庠磸?qiáng)度的照射而改變的。當(dāng)光照強(qiáng)度不斷增加的時(shí)候，他的阻抗系數(shù)會(huì)慢慢的減??；當(dāng)光照強(qiáng)度不斷持續(xù)減小的時(shí)候，其阻抗系數(shù)值會(huì)持續(xù)增大。光敏電阻通常是在金屬絕緣材料基底板上添加一塊光電導(dǎo)線，并在廣電導(dǎo)線的兩端添加上正負(fù)電極，在電極二端再加上引線端子，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密封裝之后放進(jìn)帶有微孔的銅制或塑膠外殼體內(nèi)。一般的光敏表面都會(huì)被制作為彎曲形，而且電極表面則會(huì)被迫制作成為梳狀，這么做是為了提高光敏電阻的對(duì)光強(qiáng)度，并且縮短兩個(gè)電極之間的間距，增強(qiáng)光敏電阻反應(yīng)的快速性。這個(gè)系統(tǒng)使用感光光敏電阻特性來(lái)測(cè)量光亮強(qiáng)度的程度，并使用測(cè)光強(qiáng)度判斷區(qū)分白天和黑夜，而濕度傳感器測(cè)量輔助的陰晴天氣狀況，電路結(jié)構(gòu)如圖3-12所顯示。光敏電阻器的電路模式PGM5539，設(shè)計(jì)達(dá)成的手段是利用光敏阻值光與電的特殊機(jī)能，感光電阻小時(shí)是不產(chǎn)生光，能讓系統(tǒng)穩(wěn)定正?；ぷ?。在所示圖中，根據(jù)工作時(shí)候的電路（在一般照明下），調(diào)節(jié)電位器的阻值，然后比較器輸出功率高，由于光暗的的程度方式不一樣，光敏阻值的放大，低于反相端的極端電流，比較器輸出功率變小，而后經(jīng)由外部中斷，單片機(jī)控制直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)一起逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并且使衣物回收進(jìn)來(lái)。圖3-12光敏檢測(cè)電路1.7紅外遙控電路在現(xiàn)如今科技高度發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)當(dāng)中，紅外遙控已經(jīng)被頻繁的用在各種種類(lèi)的家用電器上了，并且為人們?cè)谌粘？臻e時(shí)間使用的時(shí)候提供了很大的便捷方面。紅外遙控系統(tǒng)電路在一般情況下來(lái)說(shuō)是由此設(shè)備的兩個(gè)方面組合成的，其中內(nèi)部包括：紅外線發(fā)射器裝置以及紅外線接收器裝置。其工作原理電路圖如圖3-13所示。圖3-13紅外遙控系統(tǒng)圖紅外收發(fā)器裝置還可以經(jīng)由鍵盤(pán)電路器、紅外解碼芯片元器件、總的電路和紅外設(shè)備分發(fā)信息?；蛘咦鳛榧t外編碼對(duì)象，結(jié)合全系統(tǒng)設(shè)備，結(jié)合強(qiáng)大的集成化系統(tǒng)的紅外接收和紅外收發(fā)設(shè)備。被經(jīng)常用在較好的處理信息在通過(guò)紅外線發(fā)射控制信號(hào)裝置傳送到接收方的基準(zhǔn)帶的二進(jìn)制信息調(diào)制解調(diào)器的脈沖信號(hào)信息，一般看到的脈沖寬度調(diào)制的信息從而完成脈波中間時(shí)間間隔的脈沖寬度調(diào)制來(lái)完成信號(hào)調(diào)節(jié)的方式。其電路圖如圖3-14所示。圖3-14紅外遙控接收電路紅外遙控發(fā)射設(shè)計(jì)是通過(guò)發(fā)射機(jī)器，指示訊號(hào)發(fā)生電路,調(diào)整集成電路,直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路和紅外線發(fā)射機(jī)裝置基本來(lái)構(gòu)成指示命令鍵。在開(kāi)啟指示命令按鈕的同時(shí),由命令信息生成電路所生成的控制信息將在經(jīng)過(guò)調(diào)制電路調(diào)制的控制指令信息生成之后需要，在最后經(jīng)過(guò)由驅(qū)動(dòng)器集成電路驅(qū)使的紅外發(fā)射裝置，并且顯示出具體的紅外遙控命令信息。其紅外發(fā)射電路圖下圖3-15所示。圖