自動晾衣架的硬件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u18274自動晾衣架的硬件設(shè)計案例 1169171.1自動晾衣架絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計 1266351.2主控電路 2323611.2.1單片機方案選擇 28311.2.2單片機簡介 2150711.2.3主控電路 3101811.3電機驅(qū)動電路 5131091.3.1電機的選擇 5128451.3.2直流電機驅(qū)動簡介 5190321.3.3驅(qū)動電路 760931.4溫濕度檢測電路 8117751.5液晶顯示電路 10282651.6光敏檢測電路 11266491.7紅外遙控電路 121.1自動晾衣架絲杠結(jié)構(gòu)設(shè)計絲杠螺母機構(gòu)也稱為螺桿傳動機械裝置。它有著可以將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為上下垂直運動；也可以使上下的垂直運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動的功能。絲杠螺母機構(gòu)還在一定程度上同時具備來回滾動摩擦和左右滑動摩擦的完全不一的構(gòu)造結(jié)構(gòu)特性。在與傳統(tǒng)的滑動絲桿螺母構(gòu)造特點相比較而言，新型螺桿傳動裝置有構(gòu)造結(jié)構(gòu)點單方便、做工簡便輕巧、研發(fā)生產(chǎn)價格更低的優(yōu)勢，同時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)而影響了它傳動效率大大降低35%-45%。滾動絲杠螺母機構(gòu)的最大優(yōu)勢就在于摩擦阻值更低，傳動效率更高；因此，我們在本次設(shè)計中使用了滾輪式絲杠螺母機構(gòu)。圖3-1自動晾衣架絲杠結(jié)構(gòu)示意圖1.2主控電路1.2.1單片機方案選擇方法一:采用單片機AT89C51作為系統(tǒng)處理器。AT89C51含有FLASH存儲器。此類帶4K字節(jié)的低壓力、高功能CMOS8位微數(shù)據(jù)處理器。它自身擁有超級強大的算術(shù)能力以及非常實用的功能并且自身容積小、能耗量低、發(fā)展時間長、功能完善和性價比更適等優(yōu)等條件，運用軟件程序來協(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)場可編程式門列陣(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)衍生出來的最新研究品種。它具有運行程序極高穩(wěn)定性、控制板體積微小、進(jìn)一步擴展功能好的優(yōu)秀條件；因此在研究的價格方面較為昂貴，并且本研究設(shè)計中沒有特別花哨的功能，因此FPGA的處置速度快的特點不能很好的展現(xiàn)出來。綜述上述特點:我們選取方案一作為本課題設(shè)計。1.2.2單片機簡介AT89C51是美國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。其中芯片內(nèi)部包含四K字節(jié)的可重寫唯讀程序內(nèi)存器（perom）和一百二十八字節(jié)的隨意存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）。它擁有密度大且集中和不容易流失性儲存技術(shù)，擁有二百五十六字節(jié)隨機存取存儲器,32條I/0口線、3個16位定時器/記數(shù)器、6輸入四優(yōu)先級嵌套的中斷架構(gòu)、一個串行I/O口并且和一般通用的MCS-51指示命令系統(tǒng)所互通。這類內(nèi)置芯片采用八位中央處理器（CPU）和快速存儲功能，處理速度快以及更高的實用性。形狀及引腳排序如圖3-2所示。圖3-2AT89C51引腳圖1.2.3主控電路自動恢復(fù)和按鍵恢復(fù)都是恢復(fù)電路中最常見的線上供電方式。如設(shè)計中需要按鍵或自動復(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。時鐘復(fù)位電路圖如圖3-3所示。圖3-3時鐘復(fù)位電路圖將一個12Mhz晶體振蕩器與30PF電容器并聯(lián)，該電容器與單片機XIAL1或XIAL2相連接。晶振電路結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4晶振電路圖單片機最小系統(tǒng)電路如圖3-5所示。主要包括單片機機芯、電源電路、時鐘電路和復(fù)位電路四部分。其間包括時鐘電路為單片機提供工作基本時鐘，復(fù)位電路將被用在將單片機內(nèi)部各個電路的狀態(tài)改變?yōu)槌跏贾怠D3-5單片機最小系統(tǒng)電路1.3電機驅(qū)動電路1.3.1電機的選擇方案一：選用直流電機作為驅(qū)動電機直流電機是指可以讓直流發(fā)電產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)變成機械裝備所需要的設(shè)備能量轉(zhuǎn)換為直流能量（直流電流能量）的轉(zhuǎn)子直流電機系統(tǒng)。其特點是調(diào)速系統(tǒng)簡單穩(wěn)定、更多操縱廣泛性、超過所承載能力好，并且能支持兩臺及兩臺以上設(shè)備工作，擁有快速停止、開啟以及機器正反轉(zhuǎn)的優(yōu)點，可以完成最基本的智能操控。研究時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他種類的電機并且價格更為便宜。方案二：采用步進(jìn)電機作為驅(qū)動電機步進(jìn)電機是開環(huán)步進(jìn)電機部件，可將電脈沖信息轉(zhuǎn)換為角運動或線偏移。在沒有能超重的狀況情面的時候電機運行起來的速度和停止的時候所在的地方是依靠脈沖發(fā)射的信號頻率線譜和脈沖信號的曲段數(shù)所決定的，無關(guān)載重的干擾，因此步進(jìn)電機具有快速啟動和停止功能的優(yōu)點，但步進(jìn)電機容易形成共振，不適合在操作不熟練下使用，而且制造生產(chǎn)價格上也會很高。根據(jù)上面所說的優(yōu)缺點，我們采用方案一作為本設(shè)計方案。1.3.2直流電機驅(qū)動簡介系統(tǒng)的電氣部分主要由直流電機驅(qū)動，H橋電路也是直流電機應(yīng)用中最常見的驅(qū)動電路。實際應(yīng)用的時候，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)用十分簡單的。因為在這次設(shè)計中需要使用到直流驅(qū)動電機的正反轉(zhuǎn)操控，所以我們運用H橋電路驅(qū)動。H橋電路是我們經(jīng)常使用的直流驅(qū)動電機電路，因為它的電路外形看起來與英語字母H特別像，所以被我們經(jīng)常性的稱為“H橋電路”。并且它是由四個二極管相構(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)動元器件的電路中還含有一個電動機和四個三極管，并且還要求導(dǎo)通在對角化的另一種型號的可控三極管。在運用和不同可控三極管的相通電的狀況下，所輸出的電壓會經(jīng)過電動機出現(xiàn)從左到右或者從右到左的差距，用來改變電機驅(qū)動的正反轉(zhuǎn)情況。圖3-6H橋直流驅(qū)動電路為了使發(fā)電機保持一個平穩(wěn)的工作狀態(tài)，H橋電路會在兩個角所相互對立，如下圖3-7所展示出的，當(dāng)Q1與Q4相連接的同時，電源電壓會經(jīng)過電動機經(jīng)Q1并且從左到右流通到電壓。然后再通過負(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，因此電壓是通過驅(qū)動器電機正時針旋轉(zhuǎn)得到的。假若晶體管在相連通的情況下，它們的電壓會經(jīng)過電源設(shè)備從左到右的在驅(qū)動器電機所規(guī)定的地方旋轉(zhuǎn)。圖3-7H橋驅(qū)動電機以順時針轉(zhuǎn)動電路下圖3-8所展示的是晶體管互相連接通路的情況，因此電流會通過驅(qū)動電機從左到右的流通過來，假如下圖兩個三極管所形成通路的時候，下圖中電流會根據(jù)箭頭指示的方向經(jīng)過驅(qū)動電機所流經(jīng)的過程而形成逆反時針轉(zhuǎn)動的電機。圖3-8H橋驅(qū)動電機以逆時針轉(zhuǎn)動電路1.3.3驅(qū)動電路直流電機驅(qū)動電路如圖3-9所顯示。圖3-9直流電機驅(qū)動電路圖1.4溫濕度檢測電路系統(tǒng)的測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具有已經(jīng)校正過數(shù)字信號的輸出值的溫濕度綜合感應(yīng)器。由于使用了獨有的數(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)品銷售具備了高度的安全性和優(yōu)秀的長期穩(wěn)定性。因而具備了性能卓越、超快響應(yīng)、抗干擾性能強、價格比等極高優(yōu)勢。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。在溫濕度檢測傳感器收集到每時每刻的情況時，我們可對照表3-1找出相對應(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)計開發(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)被校對以數(shù)字信號輸出的溫濕度感應(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溫濕度測量系統(tǒng)是簡化的單總線方法，它有一個數(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，只從主機叫從機的時，從機才能回應(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)來決定的，利用電源和電壓對于它表示區(qū)間進(jìn)行操控，有電的話就可以表示出來需要形狀。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、可以簡單輕易的顯示全彩色的優(yōu)勢，并且能夠一起顯示32個字符，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元器件，它的電阻值會因為光源強度的照射而改變的。當(dāng)光照強度不斷增加的時候，他的阻抗系數(shù)會慢慢的減??；當(dāng)光照強度不斷持續(xù)減小的時候，其阻抗系數(shù)值會持續(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被制作為彎曲形，而且電極表面則會被迫制作成為梳狀，這么做是為了提高光敏電阻的對光強度，并且縮短兩個電極之間的間距，增強光敏電阻反應(yīng)的快速性。這個系統(tǒng)使用感光光敏電阻特性來測量光亮強度的程度，并使用測光強度判斷區(qū)分白天和黑夜，而濕度傳感器測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)計達(dá)成的手段是利用光敏阻值光與電的特殊機能，感光電阻小時是不產(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，單片機控制直流驅(qū)動電機一起逆時針轉(zhuǎn)動，并且使衣物回收進(jìn)來。圖3-12光敏檢測電路1.7紅外遙控電路在現(xiàn)如今科技高度發(fā)展的現(xiàn)代社會當(dāng)中，紅外遙控已經(jīng)被頻繁的用在各種種類的家用電器上了，并且為人們在日?？臻e時間使用的時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說是由此設(shè)備的兩個方面組合成的，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外編碼對象，結(jié)合全系統(tǒng)設(shè)備，結(jié)合強大的集成化系統(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紅外線發(fā)射控制信號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間間隔的脈沖寬度調(diào)制來完成信號調(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)計是通過發(fā)射機器，指示訊號發(fā)生電路,調(diào)整集成電路,直流電機驅(qū)動集成電路和紅外線發(fā)射機裝置基本來構(gòu)成指示命令鍵。在開啟指示命令按鈕的同時,由命令信息生成電路所生成的控制信息將在經(jīng)過調(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)過由驅(qū)動器集成電路驅(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