基于AT89C51单片机自动晾衣架的设计

 基于AT89C51单片机自动晾衣架的设计

第一章   引 言
目前晾衣架分手动、自动两种。手动较为普及。自动之所以未能普及推广,这是由于整个行业技术上的不成熟以及售后服务的局限——毕竟是镶在天花板上,不像小家电一样容易搬移去维修保养。因而目前,还是手动为市场的主导。但自动晾衣架有着手动晾衣架不可比拟的优势如升降更省力,升降速度更快等。随着技术的日臻完善,自动晾衣架将成为市场的主导产品。
自动晾衣架是大约10年前出现的一种晾晒衣服的用具。这种产品刚出来时晾杆是用不锈钢圆管做的,款式单一,只是作为一种方便晾晒衣服的工具,但随着时间的推移,生产晾衣架的厂家越来越多,竞争越来越大,厂家各出奇谋,晾衣架的款式越来越多,越来越漂亮,晾衣架如今已不仅仅是一种晾晒的工具了,更演变成一种装饰品,成为阳台一道风景线。晾衣架的各种配件也层出不穷,每一件配件都可以作为装饰品,点缀现代家庭的阳台。
   目前,晾衣架产品的市场消费观念正在发生变化,人们晾晒衣服和生活用品的习惯从最早的原始的固定晾杆,到手拉升降衣架,再到自动晾衣架和最新的数码遥控晾衣架,短短的20年时间内,产品已经发生了翻天覆地的变化。从消费需求看,人们的消费观念也开始向品牌化、高档化、简易化的理性方向迈进。体验试营销手段正悄然进入晾衣架市场。消费者对产品的需求,也从简单的使用需求,上升到对产品的整体设计、功能、色彩、服务等多方面的整合需求。从产品技术看,现代晾衣架晾杆的材质和表面工艺处理也在不断地提高,材质用料上也从铁质到不锈钢,再发展到铝合金及目前采用的最新航空材料——铝钛合金,不断地推进发展。
  电路工作原理:当系统上电后,电源指示灯点亮;当晾晒衣服时,超重传感器检测衣物是否超过电机所能承载的质量,当超过时声光报警器就会报警,同时电机控制电路使电机不工作;当上升按键被按下,上升指示灯点亮,同时电机控制电路使电机正转;当下降按键被按下,下降指示灯点亮,同时电机控制电路使电机反转;如果发生故障使电机处于过流工作时,过流检测就会输出信号使声光报警器报警,同时使电机不工作。
 
 
 
 
 
 
第三章  系统的主要部件方案论证与比较
题目要求设计一自动晾衣架,根据要求需采用一只电机来控制晾衣架的升降。采用传感器衣物是否超重,当过载或发生故障时通过声光报警器实现报警,另外还需用到键盘及显示,下面对主要部件的选择加以论证。
3.1  处理器的选择与论证
方案一:采用FPGA(现场可编程门列阵)作为系统的处理器。由于FPGA将所有器件集成在一块芯片上,所以外围电路较少,控制板的体积小,稳定性高,扩展性能好;而且FPGA采用并行的输入输出方式,系统处理速度快,再加上FPGA有方便的开发环境和丰富的开发工具等资源可利用,易于调试;但是FPGA的成本偏高,而且由于本设计对输出处理的速度要求不高,所以FPGA高速处理的优势得不到充分体现。
方案二:采用单片机AT89C51作为系统的处理器。单片机算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程来实现各种算法和逻辑控制,并且由于其功耗低、体积小、技术熟练和成本低等优点,使其在各个领域应用广泛。
基于以上分析,采用单片机AT89C51作为系统的处理器。
 
3.2  驱动电机的选择与论证
方案一:采用步进电机作为执行单元。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。因此,步进电机具有快速启停能力,但步进电机成本比较高且如果控制不当容易产生共振。
方案二:采用直流电机作为执行元件。直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调整范围广,过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的快速启动、制动和反转;能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。直流电机成本低且的电路简单。
基于以上分析,采用直流电机作为系统的传动装置。
3.3  直流电机驱动电路的选择与论证
方案一:采用与直流电机相匹配的成品驱动装置。采用该方法实现直流电机驱动,其优点是工作可靠,节省制作和调试的时间,但成本很高。
方案二:采用继电器来控制直流电机。采用该方法实现直流电机驱动,电路连接比较简单,工作相对也比较可靠,成本低廉,技术成熟。此外,为提高电路的抗干扰能力,驱动电路与单片机接口可通过光耦元件连接。
基于以上分析,考虑到要驱动的电机瞬时电流较大以及电路的复杂程度,采用方案二实现电机驱动。
 
 
 
 
 
 
第二章  自动晾衣架总体原理框图及工作原理
本设计要求设计自动晾衣架的控制系统,能实现晾衣架的自动升降,衣服重量的自动检测及系统的故障保护功能。设计衣物的搭载总重量不超过30kg,晾衣架的升降速度为0.4m/s。电机的额定功率为120W。
该设计电路的方框图如图2-1。该电路的输入有超重信号输入电路、手动按键电路、过流检测输入电路;电路的控制核心是AT89C51单片机;输出部分有声光报警电路、状态显示电路、电机控制电路。
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