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1、2011-2012 德州仪器 C2000 及 MCU 创新设计大赛项目报告题 目： 基于 TMS320F28027 的智能晾衣架 学校： 深圳大学 指导教师： 曹广忠（博士，教授） 组别： 专业组 应用类别： 先进控制类 平台： C2000 参赛队成员名单：崔猛，在读研究生， 张杰，在读研究生, 陈建秋，在读本科生，李寒逸，在读硕士， 黎永杨，在读硕士， li_yong_视频文件观看地址（若未拍摄，请注明）：未拍摄视频邮寄地址和收件人联系方式：邮寄地址：广东省，深圳市，南山区，深圳大学，南区机电大楼，实验室 S821收件人：崔猛 联系方式：13590139295基于 TMS320F28027
2、的智能晾衣架摘要：本设计拟开发一种智能感应晾衣杆系统，此晾衣杆是以 TMS320F28027 为 主控芯片来控制的实时精确检测系统该系统使用 DHT11 温湿度传感器来检测 大气的湿度，通过光敏电阻来采集光照强度，然后通过 DSP 处理信息来控制电 机达到寻找光照区间，以最高效率完成晾干衣服的工作。本系统采用太阳能板 供电，并能将多余电量存储下来，达到绿色低碳的效果。Abstract：The design intends to develop an intelligent drying clothes rail system, the clothes rod is dominated by T
3、MS320F28027 chip which can immediately detect the temperature and the light intensity . The system uses DHT11 to detect the atmospheric humidity and collects light intensity by photosensitive resistance and then reachs the goal of finding light interval to dry the clothes in order to work most effic
4、iently by DSP which controls motor. The system gets its electricity from the solar energy panel and it can save the extra energy which is low carbon and environmentally friendly.1、引言晾衣架我们每天使用的家居用品。一直以来，人们都习惯于把洗好的 衣服放到太阳下面晒干，可是当我们在阳光明媚时候把衣服晾出去，恰好我们 又要出门，天气阴沉下来，衣服很难晾干，让人十分烦恼，所以我们希望有一 个“活”的晾衣杆，在我们不在家而天
5、气转阴下雨时，它能帮我们把衣服晾 干本设计芯片采用的是德州仪器的 TMS320F28027 ，基于太阳能充放电的晾 衣杆根据天气变化进行智能运作，为人们解除苦恼。 太阳能智能衣架是在普通衣架的设计上增添了绿色环保的供电系统，太阳 能板发电，给18650蓄电池组充电，再经过稳压模块给整个系统供电。 DSP 依 其高速的运算速率，精确判断衣服干湿情况，具备当衣服干了马上停止工作的 能力。而且用电机带动衣架上升下降并跟踪阳光移动，使衣服最大限度的暴露 在阳光当中，如果空气湿度过高，能自动开启风扇对衣服进行风干。这几种功 能主要是其智能化的体现。 在国内，智能家居不是一个单独的产品，也不是传统意义上的
6、“智能小区” 概念，而是基于小区的多层次家居智能化解决方案。它综合利用计算机、网络 通讯、家电控制、综合布线等技术，将家庭智能控制、信息交流及消费服务、 小区安防监控等家居生活有效地结合来，在传统“智能小区”的基础上实现了 向家的延伸，创造出高效、舒适、安全、便捷的个性化住宅空间，而且现在的 产品都向着绿色低碳的方向发展，例如太阳能热水器，风能水能发电，电动汽 车等等。 随着高科技和信息技术的广泛应用，安全、舒适、便利的生活环境已经不 再是一个遥远的梦想。由于智能家居系统能够为人们提供更加轻松、有序、高 效的现代生活环境，因此已经成为房地产商追逐的热点。在未来，没有智能家 居系统的住宅将像今天
7、不能上网的住宅那样不合潮流。相信不远的将来，智能家居一定会更好地造福人类。所以身为其中家居用品一份子的晾衣架是很有潜 力在这方面山发展的，我相信不久的将来传统简单的晾衣架在科技的飞速发展 下一定可以成为一颗耀眼的明星，让人们一改对以往操作简单，样式普通的晾 衣架的看法。 而太阳能智能晾衣架不仅满足家居智能化的要求，而且在这个还 有很大发展潜力的行业中必定具有很大的潜力。2、系统指标充分利用太阳能进行供电，使能 DSP、传感器并驱动电机以及风扇。利用 太阳能给蓄电池充电，不再使用家用电，达到节能低碳环保的效果。 系统采用数字温湿度传感器、称重传感器、光敏电阻采集数据，利用 DSP 高速的运算处理
8、速度，将数据实时精确地计算出来，返回给芯片使之更及时的 进行下一步动作，驱动电机使晾衣架自动上下运动，以及晾衣杆的转动，达到 自动寻找光源，收回衣物的一系列性能指标。 将系统的运行状态以及数据信息及时的呈现给用户，使得衣物的干湿情况 一目了然。3、系统方案1）整个系统框架图 1 所示：图 1 系统设计方案本系统电源是由太阳能板对蓄电池充电，然后蓄电池经过稳压模块分别对 DSP 与其他外接硬件供电。在天气明朗的时候能有效的储蓄一定电量，待阴雨天气衣服较难干时，启动系统的自动控制，使衣服能够尽快的晾干。由外接传 感器采集一定的数据并分析已达到智能控制电机转动，同时由显示屏显示外界 基本情况，以及系
9、统的运行情况。2）系统达到智能控制的基本流程如图 2：图 2 系统数据采集流程 3、1 太阳能板供电模块 系统电源是由太阳能板对蓄电池充电，然后蓄电池经过稳压模块分别对 DSP 与电机、风扇直接供电。在天气明朗的时候能有效的储蓄一定电量，待阴 雨天气衣服较难干时，启动系统的自动控制，使衣服能够尽快的晾干。图 3 太阳能供电系统本系统是由太阳能供电，用 18650 锂电池组作为蓄电池,如图 3 所示。太阳 能板在正常日照下能提供 18V 的电压，1.27A 的电流，通过升降压模块，我们 将太阳能板提供的电稳定在 18V，给锂电池充电，同时，也给系统供电，锂电 池经过锂电保护板，能使四个 1865
10、0 电池均衡获得 4.3V 的充电电压，同时防止 输出过电流、短路及过充电、过放电对电池的损伤。当外围没有太阳的时候， 或者太阳不够强烈的时候，则由锂电池组给系统供电，输出的 18V 直流电再经 过降压稳压到 12.5V，给开发板和电机风扇供电。3、2 数据采集模块1）本系统数据采集模块包括温湿度传感器模块，光敏电阻模块，称重传感器模 块。利用数字温湿度传感器 DHT11 结合 TMS320F28027 高速的处理速度使得实时 性更强，测量湿度数据更精准。 DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次 通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下
11、面说明,当前小数 部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。 数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据 +8bit温度小数数据+8bit校验和 数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。DHT11时序图4如下：图 4 DHT11 时序图 由主机触发传感器，可以得到传感器响应信号如图 5：图5 DHT11响应信号由于DHT11是单总线的，只将DATA线与DSP的一个GPIO口相连接即可。使用 Cputimer定时器定时进行数据
12、采集，采用DSP的eCAP功能，当传感器开始发送数 据时，eCAP及时作用，并在eCAP中断服务程序里发生作用，捕获到的高低电平 更精准。但又因为此款芯片的资源较少，只有一个捕获中断服务程序，而本系 统中，需要至少三个传感器，因此使用三个湿敏传感器选用数据选择器图 6， 使它们轮流在同一个捕获中断里工作。图6 4选1数据选择器这样在Cputimer0中断里来切换传感器，使之轮流工作下去。由于正常情况 下温度湿度都是缓慢变化的，DSP速度很快，及时传感器不同时工作，一样不影 响传感器采集数据的准确性。 选用三个湿敏传感器，其中一个放在阳台上，用来实时监测室外的湿度情 况（外界湿度也设一个阙值）
13、，并用做开关量，另外两个放在衣架左右，实时监 测衣服的干湿情况。工作情况如下：首先由衣架上的传感器检测衣服的干湿情 况，如果检测到衣服已经干了，则停止所有的工作（包括光强信号的采集过程） ， 并通过蜂鸣器鸣笛 3 次；若果衣服没干，则首先要判断是上午还是下午晚上， 在由阳台上的光敏电阻检测外面的光照强度。如果检测的太阳光强度 L1 大于规 定阙值的话，准备电机转动。若光线不强，或者是阴天，衣服未干，则不通过 光敏电阻采集数据，而是直接开启风扇，使衣服快速风干。2）本系统重点工作放在随光强变化驱动电机运动，使其达到预期效果。 由光强公式可知，光强一样是指说单位时间单位面积的金属接受的能量一 样，
14、光子数可以不同。本系统使用的是光敏电阻受光强影响产生的模拟电压值 变化，通过 DSP 的两路 A/D 通道转化成数字量进行比较。图 7 光敏电路对于光敏电阻，经过很多测试，获得不同情况下受光照电阻的变化（上午中午下午，阴天等） ，从而得出电压的模拟输出，图 7 为所测试电路。 系统规定一个阙值，如果检测的太阳光强度大于这个阙值得话，才能准备 电机转动（这些工作都在衣服没干情况下并且外面湿度不大于阙值时） ，这个传 感器放在于阳台始终朝阳处，以便得到最大光强。衣架上的传感器采集的值与 阳台上传感器采集的值对比：情况 1：如果在两者差值上下浮动 5%的时候，使 之保持原来状态，电机不工作；情况 2
15、：如果差值大于 5%，则使电机获得信号 转动，若是上午的话，就使晾衣架缓慢向下降，并实时监测此时衣架上传感器 信号的值与阳台上的对比，比较值在 2%左右的时候就使电机停止转动；若是下 午的话就使衣架上升，同样上面的操作。电机上升和下降到衣架所规定的行程 范围内的最大值，则衣架会触碰到绑定在衣架右边的行程开关，触碰之后自动 关闭电机。当阳台上的传感器检测到的光强小于设定好的阙值时，电机不工作。3）考虑到目前设计的智能衣架架构还不完善，本系统安装称重传感器。防止湿 衣服太重，压坏衣架。如果重量超过额定值时，会及时报警提示用户。3、3 电机驱动模块 电机驱动模块是由光敏采集的数据作为依据，由于阳台的光照情况在早上 下午和晚上各有不同，早上和下午阳台有光照，而晚上没有光照，所以晚上电 机就不需要带动衣架寻找光照区间；早上和下午的光照情况也有所不同，早上 到中午这段时间阳台的光强区间是由上到下移动，而下午是相反，所以电机驱 动寻找光照区间要分为三个模式，早上，晚上和下午模式。早上和下午模式寻 找光照区间的原理是根据晾衣杆上装一个光敏电阻，采集处理得到的电压值与 阳台上传感器采集获得电压值比较，从而自动的驱动电机。本系统采用 L298N 驱动模块，如图 8 所示 图 8 L298N 原理图运用此驱
