基于單片機的自動晾衣架設(shè)計

本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于單片機的自動晾衣架設(shè)計姓名：系別：專業(yè)：年級：學(xué)號：指導(dǎo)教師：職稱：年月日基于單片機的自動晾衣架設(shè)計 基于單片機的自動晾衣架設(shè)計[摘要]晾衣架是現(xiàn)在日常生活中必不可少的一種工具，早期較為簡單的是由一根木桿懸掛或固定在屋頂，現(xiàn)在很多居民多用鐵桿焊接在屋頂下或購買手動晾衣架作為日常晾衣設(shè)備。這種基本構(gòu)造決定了在晾衣服時必須是人工把衣物掛好固定，這樣不但費時費工而且不能充分利用陽光并有衣物掉地弄臟的危險?，F(xiàn)在市場上大多為手動晾衣架，且只能滿足單一的升降貨收縮功能，不能同時解決更好利用陽光和晾衣費時費力的問題。伸縮式結(jié)構(gòu)具有占地較大、難固定等缺點，故本次設(shè)計采用絲桿結(jié)構(gòu)。[關(guān)鍵詞]晾衣架絲桿自動Designofautomaticclotheshangerbasedonsinglechipmicrocomputer[Abstract]Clotheshangerisnowindailylifeindispensableatool,theearlysimpleisbyapolehungorfixedontheroof,nowmanyresidentsmultiironweldingundertherooforbuymanualclotheshangerasdailylaundryequipment.Thebasicstructureofdecidedinclothesmustbemanuallycutclotheshangingfixed,whichisnotonlytime-consumingandlaborandcannotmakefulluseofsunlightandclothesoffthedangerofdirty.Nowonthemarketaremostlymanualdryingracks,andcanonlymeetasingleliftgoodscontractionfunction,cannotsolvetheproblemofbetteruseofsunlightandclothesdryingtime.Thetelescopicstructurehasthedisadvantagesoflargeoccupationareaanddifficulttofix,sothedesignadoptsthestructureofthescrewrod.[Keywords]Clotheshanger,Wire,rod,automatic目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 51.1晾衣架的歷史概況和現(xiàn)狀 51.2設(shè)計背景與意義 5第2章總體方案設(shè)計 62.1系統(tǒng)電路設(shè)計 62.1.1系統(tǒng)設(shè)計要求 62.1.2系統(tǒng)功能模塊 62.2設(shè)計方案比較與選擇 62.2.1處理器的選擇方案 62.2.2驅(qū)動電機的設(shè)計方案與選擇 72.3系統(tǒng)各模塊最終方案 7第3章基本元器件簡介及各部分電路設(shè)計 83.1單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計 83.1.1AT89C51單片機介紹 83.1.2復(fù)位、晶振電路設(shè)計 93.2電機驅(qū)動電路即H橋電路原理分析與應(yīng)用 103.3光敏強度測量電路設(shè)計與原理分析 123.4溫濕度檢測電路原理與分析 123.5紅外遙控控制電路原理與分析 143.5.1紅外遙控發(fā)射電路原理與分析 153.5.2紅外遙控接收電路 153.5.3紅外遙控器數(shù)碼按鍵值設(shè)計 16第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 174.1溫濕度采集及顯示 184.2電機控制 194.3紅外遙控控制 194.3.1軟件功能概述 194.3.2程序設(shè)計 19第5章機械系統(tǒng)的設(shè)計 215.1絲杠的介紹 215.2絲杠的基本運算 215.2.1勻速運行中非精確計算 215.2.2加速速運行中非精確計算 225.3絲桿設(shè)計中應(yīng)注意的問題 225.3.1受力合理 225.3.2防止逆轉(zhuǎn) 22第6章系統(tǒng)調(diào)試 236.1硬件電路調(diào)試 236.2軟件程序調(diào)試 236.3整機調(diào)試 24結(jié)論 25致謝語 26附錄 28附錄1主電路圖 28附錄2自動晾衣架程序 29附錄3晾衣架機械結(jié)構(gòu)爆炸圖 36

引言晾衣架，是我國較早出現(xiàn)的一種家具，周朝開始實行禮制，貴族階層對衣冠十分重視，為了適應(yīng)這種需要，較早就出現(xiàn)了專門用來懸掛衣物的架子。各個朝代的衣架形式各有不同，名稱也有所不同?，F(xiàn)如今，它已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡纳畋貍淦?。目前，晾衣架基本分為手動、自動兩種。手動較為普遍，且有價格便宜，操作修理簡單的優(yōu)點，但隨著人們?nèi)粘Ｉ畹墓?jié)奏加快，技術(shù)的日臻完善，與手動晾衣架相比，自動晾衣架不可比擬的升降省力省時優(yōu)勢、智能化優(yōu)勢顯得愈加明顯?，F(xiàn)在智能化電氣設(shè)備已經(jīng)越來越多的在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫綇V泛應(yīng)用，使得我們的生活變得更加的個性化、自動化，這不僅節(jié)約了我們寶貴的時間也使得各種資源得到了充分的應(yīng)用。與其他智能家居電子設(shè)備相比，傳統(tǒng)的晾衣架已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益提升的生活質(zhì)量的需要。因此，開發(fā)出一個可以在隨天氣和時間變化自動晾衣架已成為上班族和雙職工家庭的迫切需要。

第1章緒論1.1晾衣架的歷史概況和現(xiàn)狀在我國，晾衣架是比較早出現(xiàn)的。周朝開始實行禮制。對于衣冠，貴族階層很是重視。而且很早就出現(xiàn)一種架子，就是為了用來懸掛衣服。各個朝代的衣架不同。不光名稱不同，形式也有不同。

春秋時期，橫架的木桿。掛衣曰“桁”，又叫“木施”。在宋代，衣架使用更加普遍。而且宋代時已經(jīng)有了形象的資料。河南禹縣宋墓壁畫梳妝圖中的衣架。它由兩根立柱支撐一根橫桿。橫桿兩頭長出立柱。兩頭微上翹，并呈花朵狀。下部是兩橫木墩來穩(wěn)定立柱。在上桿下部的兩柱之間。另加一根橫桿，以起加固作用。

到了明代時期，傳統(tǒng)模式仍是衣架的整體模式。明代時制作、裝飾、用材很精致。衣架下端支撐的是兩墩子木作。里外兩面浮雕回紋。前后是鏤雕卷草花抵夾。上下兩部分用立柱還有木插來連接座墩。下面的橫格木具有一定的寬度。故可以擺放鞋履等物。這個在明代時期達到了相當(dāng)?shù)乃囆g(shù)水平。

明清衣架造型典雅。裝飾精美，雕刻細(xì)致。明清的官員，戴著烏紗紅纓帽。身上穿著馬蹄袖長袍。它的前后都綴有補子。故清代衣架高大。立柱上設(shè)有橫桿。雕有文飾回紋，二端出挑。墩上有立柱。前后兩個鏤雕卷草花抵夾。上下兩部分用木插與立柱和座墩連接。兩墩安裝連接一般是小塊木料。

清朝實行“易服”政策。推行穿滿人服裝。滿人體魄剽悍而高大。所穿的服裝體積大、份量重。一般用繡鳳的綾羅綢緞做有地位人、有錢的衣服。所以，清代衣架的巨大、端莊、繁華。這個也是和其他時代不同的地方。清代又稱“朝服架”。這個是用來掛置男用官服。所以，衣架的主梁一般像二龍仰首。而且二龍形態(tài)傲然，橫臥前方。這就象征著官運亨通。其他強調(diào)價值觀念的有如“壽”、“祿”、“福”和裝飾花紋?，F(xiàn)在晾衣架已成為每個家庭的必備工具，但大多仍為手動，較為單調(diào)且費力費時，自動晾衣架已經(jīng)逐漸進入市場，并逐步成為主流產(chǎn)品。1.2設(shè)計背景與意義到了今天，在日常生活中晾衣架已成必不可少的工具。它本身也從一個工具逐步變?yōu)殛柵_上的一個裝飾品，而智能化產(chǎn)品在家庭中的廣泛應(yīng)用，自動多功能晾衣架已有逐步代替原有手動晾衣架的趨勢。自動晾衣架的應(yīng)用，使得人們可以更加輕松的完成家務(wù)，為上班族節(jié)約了更多的時間，使人們生活更加個性化、自動化。

第2章總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)電路設(shè)計2.1.1系統(tǒng)設(shè)計要求1.濕度度控制范圍：小于20%（電機正轉(zhuǎn)，晾衣架伸出）；大于40%（電機反轉(zhuǎn)，晾衣架收回）。2.光敏控制：光線變?nèi)酰姍C反轉(zhuǎn)，晾衣架收回）。3.遙控器控制晾衣架伸出。4.具有光電隔離、漏電保護等安全保護措施。5.預(yù)留有多路擴展功能。2.1.2系統(tǒng)功能模塊硬件電路從功能模塊上來劃分有：主機電路，電源電路，溫度采集電路，鍵盤、顯示電路，控制執(zhí)行電路。硬件功能結(jié)構(gòu)框如圖2-1所示。圖2-1硬件功能框圖2.2設(shè)計方案比較與選擇2.2.1處理器的選擇方案1.方案一：采用單片機AT89C81作為系統(tǒng)處理器。AT89C51帶有FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）。一種帶4K字節(jié)的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。它具有算術(shù)運算能力強、軟件編程可操作性強且兼有體積小、功耗低、技術(shù)成熟度高和性價比高等優(yōu)點，可用軟件編程來實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，因此廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。2.方案二：采用現(xiàn)場可編程門列陣（FPGA）作為系統(tǒng)處理器。它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。具有穩(wěn)定性高、控制板體積小、擴展性能好等優(yōu)點，但其成本較高，且本設(shè)計不用復(fù)雜的功能，使FPGA的快速處理優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。綜上分析：選定方案一為本設(shè)計方案。2.2.2驅(qū)動電機的設(shè)計方案與選擇方案一：采用直流電機作為驅(qū)動電機直流電機（directcurrentmachine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能（直流電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機。它具有調(diào)速方便、平滑、調(diào)整范圍大，過載能力強，能承受多次沖擊負(fù)載，可以快速啟動、制動、反轉(zhuǎn)，能夠滿足基本的自動化運行且設(shè)計電路簡單、實物價格低廉。方案二：采用步進電機作為驅(qū)動電機步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即步進電機具有快速啟停能力的優(yōu)點，但步進電機在控制不當(dāng)時易產(chǎn)生共振且成本較高。綜上分析：選定方案一為本設(shè)計方案。2.3系統(tǒng)各模塊最終方案經(jīng)過認(rèn)真分析和多組方案對比論證，選定系統(tǒng)模塊最終方案如下：電源：采用三端穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電源；處理器：采用單片機AT89C51作為系統(tǒng)處理器；驅(qū)動電機：采用直流電機作為驅(qū)動電機；顯示：采用液晶顯示屏。

第3章基本元器件簡介及各部分電路設(shè)計3.1單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計3.1.1AT89C51單片機介紹AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）,器件采用ATMEIL公司高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大、性價比高。外形及引腳排列如圖3-1所示。圖3-1AT89C51管腳圖主要功能特性如下所示：與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容。4K字節(jié)可編程FLASH存儲器壽命：1000次擦寫周期數(shù)據(jù)可保留10年全靜態(tài)操作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128*8位內(nèi)部內(nèi)部RAM32個可編程I/O線2個16位定時器/計數(shù)器10.6個中斷源11．可編程串行UART通道12.低功耗的閑置和掉電模式13.片內(nèi)振蕩器和時鐘電路單片機及其最小系統(tǒng)工作電路如下圖3-2所示：圖3-2單片機最小系統(tǒng)工作電路3.1.2復(fù)位、晶振電路設(shè)計1.復(fù)位電路設(shè)計自動復(fù)位和按鈕復(fù)位是復(fù)位電路最常用的上電方式。而實驗需要按鍵手動復(fù)位，選用時鐘頻率為12MHz，則電容取值為10uF，電阻取值為10K。復(fù)位電路如圖3-3所示。圖3-3復(fù)位電路2.晶振電路將一個12MHZ的晶振并聯(lián)連接在單片機XIAL1和XIAL2分別接入得30PF電容上，此電路構(gòu)成單片機的晶振電路。晶振電路如圖3-4所示。圖3-4晶振電路3.2電機驅(qū)動電路即H橋電路原理分析與應(yīng)用因為在本次設(shè)計中需要驅(qū)動直流電機正反轉(zhuǎn)，故采用H橋驅(qū)動電路。H橋電路是典型的直流電機控制電路，因為其電路形狀酷似英文字母H，所以被稱為“H橋”。4個三極管組成H的4條垂直腿，電機就是H中的橫杠。如圖3-5所示，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制直流電機的正反轉(zhuǎn)。圖3-5H橋驅(qū)動電路

H橋電路使電機運行，對角線上晶體管必須導(dǎo)通。如圖3-6所示，當(dāng)Q1和Q4管接通，電流通過Q1從左至右通過電動機從電源正極，然后返回到負(fù)電源通過Q4。如圖電流電流箭頭所示，電流為順時針旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電機。當(dāng)晶體管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左向右通過電機，驅(qū)動電機在一個特定的方向旋轉(zhuǎn)。圖3-6H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動

如圖3-7所示為晶體管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，如圖電流電流箭頭所示，電流為逆時針旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電機。圖3-7H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動表3-1電機正反轉(zhuǎn)真值表輸入輸出ABM1AM2A0101101011113.3光敏強度測量電路設(shè)計與原理分析光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測元器件，其電阻值會隨著光照強度的變化而隨之變化。當(dāng)光照強度逐漸增強時，其阻值逐漸變??；當(dāng)光照強度逐漸減弱時，其阻值逐漸變大。光敏電阻通常是在絕緣材料基板上加入一塊光電導(dǎo)體，在廣電導(dǎo)體的兩端加上電極，電極兩端接入引線，密封好裝入留有小窗口的金屬或塑料外殼內(nèi)。一般光敏面會被做成蛇形，電極也會加工為梳狀，這樣做是為了有較大的受光表面，同時可以減小電極之間距離，進而減小電極間電子渡越時間，提高光敏電阻靈敏度。該系統(tǒng)利用感光光敏電阻特性檢測光強度的程度，通過檢測光強度確定白天和黑夜，而濕度傳感器檢測輔助的陰晴，電路結(jié)構(gòu)如圖3-8所示為。光敏電阻器的電路模型PGM5539，系統(tǒng)實現(xiàn)的原理是利用光敏電阻的光電特性，光敏電阻光阻當(dāng)小于是沒有光，使系統(tǒng)工作。在圖中，工作前的電路（在正常光照下），調(diào)整電位器的電阻，LM393比較器的反相輸入端電位低于同相，然后比較器輸出高，與光暗的變化，光敏電阻的增大，小于反相端到端電壓，比較器輸出變低，然后用外部中斷，單片機控制直流電機同時反轉(zhuǎn)，將衣物收回。圖3-8光敏檢測電路3.4溫濕度檢測電路原理與分析在本次的實驗中，選用已被廣泛利用，有較高穩(wěn)定性的DTHH11傳感器。DHT11是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器。精度濕度+-5%RH，溫度+-2℃，量程濕度20-90%RH，溫度0~50℃。因此適用于晾衣架使用環(huán)境。圖3-9DHT11原理圖當(dāng)溫濕度傳感器測出實時數(shù)據(jù)時，可對照表3-1查出對應(yīng)的濕度阻抗特性數(shù)據(jù)。表3-1：0～60℃濕度阻抗特性數(shù)據(jù)15℃25℃35℃40℃55℃30%518.8352.8256.7241.313735%347.6261.814313780.3340%277.2166.693.681.535045%172.892.860.352.733.3850%96.360.641.4334.322.0555%70.840.429.1224.2515.8860%56.229.520.817.7112.1765%43.321.115.6113.129.0270%31.315.4411.5110.096.5875%22.611.848.747.354.6480%25.463.3885%10.486.554.523.892.4890%51.807

3.5紅外遙控控制電路原理與分析在如今的現(xiàn)代化高度發(fā)展的社會中，紅外線遙控器早已應(yīng)用到各個電器操控中，它給人們的日常操作打來了極大地便利。紅外遙控系統(tǒng)一般是由設(shè)備兩大部分組成：紅外發(fā)射裝置和紅外接收。其原理圖如圖3-10所示。圖3-10紅外遙控系統(tǒng)紅外線發(fā)射設(shè)備可以由鍵盤電路，紅外編碼器芯片，電源電路和紅外線進行傳輸。通過紅外解碼芯片，電源和應(yīng)用電路紅外接收紅外接收電路設(shè)備。通常為了更好地使信號通過紅外線發(fā)射控制發(fā)射發(fā)送到發(fā)送方的基帶二進制信號調(diào)制的脈沖串信號。常用的脈沖寬度調(diào)制的信號，以實現(xiàn)通過脈沖串之間的時間間隔的脈沖寬度調(diào)制（PWM）來實現(xiàn)的脈沖信號的調(diào)制和調(diào)制（PPM）的方法。其電路圖如圖3-11所示。圖3-11直流電機正反轉(zhuǎn)遙控電路3.5.1紅外遙控發(fā)射電路原理與分析由發(fā)射機，指令信號發(fā)生電路，調(diào)制電路，驅(qū)動電路和紅外線發(fā)射器的組合物指令鍵。當(dāng)按下指令鍵時，命令信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的控制信號將通過調(diào)制電路調(diào)制的控制命令信號之后需要，并最終由驅(qū)動電路驅(qū)動的紅外線發(fā)射器，發(fā)射紅外遙控指令信號。其電路圖如圖3-12所示。圖3-12紅外遙控發(fā)射電路3.5.2紅外遙控接收電路紅外線接收器裝置，所述前置放大器電路，解調(diào)電路，所述命令信號檢測電路，存儲器和驅(qū)動電路，電路接收機的實施。當(dāng)紅外線接收紅外發(fā)射器裝置接收一個指令信號，將信號的紅外光轉(zhuǎn)換成電信號并將其發(fā)送到前置放大器電路放大，然后在解調(diào)器之后，所述信號檢測電路命令信號檢測最后，通過執(zhí)行該電路的存儲器電路和驅(qū)動電路的驅(qū)動器實現(xiàn)各種操作。其電路圖如圖3-13所示。圖3-13紅外遙控發(fā)射電路3.5.3紅外遙控器數(shù)碼按鍵值設(shè)計在本次設(shè)計中，可用紅外遙控器的0，1，2，3四個鍵控制電機正反轉(zhuǎn)。0鍵傳動電機正轉(zhuǎn)，1鍵傳動電機反轉(zhuǎn)，2鍵拉動電機正轉(zhuǎn)，3鍵拉動電機反轉(zhuǎn)。其鍵值如表3-2所示。表3-2紅外遙控器數(shù)碼按鍵值序號按鍵名稱鍵值序號按鍵名稱鍵值100x166-0x13210x037-0x51320x188-0x42430x559-0x525-0x0810-0x41

第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計在本次設(shè)計中為了整個程序的編譯、調(diào)試，采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計方法對整個控制系統(tǒng)進行設(shè)計。其中包括液晶顯示模塊、電機控制模塊、紅外遙控模塊。根據(jù)設(shè)計的要求和前面描述的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的具體情況，單片機控制系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1程序流程圖4.1溫濕度采集及顯示LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，故本次設(shè)計采用LCD1602液晶顯示屏顯示溫濕度。程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2DTH11液晶顯示流程圖

4.2電機控制直流電機主要有以下兩種控制方式：第一種為電樞電壓控制，即在具有恒定磁場的前提下，控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出是對施加在兩端的電樞繞組電壓信號進行控制來進行控制；第二種為勵磁控制，即電機的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的可以由勵磁電流的大小改變，進而改變定子磁場強度的大小，對直流電機進行控制。圖4-3電機驅(qū)動程序流程圖4.3紅外遙控控制4.3.1軟件功能概述根據(jù)本次晾衣架所需功能設(shè)計，單片機中紅外遙控軟件程序需要具有以下2個功能：1)按鍵掃描：紅外遙控子程序需要及時對4×4矩陣鍵盤進行掃描，得到其按鍵碼，并依據(jù)按鍵碼查找出其對應(yīng)的紅外發(fā)射編碼。2)編碼發(fā)射：根據(jù)編碼協(xié)議，從P3.4口發(fā)射紅外編碼。單片機程序功能雖然相對簡單，但是對按鍵掃描和編碼發(fā)射的實時性有較高的要求，必須做到既要及時掃描到按鍵，又要使得紅外編碼實時發(fā)射。4.3.2程序設(shè)計在時序上，在鍵盤掃描子程序被調(diào)用時幾乎占據(jù)了整個程序基本的時間，所以在任何時候按鍵都可以被紅外遙控系統(tǒng)檢測到。但是發(fā)射紅外編碼程序只有在掃描到有按鍵時才會調(diào)用，并且發(fā)射一次紅外編碼程序僅僅會耗時58.5ms至76.5ms，耗時短，因此其對按鍵時序不會產(chǎn)生任何影響。程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4紅外遙控流程圖

第5章機械系統(tǒng)的設(shè)計5.1絲杠的介紹絲杠螺母機構(gòu)基本傳動形式絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)。它具有將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動的作用。絲杠螺母機構(gòu)有滑動摩擦和滾動摩擦兩種不同的結(jié)構(gòu)。與滾動絲桿螺母結(jié)構(gòu)相比較，滑動絲杠螺母機構(gòu)不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低的優(yōu)點，而且具有自鎖功能。其缺點是摩擦阻力大，傳動效率低（30%～40%）。但滾動絲杠螺母機構(gòu)最大優(yōu)點是摩擦阻力小，傳動效率高（92%～98%），故在本次設(shè)計安裝中選用滾動絲杠螺母機構(gòu)。圖5-1晾衣架機械結(jié)構(gòu)圖根據(jù)工作臺運動情況，應(yīng)選擇絲杠傳動螺母移動的形式，該傳動形式需要限制螺母的轉(zhuǎn)動，故需導(dǎo)向裝置。其特點是結(jié)構(gòu)緊湊，絲杠剛性較好，適用于工作行程較大的場合。5.2絲杠的基本運算5.2.1勻速運行中非精確計算水平使用絲杠驅(qū)動扭矩及電機功率計算：

實際驅(qū)動扭矩：T=(T1+T2)×e(5-1)式（5-1）中T：實際驅(qū)動扭矩，T1：等速扭矩，T2：加速扭矩，e：裕量系數(shù)。等速時的驅(qū)動扭矩：

T1=(Fa×I)/(2×3.14×n1)（5-2）式（5-2）中：T1：等速驅(qū)動扭矩kgf.mm；Fa：軸向負(fù)載Fa=F+umg(5-3)式（5-3）中F：絲杠的軸向切削力N，μ5.2.2加速速運行中非精確計算加速時的驅(qū)動扭矩：

T2=T1+J×W（5-4）式（5-4）中T2:加速時的驅(qū)動扭矩kgf.m，T1:等速時的驅(qū)動扭矩kgf.m，J:對電機施加的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2。J=Jm+Jg1+(N1/N2)2式（5-5）中W:電機的角加速度rad/s2，Jm:電機的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2，Jg1:齒輪1的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2，Jg2:齒輪2的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2，Js:絲杠的慣性轉(zhuǎn)矩kg.m2。

5.3絲桿設(shè)計中應(yīng)注意的問題由于絲杠在設(shè)計安裝過程中有較高的精度要求,所以在使用過程中應(yīng)注意如下問題:5.3.1受力合理為了確保定位精度，除必須考慮絲杠剛度外，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)布置上盡量使螺母和絲杠同等大小的拉力或壓力,使兩者軸向變形方向盡可能一致,以便最大限度的減少螺母與絲杠之間的導(dǎo)程變形量差異。此外還需注意,滾珠螺旋傳動應(yīng)盡量避免承受徑向載荷,防止絲杠彎曲,如果在設(shè)計安裝中絲杠上需要安裝齒輪等產(chǎn)生徑向載荷的元件,則盡量使此類元件靠近絲桿,使螺母所受的傾覆力矩和力求部件移動阻力的合力通過絲杠軸線。5.3.2防止逆轉(zhuǎn)滾珠螺旋傳動反行程不能自鎖,為了保證螺旋傳動受軸向力后不會發(fā)生逆轉(zhuǎn),應(yīng)在設(shè)計安裝中增加防逆轉(zhuǎn)裝置:1.采用本身不能逆?zhèn)鲃拥碾娨好}沖馬達或步進電動機等驅(qū)動元件。2.采用可自鎖的蝸桿傳動等作中間傳動機構(gòu)。3.采用電磁或液壓制動器，或選用本身帶制動器的電動機。

第6章系統(tǒng)調(diào)試6.1硬件電路調(diào)試硬件電路調(diào)試是在設(shè)計完硬件電路并焊接完電路板進行調(diào)試，檢查電路是否設(shè)計正確或焊接正確，是否能實現(xiàn)預(yù)期的功能并觀察到現(xiàn)象。在進行硬件電路調(diào)試的過程主要分以下幾個步驟。首先，在最初焊接完電路，先用萬用表的蜂鳴檔檢測電路連接完整，如：先檢查電路電源口是否都接到單片機40腳（VCC）,接地端是否都接到單片機20腳（GND），這是第一步需要做的。其次，按模塊檢查電路，如：按鍵模塊把高電平端接5V電源，低電平端接地，逐個檢測每個按鍵，是否正常通斷；液晶顯示模塊，從電腦載入程序，DTH11溫濕度傳感器，若液晶屏能正常顯示，則說明電路正確，即可省去逐步檢查電路繁瑣步驟。最后，若各個模塊調(diào)試完畢，并進行硬件系統(tǒng)的調(diào)試，如編寫簡單的程序，用溫濕度傳感器控制液晶顯示等，來檢測電路是否設(shè)計及焊接正確。若不能實現(xiàn)功能，則需逐個模塊或每個電路的調(diào)試，直到能實現(xiàn)預(yù)期的功能。硬件調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案如下：1．問題：初次選用絲桿、光桿太細(xì)，不能支撐平臺運行。解決方案：收集查找資料并和老師交流后從新選用絲桿、光桿。2.問題：從新選定絲桿后無法裝入軸承。解決方案：用砂紙在絲桿兩頭打磨，從新插入安裝。3．問題：聯(lián)軸器與絲桿、電機輸出軸不匹配解決方案：用游標(biāo)卡尺量好尺寸，再用鉆機加工鉆孔。6.2軟件程序調(diào)試軟件程序調(diào)試即在編寫相關(guān)程序后進行調(diào)試，下載到單片機并通過電路板調(diào)試，看是否實現(xiàn)預(yù)期的功能，根據(jù)觀察的現(xiàn)象進行程序的改寫，直到能實現(xiàn)預(yù)期的功能。主要分以下幾個步驟進行調(diào)試。首先，編寫電機正反轉(zhuǎn)驅(qū)動程序?qū)⒊绦驅(qū)懙絾纹瑱C中進行調(diào)試，看是否能實現(xiàn)兩個電機的正反轉(zhuǎn)動作。其次，編寫設(shè)置光敏傳感器子程序。將程序?qū)懙絾纹瑱C中進行調(diào)試，看是否能在檢測到光線變暗時兩個電機同時反轉(zhuǎn)。最后，結(jié)合外部相關(guān)電路，編寫控制電機驅(qū)動的相關(guān)程序，看是否能實現(xiàn)遙控器控制與濕度檢測、光線檢測等各種情況同時作用時實現(xiàn)控制電機驅(qū)動。軟件調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案如下：1.問題：P3.2管腳與其他功能重復(fù)。解決方案：部分改為遙控器控制。2.問題：微動開關(guān)觸碰后有延時解決方案：程序進行變量復(fù)位問題：電機轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生輕微振動解決方案：減少分時程序、子程序。問題：遙控器操作時會有延時解決方案：將遙控器子程序放在手動控制程序和復(fù)位程序之前。6.3整機調(diào)試將硬件電路板與軟件設(shè)計整體調(diào)試，看是否實現(xiàn)預(yù)期功能。首先，將程序下載到單片機中，其次，連接好電路，將外部電源接入電路板中，最后，上電調(diào)試。整機調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案如下：1.問題：單片機與電機、各類傳感器、電機與晾衣架傳動結(jié)構(gòu)展示平臺未整合。解決方案：用裁板機裁剪一塊長35cm，寬25cm鐵板，并在鐵板相應(yīng)位置鉆孔，用于固定各個元器件，使其處于同一平面，便于調(diào)試操作。2.問題：固定行程開關(guān)（微動開關(guān)）時，市面少很少見于其孔相應(yīng)的螺絲。解決方案：先用膠槍對其進行初步固定，再鉆孔用鐵絲穿過固定。3．問題：晾衣架支架（展示平臺）出現(xiàn)支撐偏移、不穩(wěn)。解決方案：加固螺絲。4.問題：絲桿、光桿長度不一致，影響美觀。解決方案：用鋼鋸比較截取。問題：傳動電機帶動衣架平臺無法完全到達兩側(cè)。解決方案：適當(dāng)擰松固定螺絲。

結(jié)論時至今日，自動化的產(chǎn)品已經(jīng)越來越多的運用在人們的日常生活中，老舊的晾衣架被新式的自動晾衣架取代已經(jīng)成為了必然趨勢。因此，此次設(shè)計的自動晾衣架順應(yīng)時代發(fā)展的需求。此系統(tǒng)有以下幾個特點：1.機械系統(tǒng)采用絲桿傳動結(jié)構(gòu)，設(shè)計新穎，能夠適應(yīng)大部分開放和半開放陽臺。2.晾衣架的整體提操作簡單明了，適用于各個年齡段的人群。3.晾衣架系統(tǒng)的采用AT89C51單片機，成本相對較低，可以深入開發(fā)，推廣市場。隨著設(shè)計的不斷深入，越來越來多的有關(guān)晾衣架更多功能的問題逐步顯現(xiàn)，整個系統(tǒng)設(shè)計還不是很完善，任然有許多可以改進和補充的方面。這樣就能使它的功能更加強大、更加完美。電路部分可以給AT89C51添加語音功能的系統(tǒng)，當(dāng)使用者前期已完成語音設(shè)定，在隨后使用中只要系統(tǒng)接受到一致的語音信號就可實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，增加加上語音系統(tǒng)也是產(chǎn)品更加人性化的重要體現(xiàn)。此外，對于系統(tǒng)的機械部分也需要做到更加全面的改，通過增加機械系統(tǒng)多樣性來滿足各個不同建筑形式的陽臺。最后也可增加晾衣架系統(tǒng)與其他智能化系統(tǒng)的統(tǒng)一應(yīng)用，如增加開關(guān)窗系統(tǒng)，可以更有效的防止衣物淋濕。通過本次設(shè)計，在前期準(zhǔn)備資料的過程中發(fā)現(xiàn)具有多功能的智能晾衣架系統(tǒng)現(xiàn)在市場上并非常少見且較一般手動晾衣架而言價格較貴，從而可以理智判斷此系統(tǒng)具有進一步開發(fā)具有良好的市場前景。

致謝語首先要特別感謝我的導(dǎo)師陽老師。他不僅學(xué)識淵博、學(xué)術(shù)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)而且工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活和畢業(yè)設(shè)計過程中給予我無盡的教誨，很大程度上拓寬了我的知識面，使我學(xué)到很多課本之外的知識。感謝老師在畢業(yè)設(shè)計的過程中給與的耐心引導(dǎo)、細(xì)心教導(dǎo)，不但在設(shè)計而且在機械設(shè)計方面給我提供了更為新穎的設(shè)計理念，同時提供大量的設(shè)備資源以供我了解學(xué)習(xí)，最終，順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。在此，我向老師表達無限的感激和誠摯的謝意。其次還要感謝機電系的老師四年來給予我各個方面的悉心教導(dǎo)。在完成畢業(yè)設(shè)計的過程中，感謝各位老師能無私的共享資源，幫助我更快更好的完成畢業(yè)設(shè)計，并且機電系的設(shè)備齊全是我畢業(yè)設(shè)計完成的保證，十分感謝機電系擁有的那么優(yōu)秀的師資以及完善的設(shè)備，幫助我完成畢業(yè)設(shè)計。在平時做畢業(yè)設(shè)計中，也要感謝同學(xué)們。在實驗室做實驗時，遇到問題總能互相幫助，并且無私的資源共享。給予了我在精神和物質(zhì)上最大的支持，在此，感謝在平時給予我最大幫助的同學(xué)們！再次，向在四年的學(xué)習(xí)生活中以及完成畢業(yè)設(shè)計過程中關(guān)心幫助我的機電系領(lǐng)導(dǎo)、師長、同學(xué)們表示懇摯的感謝！

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附錄2自動晾衣架程序/*預(yù)處理命令*/#include<reg52.h>//包含單片機寄存器的頭文件#include<intrins.h>//包含_nop_()函數(shù)定義的頭文件#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#definedelayNOP();{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();};sbitIRIN=P3^2;//紅外接收器數(shù)據(jù)線/*晾衣架定義端口*/sbitkey_s1=P3^5;sbitkey_s2=P3^4;sbitkey_s3=P3^3;sbitkey_s4=P3^2;sbitMotor1_r=P1^0;sbitMotor1_l=P1^1;sbitMotor2_r=P1^2;sbitMotor2_l=P1^3;sbitlight_off=P1^4;sbitstop_k1=P1^7;/*晾衣架定義端口結(jié)束*/sbitP2_0=P2^0;sbitP2_1=P2^1;sbitP2_2=P2^2;sbitP2_3=P2^3;ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};ucharIRCOM[7];ucharm;/*晾衣架手動聲明*/voidkeypro();/*晾衣架手動聲明結(jié)束*/voiddelay1ms();voiddelay(unsignedcharx);voiddisplay();voiddelay1(intms);/*晾衣架手動延時*/voiddelaykey(uintz){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}/*晾衣架手動延時結(jié)束*//*******************************************************************/voidmain(){ unsignedinta; P1=0xff; P3=0xff; IRIN=1;//I/O口初始化 IE=0x81;//允許總中斷中斷,使能INT0外部中斷 TCON=TCON|0x01;//觸發(fā)方式為脈沖負(fù)邊沿觸發(fā) while(1) { for(a=100;a>0;a--) { display(); keypro(); } }}/**********************************************************/voidIR_IN()interrupt0using0{ unsignedcharj,k,N=0; unsignedcharq=0; EX0=0; delay(15); if(IRIN==1) { EX0=1; return; } //確認(rèn)IR信號出現(xiàn) while(!IRIN)//等IR變?yōu)楦唠娖?，跳過9ms的前導(dǎo)低電平信號。 delay(1); for(j=0;j<4;j++)//收集四組數(shù)據(jù) { for(k=0;k<8;k++)//每組數(shù)據(jù)有8位 { while(IRIN)//等IR變?yōu)榈碗娖?，跳過4.5ms的前導(dǎo)高電平信號。 {delay(1);} while(!IRIN)//等IR變?yōu)楦唠娖? delay(1); while(IRIN)//計算IR高電平時長 { delay(1); N++; if(N>=30) { EX0=1; return; }//0.14ms計數(shù)過長自動離開。 }//高電平計數(shù)完畢 IRCOM[j]=IRCOM[j]>>1;//數(shù)據(jù)