摘要:本次設計主要是以51單片機為基礎并且使用了機智雲、雨滴傳感器和光敏傳感器，并且使用了電機來操控晾衣杆。機智雲IoT雲平台是可以幫助自動生成代碼并通過手機APP來發送信号從而控制電機來控制晾衣杆的；雨滴傳感器是通過檢測是否有雨水，進而産生信号調節電機操縱晾衣杆的；光敏傳感器則是檢測光照程度來改變電機運行狀态從而控制晾衣杆的收縮的，這幾部分都是通過調節電動機的轉動狀态來控制晾衣杆在天氣适合晾曬衣物時伸出窗外并且在天氣不适合晾曬衣物時及時收回晾衣杆以避免衣物被雨水再次淋濕或者在無日照的情況下還持續在屋外而造成一些不必要的損失。引言随着經濟的發展，人民生活會水平的提高，人民可支配的收入逐漸增多，對家居環境的要求也越來越高，因此智能家居的發展就顯得尤為重要[1]。20世紀80年代出現智能家居開始，有許多智能化的居家電器慢慢地出現并且變得常見起來，其中就包括智能晾衣杆。由于無法受到陽光的正常照射的陽台在45%左右，因此可以設計一種智能晾衣杆根據天氣自動控制晾衣杆收回，防止衣物淋濕的晾衣杆，解決了雨天不能及時收衣物的困擾；在陰天的時候收回晾衣杆，晴天的時候将衣物晾出去，使得晾曬衣物更加方便簡潔，提高晾衣杆操作的可靠性、穩定性。多功能環保智能晾衣系統設計成功，不僅解決人們日常生活的難題，而且極大的方便居民的生活，具有良好的社會效益和經濟效益[2]。本次設計使用了機智雲自助開發平台，經過多年行業内的耕耘及對物聯網行業的深刻理解，推出一站式智能硬件開發及雲服務平台。平台遵循開放設計原則，采用微服務架構，提供從定義産品、設備端開發調試、應用開發、産測、雲端開發、運營管理、數據服務、AI應用等覆蓋智能設備接入到運營管理全生命周期服務的能力。相對于市場上同類的管理系統，其具有獨一無二的優點：一是借助機智雲IoT雲平台，可以根據服務的場景布置不同的傳感器，在雲平台經過處理後反饋給用戶；二是系統基于機智雲IoT雲平台，方便二次開發，可以根據功能需求屬性等關聯查詢和上傳圖片檢測對應目标[3]。1系統的組成及硬件本次設計的智能晾衣杆系統使用了機智雲智能硬件自助開發平台、雨滴傳感器、光敏傳感器和電機等部分。用到了L298N電機驅動模塊、ATK＿esp8266的超高性價比的串口-無線模塊和穩壓芯片等。系統的電源模塊是為了給整個系統提供一個電源使得系統可以正常穩定地運行所以電源在整個設計中也是非常重要的一部分。電源電路一般采用LDO電源芯片為系統供電，可以供3.3V、5V等電源[4]。本次設計中電源有兩個，3.3V的電源接單片機，12V的電源就接L298N。電源模塊的VCC接口接電源，GND接口接地，3.3V輸出接單片機，12V輸出接L298N驅動模塊。接線需要将VCC接口接電源，GND接口接地，3.3V輸出電壓接單片機，12V電壓輸出接L298N驅動模塊。

圖1智能晾衣杆系統框圖芯片的選擇：STC89C51芯片可以使用其他開發者已經編寫好的程序代碼，不需要自己編寫，非常的方便，但是直接引用可能會導緻自己不理解程序的編寫規則，沒有親自體驗設計的詳細過程，最終結果可能達不到預期的效果。而STC8A8K64S4A12芯片需要自己編寫程序代碼，雖然有些複雜，但是我們也可以在編寫過程中學習到很多，發現一些自己平時不太注意的問題，及時的進行改進，從而讓自己得到提升。由于STC8A8K64S4A12芯片的代碼與STC15F2K60S2芯片一緻，所以在設計的過程中使用STC15F2K60S2芯片。

圖2L98N原理圖通過比較STC8A8K64S4A12和STC89C5兩種芯片的優點以及缺點，選擇STC8A8K64S4A12芯片。STC8A8K64S4A12芯片的内部是自帶晶振的，所以不需要再外接晶振，隻需要電源和複位電路即可。其原理圖如圖3所示。雨滴傳感器的主要功能是檢測，它檢測是否下雨及雨量的多少，廣泛運用在智能燈光系統、汽車的自動刮水系統及智能天窗系統中。雨滴傳感器的工作原理是當傳感器檢測到有雨水時，可以自動發生電平的轉換，從而操控電機運行，帶動晾衣杆及時将晾曬的衣物收回屋内，這樣就可以避免衣物被雨水淋濕而給人們帶來的二次清洗的麻煩。光敏傳感器的工作原理是當光敏傳感器檢測到日照充足時，其阻值就會相應地變換。經過測試，在室外光照強的照射下和光照弱的照射下，光敏電阻分别為小于320Ω和大于15.6kΩ，知道光敏電阻在兩種情況下的電阻值，就可以判斷光照的強弱[5]。當光敏傳感器檢測到日照充足的時候，控制電動機操控晾衣杆伸出窗外，對衣物進行晾曬，而當光敏傳感器檢測到日照不足的時候，其阻值也會相應的做出改變，來控制電動機操控晾衣杆收回屋内，這樣就可以在人們忘記收回衣物時幫助人們自動收回所晾曬衣物。在本次設計中使用了直流電機，各個部分都通過不同的方式來最終目的是操控電機運作的，結果就是改變電機正反轉從而帶動晾衣杆動作，而不需要人為的提拉晾衣杆，可以說電機在本次研究中是十分重要的部件。其參數為電壓12V，電流2A，額定功率24W。使用ATK＿ESP8266模塊，采用串口與MCU進行通信，内置TCP/IP協議線，可以實現串口與無線的直接轉換，其兼容3.3V和5V單片機系統，可以很方便地與産品連接。該模塊支持STA/AP/STA AP三種工作模式，可以實現遠程控制和局域網絡無線控制，方便設備操作。

圖3STC8A8K64S4A12芯片原理圖

圖4雨滴傳感器電路圖

圖5光敏傳感器電路圖USB轉ESP8266模塊的作用是把ESP8266無線模塊通過串口連接PC機的一種設備，它可以讓調試ESP8266無線模塊變得更加方便。穩壓模塊使用了AMS1117芯片進行穩壓，設計用于提供1A輸出電流且工作壓差可低至1V。該穩壓器是一個正向低壓降穩壓器，内部具有過熱保護和限流電路，可以在過度受熱時切斷操作。驅動模塊使用L298N電機驅動模塊。L298N驅動闆可以驅動兩路直流電機，但本次設計隻需要控制一個電機即可，所以隻使能一個通道即可，使能端ENA高電平有效，需要設置IN1和IN2，确定電機的轉動方向。穩壓模塊接12V輸入電壓，3.3V輸出電壓接單片機，12V電壓輸出接L298N驅動模塊。2 機智雲自助開發平台的運用本次設計使用了獨立MCU的方式，創建了四個數據點，分别為兩個隻讀數據點和兩個可寫數據點，分别代表着電機的正反轉和光敏傳感器和雨滴傳感器的信息。機智雲自助開發平台主要目的是為了給開發者們提供物聯網設備的自助開發工具、後台技術支持服務、設備遠程操控管理、數據存儲分析、第三方數據整合、硬件社交化等技術服務，它不僅面向企業開發者，同時也面向個人開發者。本次設計使用了手機APP來調試，對于機智雲的調試，需要在有無線路由器有信号并能連接到網絡時，将USB轉ESP8266模塊和ESP8266連接，也就是電源和串口的四根線相連接，ESP8266通過調試工具供給穩定電源，再進行APP的設置。在手機APP上需要單獨再注冊和登陸，并将設備進行配置，然後就可以和電腦上的數據點配合使用完成相應的功能。我們需要進入機智雲官網進行數據點修改。本次設計使用了四個數據點，其中，兩個可寫的數據點分别代表着電機的正轉和電機的反轉，兩個隻讀的數據點分别代表光敏傳感器和雨滴傳感器接受的數據，數據點fout01代表電機的正轉，數據點fout02代表電機的反轉，數據點fin01是讀取光敏傳感器的數據，數據點fin02是讀取雨滴傳感器的數據的。創建數據點時，需要填寫數據的标識名，并選擇數據的讀寫類型和數據類型。需要注意的是在MCU硬件方案選擇處需要填寫一個産品密碼，這個密碼我們可以在“基本信息”選項中查看完整密碼，填寫産品密碼之後點擊“生成代碼包”，這樣就完成了機智雲的創建。對于機智雲的調試，需要在有無線路由器有信号并能連接到網絡時，将USB轉ESP8266模塊和ESP8266連接，也就是電源和串口的四根線相連接，ESP8266通過調試工具供給穩定電源，再進行APP的設置。3 軟件的設計本設計的程序流程是首先對單片機進行初始化，這裡用電腦模拟代替單片機；其次讀取雨滴傳感器的狀态；再次讀取光敏傳感器的狀态；然後讀取雲消息狀态并設置反饋狀态；接下來由兩個傳感器狀态和雲消息狀态決定電機運行狀态，最後由串口中斷函數完成雲消息的接收和反饋。3.1程序設計由于使用了機智雲IoT雲平台，我們不需要自己編寫程序，隻需要在機智雲平台下載然後在Keil中打開，并修改頭文件即可。

圖6程序流程圖可以知道，如果需要修改内容則需要在串口驅動程序中修改底層串口，串口通信在工作時一般需要設置數據格式，波特率和工作方式。但是對STC15芯片和STC8A8K64S4A12串口相關寄存器進行比較可發現，這兩款芯片的寄存器設置都是相同的，STC8A8K64S4A12完全可以應用STC15的程序，兩者的功能與地址一緻，所以在這裡不需要修改底層串口。頭文件的更改也是很簡單的，隻需要在工具欄的搜索那裡填寫“STC15F2K60S2”并搜索，然後将其改為“STC8.h”就可以了。同時，我們需要更改程序的對象，在左邊工程列表中找到文件夾“MCU＿STC15F2K60S2＿source”并點擊右鍵，然後在“Device”中選擇需要的“STC8A8K64S4A12”即可。3.2I/O口的配置設計的IO口的配置需要用到P4口，所以需要對P4口進行設置。将P4.2和P4.3設置為輸入，輸入的是傳感器狀态；P4.0和P4.1為輸出，輸出高3.3V電平和低電平；外接傳感器作為電源的輸出。還需要進行兩處修改。第一處的修改是打開Keil軟件，找到gizwits＿prodct.c程序，搜索“userhandle”，并對這幾處進行修改，第一個“userhandle”處改為P20=0，第二個“userhandle”處改為P20=1，第三個“userhandle”處改為P21=0，第四個“userhandle”處改為P21=1。第二處修改是搜索“userHandle”程序并對P4口和P2口進行相關的設置。添加如下程序：“P4M0=0x33；P4M1=0x00；P2M0=0x33；P2M1=0x00；P4=0xfe；”這些程序設置了P4的輸入輸出狀态。還需添加“currentDataPoint.valuefin01=P42；currentDataPoint.valuefin02=P43；”這兩句程序是為了将P4高6位設置為準雙向輸入I/O口。4總結針對智能晾衣杆的設計主要是以51單片機為基礎，使用了機智雲IoT雲平台、雨滴傳感器和光敏傳感器，并使用了電機來操控晾衣杆。智能晾衣系統最大的特點就是操作簡單、價格低、占地面積小、省時省力，達到了節約時間、便捷的目的。該設計中用到了遙控系統，可以遠程操控晾衣杆，同時也實用了傳感器，可以在天氣不适合晾曬衣物時自動檢測并使晾衣杆回到屋内，防止衣物被雨淋濕，通過遙控的方式或者通過傳感器來控制，不需要人們親自在現場操控，極大地節省了人們的時間和精力，使得晾衣杆的實用性增強，并且變得更加的方便簡潔。

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