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。
参考文献
[1] 国家机械工业委员会.电机原理[M].北京：机械工业出版社，1988.9
[2] 胡双,马志云.永磁无刷直流电机系统建模研究[J].电工技术杂志, 2003.8:17～21
[3] 张毅刚.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2003.12
[4] 王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.5
[5] 拉希德，陈建业，杨德刚.电力电子技术手册[M].北京：机械工业出版社，2004.6
[6]徐凤霞,赵成安 继电器使用实例[J].齐齐哈尔大学学报 2004年3月第20卷第1期64-66
[7] J.M.佩提著，蔡振明译.电子放大器的的理论与设计[M].上海：上海科技出版社，1997.8
[8] http://www.jxcad.com.cn/topic_882743_e.html
[9] 李晓妮 单片机控制系统的设计[J].九江学院学报(自然科学版)2005(2)20-23
[10] 孙育才.ATMEL新型AT89C51系列单片机及其应用[M].北京：清华大学出版社，2005.1
[11] 付家才，杨庆江，赵金宪.单片机控制工程实践技术[M].北京：化学工业出版社，2004.5
[12] 曲维本.光电耦合器的原理及其在电子线路中的应用[M].北京：国防工业出版社，2008.6
[13] http://www.zytxs.com/web2/mj09b9110.html
[14] David J.Comer.Fundamentals of Electronic Circuit Desion.Brigham Young University,Wiley,2003
[15] 徐科军．传感器与检测技术[M]．北京：电子工业出版社，2007：110-113,160-161．
[16] http://baike.baidu.com/view/133257.htm
[17] 袁任光,张伟武.电动机控制电路选用258实例[M].北京:机械工业出版社,2005.12
[18］李小坚，赵山林，冯小君，等.Protel DXP 电路设计与制版实用教程（第2版）[M].人民邮电出版社 2008.11
[19] 张俊科.精密基准电压电路[J]. 电子技术1995年第11期23-24
[20] Intel.Software Handbook,1984
