基于stm32的伸缩晒衣架的设计

标题：基于STM32F103单片机的智能伸缩晒衣架控制系统设计与实现

摘要：
本论文探讨了一种基于STM32F103微控制器设计的智能伸缩晒衣架系统，该系统集成了环境感知、智能控制和无线通信等功能，以适应现代生活对便捷化、智能化家居产品的追求。论文详细阐述了系统的设计理念、硬件构造、软件开发以及实际应用效果。系统通过搭载光照强度传感器、湿度传感器和雨滴传感器等环境监测模块，以及步进电机驱动装置，实现对晒衣架伸缩长度、晾晒模式的智能调控。此外，通过与手机APP的无线通信，用户可以根据实时环境状况远程控制晒衣架的工作状态，提高了晾晒衣物的便利性和舒适度。

关键词：STM32F103；智能晒衣架；环境感知；步进电机；无线通信

**正文**

1. 引言
   - 智能家居的发展趋势
   - 智能晒衣架系统的现实需求
   - STM32F103单片机的特点与应用前景

2. 系统总体设计
   - 系统功能需求分析
   - 系统硬件结构设计
     - 微控制器模块（STM32F103）
     - 环境监测模块（光照强度传感器、湿度传感器、雨滴传感器）
     - 步进电机驱动模块
     - 无线通信模块（如蓝牙、Wi-Fi）
   - 系统软件架构设计

3. 硬件设计与实现
   - STM32F103单片机最小系统设计
   - 环境传感器接口设计与信号调理
   - 步进电机驱动电路设计与控制策略
   - 无线通信模块的集成与配置

4. 软件设计与实现
   - STM32F103单片机固件开发
     - 环境数据采集程序设计
     - 步进电机驱动控制程序设计
     - 无线通信协议栈实现
     - 上位机APP设计与人机交互界面
   - 控制算法设计（如基于环境参数的晾晒模式切换）

5. 系统功能测试与性能评估
   - 环境感知准确性测试
   - 步进电机控制精度与响应速度测试
   - 无线通信可靠性和稳定性测试
   - 整体系统功能验证与用户体验评估

6. 结论与展望
   - 论证系统设计的可行性和实用性
   - 提出进一步优化与改进的建议
   - 展望智能晒衣架系统在智能家居生态系统中的发展前景

参考文献

此论文草案概括了基于STM32F103单片机设计智能伸缩晒衣架控制系统的主要步骤和内容，具体实现时需要依据实际硬件选择、电路设计、程序编写和试验验证来详细展开论述。

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下面是基于 STM32F103 微控制器的可拉伸晾衣架的简单示例代码。此代码假定晾衣架由步进电机控制，并具有一个限位开关来检测晾衣架行程的末端。该代码初始化微控制器，设置步进电机和限位开关，并通过使用按钮提供简单的用户界面。

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_tim.h"

// Stepper motor pins
#define MOTOR_STEP_PIN GPIO_Pin_12
#define MOTOR_DIR_PIN GPIO_Pin_13
#define MOTOR_PORT GPIOB

// Limit switch pin
#define LIMIT_SWITCH_PIN GPIO_Pin_15
#define LIMIT_SWITCH_PORT GPIOB

// Button pins
#define BUTTON1_PIN GPIO_Pin_0
#define BUTTON2_PIN GPIO_Pin_1
#define BUTTON3_PIN GPIO_Pin_2
#define BUTTON_PORT GPIOC

// Stepper motor step count
#define STEPS_PER_REV 200
#define STEPS_PER_MM 10

// Global variables
volatile uint32_t steps = 0;
volatile uint8_t direction = 1;

void delay_ms(uint32_t delay) {
  uint32_t i, j;
  for (i = 0; i < delay; i++) {
    for (j = 0; j < 3199; j++) {}
  }
}

void step_motor_init() {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;

  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = MOTOR_STEP_PIN | MOTOR_DIR_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(MOTOR_PORT, &GPIO_InitStructure);

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10000;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
  TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);

  TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Timing;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 5000;
  TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);

  TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

void step_motor_step() {
  if (direction) {
    GPIO_SetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_DIR_PIN);
  } else {
    GPIO_ResetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_DIR_PIN);
  }
  GPIO_SetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_STEP_PIN);
  delay_ms(1);
  GPIO_ResetBits(MOTOR_PORT, MOTOR_STEP_PIN);
  steps++;
}

void limit_switch_init() {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LIMIT_SWITCH_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(LIMIT_SWITCH_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

uint8_t limit_switch_is_pressed() {
  return GPIO_ReadInputDataBit(LIMIT_SWITCH_PORT, LIMIT_SWITCH_PIN);
}

void button_init() {
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BUTTON1_PIN | BUTTON2_PIN | BUTTON3_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(BUTTON_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

int main(void) {
  uint8_t button_pressed = 0;

  step_motor_init();
  limit_switch_init();
  button_init();

  while (1) {
    if (GPIO_ReadInputDataBit(BUTTON_PORT, BUTTON1_PIN)) {
      button_pressed = 1;
    } else if (GPIO_ReadInputDataBit(BUTTON_PORT, BUTTON2_PIN)) {
      button_pressed = 2;
    } else if (GPIO_ReadInputDataBit(BUTTON_PORT, BUTTON3_PIN)) {
      button_pressed = 3;
    }

    if (button_pressed) {
      switch (button_pressed) {
        case 1:
          // Extend rack
          while (!limit_switch_is_pressed() && steps < (1000 * STEPS_PER_MM)) {
            step_motor_step();
          }
          break;
        case 2:
          // Retract rack
          while (limit_switch_is_pressed() || steps