一种基于单片机的遮阳遮雨伞的制作方法

本实用新型涉雨伞领域，具体涉及一种基于单片机的遮阳遮雨伞。

背景技术：

随着科技的飞速发展，人类生活水平的不断提高，传统雨伞容易湿身、而且容易损坏、丢失，人们需要定期重新购买，特别是夏秋季节下雨时大量的雨水，导致雨伞非常的湿，只能放于门外让伞风干，还容易被人直接偷拿，错拿，雨天晚上出行不方便，这些问题深深的困扰这人们，目前市场上的雨伞功能单一、结构脆弱、干燥效果差、存在很大的局限，不适合大规模普及使用。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于单片机的智能雨伞，具有GPS 定位、光线暗时照明、语音识别自动打开雨伞、加热烘干等功能，经济实用，方便快捷，绿色环保。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种基于单片机的遮阳遮雨伞，所述雨伞包括伞柄、与伞柄连接的连杆以及伞面，所述伞柄位于连杆的底端，所述伞柄内设置有单片机、驱动电机、蜂鸣器、指纹识别传感器、语音识别模块、锂电池、三极管，所述连杆内设置有LED模块、GSM模块、GPS定位模块、 LED驱动器，所述伞面位于连杆的顶端，所述伞面通过支撑杆与连杆可活动连接，所述支撑杆能够在驱动电机的驱动和控制下实现伸缩从而带动伞面打开和收起，所述伞面上设置有湿度传感器、光线传感器和加热片，所述伞面的顶部设置有太阳能电池板和伞顶，所述单片机分别与湿度传感器、光线传感器、指纹识别传感器、语音识别模块、驱动电机、LED模块、GPS定位模块、GSM模块、LED驱动器、三极管、加热片相连，所述LED驱动器与LED模块相连，所述三极管和蜂鸣器相连，所述锂电池19与驱动电机7相连，所述太阳能电池板16与伞顶5相连，所述驱动电机7与支撑杆3相连。进一步地，所述伞面为半透明状的聚氯乙烯材料。

进一步地，所述连杆为空心透明的坚硬塑料板材料。

进一步地，所述伞柄为空心防水的塑料板材料。

进一步地，所述单片机为arm单片机；所述驱动电机为型号为3IK15RGN-C的 20V微型电机；所述光线传感器为AMIS-7480X环境光线传感器；所述湿度传感器为DHT11电阻式传感器。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型的一种基于单片机的遮阳遮雨伞，设置了语音识别模块，可以进行语音识别，通过单片机控制微型驱动电机，驱动支撑杆，使雨伞自动打开，通过设置在伞柄的指纹传感器可以对指纹识别，避免雨伞错拿雨伞，通过设置在连杆内部的GPS定位模块和GSM模块，与手机关联，实时定位雨伞的位置，避免雨伞的丢失，通过设置在连杆内部的LED驱动器驱动LED模块，实现光线暗时照明，通过镶嵌在外壳内表面的加热片对雨伞烘干，通过太阳能电池板接受光能转化为电能供给驱动电机，锂电池可以实现给电机供电续航。本实用新型的基于单片机的智能雨伞操作简单，智能化程度高，能节约资源、防丢失、防拿错，整体设计合理，适合推广使用。

附图说明

图1是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的外部结构示意图。

图2是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的内部结构示意图。

图3是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的不同视角结构示意图。

图4是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的模块连接示意图。

图5是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的ATmega128单片机最小系统电路图。

图6是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的调试电路原理图。

图7是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的电机驱动电路图。

图8是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的LED驱动器驱动LED模块原理图。

图9是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的三极管驱动蜂鸣器原理图。

图10是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的传感器的电路原理图。

图11是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的GSM模块电路原理图。

图12是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的GPS定位模块电路原理图。

图13是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的语音识别模块电路原理图。

图14是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的加热片电路原理图。

图15是本实用新型一种基于单片机的遮阳遮雨伞的太阳能电池板电路原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。

如图1-4所示为本实用新型的具体结构和电路连接关系，一种基于单片机的遮阳遮雨伞，所述雨伞包括伞柄1、与伞柄1连接的连杆2以及伞面4，所述伞柄1位于连杆2的底端，所述伞柄1内设置有单片机6、驱动电机7、蜂鸣器8、指纹识别传感器11、语音识别模块12、锂电池19、三极管20，所述连杆2内设置有LED模块13、GSM模块15、GPS定位模块14、LED驱动器17，所述伞面4 位于连杆2的顶端，所述伞面4通过支撑杆3与连杆2可活动连接，所述支撑杆 3能够在驱动电机7的驱动和控制下实现伸缩从而带动伞面4打开和收起，所述伞面4上设置有湿度传感器9、光线传感器10和加热片18，所述伞面4的顶部设置有太阳能电池板16和伞顶5，所述单片机6分别与湿度传感器9、光线传感器10、指纹识别传感器11、语音识别模块12、驱动电机7、LED模块13、GPS 定位模块14、GSM模块15、LED驱动器17、三极管20、加热片18相连，所述 LED驱动器17与LED模块13相连，所述三极管20和蜂鸣器8相连，所述锂电池19与驱动电机7相连，所述太阳能电池板16与伞顶5相连，所述驱动电机7 与支撑杆3相连。

进一步地，所述湿度传感器9、光线传感器10、指纹识别传感器11的I/O 引脚分别接ATmega128单片机6的PE4、PE5、PE6引脚，并且通过PD6接5.1K Ω的上拉电阻，保证数据传输的准确性；所述语音识别模块12、GPS定位模块 14、GSM模块15、分别接ATmega128单片机6的PD0、PD1、PD2，RST脚接PE7；所述三极管20的三个引脚分别接电源，电阻R1，电阻R2，电阻R1接ATmega128 单片机的PD7引脚；所述LED驱动器17、驱动电机7、加热片18的I/O接口分别与ATmega128单片机6的PE2、PE3、PD4引脚；所述太阳能电池板16的I/O 接ATmega128单片机6的PD6引脚。

进一步地，所述伞面4为半透明状的聚氯乙烯材料。

进一步地，所述连杆2为空心透明的坚硬塑料板材料。

进一步地，所述伞柄1为空心防水的塑料板材料。

进一步地，所述单片机为ATmega128单片机；所述驱动电机为型号为 3IK15RGN-C的20V微型电机；所述光线传感器为AMIS-7480X环境光线传感器；所述湿度传感器为DHT11电阻式传感器，所述指纹识传感器为ZAZ-060-C电容式指纹识传感器，所述GPS定位模块为瑞士u-blox公司生产的NEO_5Q主芯片，所述语音识别模块为ICRoute公司生产的LD3320，所述GSM模块采用的是西门子公司的MC55模块，所述加热片采用的为串联谐振加热电路，所述太阳能电池板采用的为海润光伏公司生产的单晶硅太阳能电池板，所述三极管为NPN型，所述锂电池为锂离子电池，所述蜂鸣器为有源蜂鸣器，所述LED模块为七彩、中功率、防水型。

结合附图5，该ATmega128单片机的最小系统图包括电源、单片机、时钟电路、复位电路；对于一个完整的设计来说，需要电源供电，电源模块的可靠是系统平稳运行的基础和前提。单片机系统都有晶振，全名叫做晶体振荡器，它结合单片机的内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，单片机运行的速度就越快，单片机接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上。复位电路有按键复位和上电复位两部分组成，[1]按键复位：按键复位就是在复位电容(C1)上并联一个开关，当开关按下时电容(C1) 被放电，RST也被拉到低电平，由于电容(C1)充电，会保持一定的低电平来使单片机复位。[2]上电复位：ATmega128单片机为低电平复位，通常在复位引脚 RST上接一个电容(C1)到GND，在连接一个电阻(R1)到VCC,由此形成一个RC 充放电回路，保证单片机在上电时RST脚上有足够的低电平进行复位，随后回归到高电平进行正常的工作。

结合附图6，由于串口只能下载代码，而不能实时跟踪调试，所以用了调试工具，比如ULINK、JLINK、STLINK等就可以实时跟踪程序，从而找出程序中的错误，使开发事半功倍，ATmega128支持JTAG调试，故我们选JTAG。

结合附图7，所示为功率驱动管与驱动芯片IR2112电机驱动电路，IR2112 是高电压、高放大率MOSFET(MOS场效应管)和带独立的推挽放大器，为自举工作方式，门驱动供电范围10-20V.IR2112采用HVIC和抗干扰CMOS制造工艺，双列直插14脚封装，具有独立的低端和高端输入通道；悬浮电源采用自举电路，器高端工作电压可达500V，dv/dt＝±50V/ns，15V下静态功耗仅116mW,输出电源端(脚3，即功率器件的栅极驱动电压)电压范围为10-20V；逻辑电源电压范围为5-15V，可方便与TTL、CMOS电平相匹配，而且逻辑电源地和功率地之间允许有±5V的偏移量；工作频率高，可达500KHZ，开通、关断延迟小，分别为120ns 和94ns,图腾柱输出峰值电流为2A。

结合附图8，所示LED驱动电路，发光二极管LED的电流通常为2-0mA,电压压降因颜色而异，一个PN结为1.8-2V；使用的为最简易的LED驱动电路，通过限流电阻把LED一端接到电源正端，另一端结TTL、STTL、FTTL、LSTTL等逻辑电路输出端。

结合附图9，所示蜂鸣器电路和三极管放大电路，使用驱动蜂鸣器的三极管为9012，三极管的类型为NPN型，R1为基极的限流电阻，蜂鸣器为有源蜂鸣器，单片机给基极一个电平就能持续发声。

所述传感器电路包括恒流源电路和PT1000桥式电路，在图10中仅示意恒流源电路，同时R11选用为高精度电阻，使R58两端有较为精确的压差，减少部分检测误差；传感器采集到的模拟值传输给单片机进行处理。

结合附图11，该电路是系统通信的核心，采用的是西门子公司的MC55模块，电路主要考虑电源处理、SIM卡的连接、数据收发电路的处理等。

结合附图12，所使用的GPS定位模块为瑞士u-blox公司生产的NEO_5Q主芯片，此芯片为多功能独立型GPS模组，以ROM为基础架构，成本低，体积小，并具有众多特性。采用u-blox最新的KickStart微弱信号攫取技术，能确保采用此模组的设备在任何可接收到信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能并进行快速定位。工作电压：2.7V～3.6V，串行接口：UART/USB V2.0全速12Mbit/s/IIC/SPI，协议NMEA/UBX二进制。

结合附图13，所使用的语音识别模块为ICRoute公司生产的LD3320,单片机通过读写寄存器可以把汉语拼音串的识别词传给LD3320，开始语音识别工作。该芯片具有以下特色：(1)非特定人语音识别技术：不需要进行录音训练；(2) 可动态编辑的识别关键词语列表，只需要把识别的关键词语以字符串的形式传送进芯片，即可以在下次识别中立即生效。(3)真正单芯片解决方案：不需要任何外接的辅助Flash和RAM；(4)内置高精度A/D和D/A通道：不需要外接AD 芯片，麦克风可直接接在芯片的AD引脚上；(5)高准确度和实用的语音识别效果。

结合附图14，为加热片的加热电路原理图，C1、C2、C3、L1以及T1的次级 (左侧)共同构成了一个串联谐振回路，因为变压器次级存在漏感，回路的走线也存在分布电感，所以实际谐振频率要比单纯用C1-C3容量与L1电感量计算谐振频率略低。如图参数谐振频率为56.5KHZ，该加热电路可以具有良好的绝缘性能，用户可以安全使用雨伞。

结合附图15，太阳能电池板提供6V的电压，LT1073经由13Ω的电阻检测充电电流，在镍镉电池中维持16mA的固定充电电流。LT1073内的低电压测定器在太阳能电池电池板的输出电压降到4V时，LT1073将关断充电电路，而当电压升到5V又可对电池充电。

工作原理：太阳能电池板16接收太阳能转换为电能供给驱动电机7，节能环保，同时锂电池19给驱动电机7供电(锂电池19还可储存多余的来自太阳能电池板16的电能)，驱动电机7驱动支撑杆3伸张与收缩，使伞面4打开与关闭，光线传感器10检测光照强度，在光线较弱时，单片机6控制LED驱动器17驱动LED模块13照亮路面(例如在夜晚时)，湿度传感器9检测伞面4外表面的湿度，当湿度达到一定值时，可通过单片机6控制加热片18对伞面4加热烘干 (例如当达到目的地后可快速把伞烘干)，通过语音识别模块12和指纹识别传感器11的配合使用，进行语音识别，通过声控和指纹识别，实现雨伞的自动打开和收起，指纹不匹配语音识别模块12不工作，避免在使用过程中别人无意声控操作雨伞；通过指纹识别传感器11对指纹进行识别，一旦发现不是本人，单片机6控制三极管20驱动蜂鸣器8进行扬声报警，当雨伞丢失时，通过GPS定位模块14实时定位，通过GSM模块15可连接到手机，可以实现及时找回雨伞。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。