自動(dòng)收衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：文章所述設(shè)計(jì)是一種基于單片機(jī)控制的自動(dòng)收衣系統(tǒng)，通過雨量傳感器、風(fēng)速傳感裝置來控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到晾衣架的伸縮效果，下雨自動(dòng)收衣，雨后自動(dòng)晾衣，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)晾收衣服。文章從設(shè)計(jì)框圖、硬件線路及程序等方面來說明自動(dòng)收衣系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)過程。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)收衣系統(tǒng)；單片機(jī)；雨量傳感器；風(fēng)速傳感裝置；自動(dòng)收縮 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP368 文章編號(hào)：1009-2374（2015）19-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.016

1 概述

隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平越來越高，人們也越來越青睞各種智能化、自動(dòng)化家具產(chǎn)品。目前人們所使用的晾衣架多為不能隨外界環(huán)境變化而自動(dòng)收縮的傳統(tǒng)類型。假如住戶有事在外，那么如果下雨或者刮大風(fēng)，傳統(tǒng)類型的晾衣架就達(dá)不到使晾曬的衣物避雨、避風(fēng)的功能。目前市場(chǎng)上各種品牌的不同檔次的電動(dòng)晾衣架很多，其電動(dòng)工作方式大多是垂直升降型，操作方式大多數(shù)是使用手動(dòng)按鈕控制或無線遙控操作。而本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)收衣系統(tǒng)能根據(jù)天氣情況自動(dòng)晾曬衣物，下雨或刮大風(fēng)時(shí)能自動(dòng)把衣物收回陽臺(tái)遮雨篷以避免雨水淋濕衣物或大風(fēng)吹走衣物的功能。

2 自動(dòng)收衣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

本產(chǎn)品主要由處理器、主控面板、雨量傳感器模塊、風(fēng)速傳感裝置模塊、電源模塊、減速電機(jī)等模塊組成（詳細(xì)系統(tǒng)框圖見圖1）。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.1 自動(dòng)收衣系統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

本設(shè)計(jì)的自動(dòng)晾衣架與晾衣架相配套的遮雨布安裝在陽臺(tái)，機(jī)械部分是在普通不銹鋼管晾衣架兩端各安裝一個(gè)滑輪和光軸，再穿入鋼絲繩，由電機(jī)控制其上升/下降，另一個(gè)電機(jī)控制不銹鋼管向前/向后運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到晾衣架的伸縮和上升、下降的效果。左、右兩側(cè)支架的前后端分別安裝有限位開關(guān)，控制其運(yùn)動(dòng)行程，當(dāng)螺母運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，限位開關(guān)動(dòng)作，使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。

2.2 自動(dòng)收衣系統(tǒng)的工作原理

本文從實(shí)用角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種工作模式，且可自動(dòng)在自動(dòng)控制和人工控制兩種工作模式之間切換。在自動(dòng)控制模式下，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)感知天氣變化，實(shí)時(shí)控制晾衣架的自動(dòng)伸縮。當(dāng)天晴時(shí)，通過溫濕傳感器和風(fēng)速傳感器檢測(cè)戶外空氣的溫度、濕度和風(fēng)速，并將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，將接收到的信號(hào)進(jìn)行分析之后，單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使晾衣架伸出，當(dāng)晾衣架完全伸出時(shí)，限位開關(guān)動(dòng)作并將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，使晾衣架停止繼續(xù)伸出，從而達(dá)到晴天自動(dòng)曬衣的功能。下雨或刮大風(fēng)的時(shí)候，利用雨量、風(fēng)速傳感器檢測(cè)雨滴和風(fēng)速，并將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使晾衣架收回，當(dāng)晾衣架完全收回時(shí)，限位開關(guān)動(dòng)作并將信號(hào)傳遞給單片機(jī)，使晾衣架停止繼續(xù)收縮，從而達(dá)到雨天自動(dòng)收衣的功能。在人工控制模式下，通過人機(jī)對(duì)話，可人工控制晾衣架的伸縮。當(dāng)用戶需要收回衣服時(shí)，只需按下收衣按鈕，即可將衣服收回；當(dāng)用戶需要晾曬衣服時(shí)，只需按下曬衣按鈕，即可將衣服伸出晾曬。此外，為保護(hù)傳感器使晾衣架能夠正常工作，當(dāng)晾衣架工作在人工控制模式時(shí)，溫濕度傳感器和風(fēng)速傳感器會(huì)自動(dòng)停止工作，這樣既節(jié)約了電能，又延長(zhǎng)了傳感器的使用壽命。

圖2

3 硬件電路設(shè)計(jì)說明

3.1 單片機(jī)控制模塊

P2.6、P2.5：該兩個(gè)按鈕是帶鎖的白色按鈕；P2.4、P2.3：該兩個(gè)按鈕是不帶鎖的黑色按鈕；P2.2、P2.0：是給1602作為寫入數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)用的；P1.0、P1.1：是用來分別導(dǎo)通2個(gè)接觸器J1和J2；P1.2：當(dāng)雨量傳感器有反轉(zhuǎn)信號(hào)時(shí)候，這個(gè)I/O口設(shè)置為低電平，然后LED紅燈就會(huì)導(dǎo)通；P1.4：雨量傳感器的信號(hào)線；P3.4：測(cè)量光電傳感器的脈沖數(shù)。

3.2 電機(jī)模塊

當(dāng)繼電器J1閉合時(shí)：J1常閉觸頭斷開并且常開觸頭閉合。此時(shí)，電流通過LED燈DS3和電機(jī)M1。當(dāng)繼電器J2閉合時(shí)：J2常閉觸頭斷開并且常開觸頭閉合。此時(shí)，電流通過LED燈DS2和電機(jī)M1。若電機(jī)J1和J2同時(shí)得電，LED燈和電機(jī)都不動(dòng)作。

3.3 雨量檢測(cè)模塊

圖3

VCC通過上拉電阻R15回到P1.4等待三極管Q3導(dǎo)通。

當(dāng)有導(dǎo)電物體碰到雨量傳感器的時(shí)候，三極管Q3就會(huì)被導(dǎo)通，P1.4的電平拉低，單片機(jī)就得到一個(gè)反轉(zhuǎn)信號(hào)，同時(shí)M2電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，加快雨量傳感器的風(fēng)干。

3.4 風(fēng)力檢測(cè)模塊電路

二極管部分：VCC通過1K電阻限流，然后導(dǎo)通紅外的LED二極管再回到負(fù)極。三極管部分：VCC經(jīng)過上拉電阻10K，回到TL0保持高電平，等到三極管導(dǎo)通。當(dāng)紅外LED被導(dǎo)通時(shí)，三極管得到電流信號(hào)導(dǎo)通，TL0就被拉到低電平，當(dāng)有障礙物阻擋紅外LED燈的時(shí)候，三極管就會(huì)斷開，TL0又被拉到高電平。利用這個(gè)通斷的原理，通過不同導(dǎo)通頻率來檢測(cè)出風(fēng)力。

4 自動(dòng)收衣系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括主程序設(shè)計(jì)和多個(gè)子程序設(shè)計(jì)。

圖4

5 試驗(yàn)及應(yīng)用驗(yàn)證

該自動(dòng)收衣系統(tǒng)樣機(jī)做成并安裝好后，對(duì)其進(jìn)行了模擬降雨試驗(yàn)，通過人工加濕的方式反復(fù)進(jìn)行了多次試驗(yàn)，其中有98%次成功實(shí)現(xiàn)智能收衣，保證衣物未被雨水淋濕。

6 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的自動(dòng)收衣系統(tǒng)，以直流電機(jī)作為動(dòng)力源帶動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)晾衣和收衣功能，直流電機(jī)采用繼電器電路進(jìn)行控制，操作方便，同時(shí)通過雨量傳感器檢測(cè)天氣的變化并自動(dòng)控制直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)降雨時(shí)自動(dòng)收衣的功能。經(jīng)過試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證表明，該系統(tǒng)安裝使用方便，智能檢測(cè)雨滴、風(fēng)速、濕度等因素，自動(dòng)收衣晾衣成功率高，可實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控，具有較好的應(yīng)用前景。本設(shè)計(jì)已獲得兩項(xiàng)國家實(shí)用新型專利，編號(hào)：201420438559.8，名稱：《一種基于雨量檢測(cè)和風(fēng)速檢測(cè)的智能晾衣裝置》；編號(hào)：201420438602.0，名稱：《一種風(fēng)速傳感裝置》。

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作者簡(jiǎn)介：彭金莉（1985-），女，廣東廣州人，廣州市公用事業(yè)高級(jí)技工學(xué)校教師，電子技術(shù)講師，研究方向：電子技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）