全自動(dòng)晾曬系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王鳴　劉成杰　方日

摘要：為了解決人們對(duì)于生活瑣事的煩惱，更加有效地在生活中幫助人們，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)和傳感器的智能系統(tǒng)。當(dāng)晾曬時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量風(fēng)速的傳感器進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)風(fēng)速大于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)將衣物收回；遇上陰天，光敏傳感器進(jìn)行探測(cè)，若光線強(qiáng)度低于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)收回衣物；在煙霧傳感器檢測(cè)其灰塵濃度高于設(shè)定值后，自動(dòng)收回衣物；當(dāng)空氣濕度大于設(shè)定值，也會(huì)自動(dòng)收回衣物；另外添加有一個(gè)控制模塊，即用戶想自主的收回衣物，可以自行在一定距離范圍內(nèi)控制系統(tǒng)，將衣物收回。同時(shí)有顯示屏可以顯示各參數(shù)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)平臺(tái)；傳感器；紅外傳感器；步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）13-0242-02

1 概述

目前就國(guó)內(nèi)外的研究狀況來(lái)看，大都是光敏感應(yīng)的自動(dòng)化晾曬系統(tǒng)，而且就市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，使用的人群還很少。針對(duì)這種情況，特創(chuàng)造性地提出此自動(dòng)化晾曬系統(tǒng)。該系統(tǒng)覆蓋有傳感器，檢測(cè)外界環(huán)境，出現(xiàn)異常會(huì)啟動(dòng)傳感器觸發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后收回晾曬在外面的衣物，達(dá)到自動(dòng)化收衣服的目的。另外，也包含控制模塊，用戶可以通過(guò)指令來(lái)操作系統(tǒng)將衣物收回。此系統(tǒng)由單片機(jī)、一系列傳感器、電機(jī)和若干模塊來(lái)組成。而如上所述的智能家居具有廣闊的市場(chǎng)前景。

2 設(shè)計(jì)方案

由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中晾曬系統(tǒng)包含了很多的傳感器，所以在設(shè)計(jì)時(shí)考慮將功能劃分后進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。將每個(gè)傳感器分為一個(gè)模塊先分別進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，即將煙霧傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器、紅外控制模塊和風(fēng)俗傳感器分別實(shí)現(xiàn)，最后再進(jìn)行組合。項(xiàng)目的目標(biāo)是通過(guò)傳感器對(duì)外界環(huán)境的感應(yīng)，判斷外界是否適合晾曬，進(jìn)而判斷晾曬系統(tǒng)的運(yùn)作。而人與系統(tǒng)的交互則是通過(guò)紅外控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1 風(fēng)速模塊

YGC-FX 風(fēng)向傳感器（變送器）內(nèi)部采用精密角度傳感器，并選用低慣性輕金屬風(fēng)向標(biāo)響應(yīng)風(fēng)向，動(dòng)態(tài)特性好。該產(chǎn)品具有量程大、線性好、精度高、無(wú)死點(diǎn)、抗雷擊能力強(qiáng)、觀測(cè)方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于氣象、海洋、環(huán)境、機(jī)場(chǎng)、港口、實(shí)驗(yàn)室、工農(nóng)業(yè)及交通等領(lǐng)域。

2.2溫濕度模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。

2.3光感模塊

光照度傳感器，具有線性度好、 防水性能好 、可靠性高、 結(jié)構(gòu)美觀、安裝使用方便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可用于各類工廠車間、凈化間、醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)室、辦公樓、機(jī)場(chǎng)、車站、博物館、體育館等需要檢測(cè)和控制室內(nèi)光線明暗的場(chǎng)合。

BH1750FVI 是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化。

2.4 煙霧傳感器

MQ135氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO 2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時(shí)傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ135傳感器對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對(duì)煙霧和其它有害的監(jiān)測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種有害氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。

2.5 紅外控制模塊

模塊參數(shù)：本模塊外置石英晶振工作電壓為3V-5V穩(wěn)定版特別適合電池供電的環(huán)境，配本店遙控器距離最長(zhǎng)可達(dá)8米，板子尺寸15*30mm，板上帶LED狀態(tài)指示燈，板子帶3mm固定螺絲孔方便安裝，同時(shí)接收頭部分提供三種不同的安裝方式以方便使用。

模塊接口：VCC供電正極3.3-5V，GND供電負(fù)極，OUT輸出5V高低邏輯電平信號(hào)，OD功率驅(qū)動(dòng)輸出腳（此腳為MOS管開(kāi)漏輸出方式，可以吸收20V1A以內(nèi)的負(fù)載，并與OUT腳動(dòng)作保持同步）。

2.6 單片機(jī)開(kāi)發(fā)板

單片機(jī)開(kāi)發(fā)板如圖1所示。

2.7 總結(jié)

最后將幾個(gè)模塊進(jìn)行硬件上的物理連接以及軟件上的整合。

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)被晾曬的衣物在該系統(tǒng)下，能夠自動(dòng)的在外界不利于晾曬的情況下收回。首先，當(dāng)晾曬時(shí)，有大風(fēng)，可以通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量風(fēng)速的傳感器進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)風(fēng)速大于某一值時(shí)，系統(tǒng)接受傳感器發(fā)出的信號(hào)，自動(dòng)將衣物收回；第二，遇上陰天，光敏傳感器接受信號(hào)，若光線強(qiáng)度低于某一值時(shí)，自動(dòng)收回衣物；第三，城市施工造成的大量灰塵，在檢測(cè)灰塵的傳感器檢測(cè)其灰塵濃度高于某一值后，自動(dòng)收回衣物；第四，對(duì)空氣濕度的監(jiān)測(cè)，當(dāng)空氣濕度大于某一值，不利于戶外晾衣時(shí)，也會(huì)自動(dòng)收回衣物；另外添加有一個(gè)控制模塊，即用戶想自主的收回衣物，不想繼續(xù)晾曬，可以自行在一定距離范圍內(nèi)控制系統(tǒng)，將衣物收回。整個(gè)過(guò)程由系統(tǒng)自主智能控制。

4 創(chuàng)新特色

全自動(dòng)晾曬系統(tǒng)是由五個(gè)傳感器，一個(gè)步進(jìn)電機(jī) ，一個(gè)單片機(jī)和一輛小車模型組成的。五個(gè)傳感器分別是紅外遙控傳感器，風(fēng)速傳感器，溫濕度傳感器，煙霧傳感器和光照傳感器。它是由五個(gè)傳感器收集外部的信息，進(jìn)而把信息給單片機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)就是小車的運(yùn)動(dòng)，我們的衣架其實(shí)就是小車。我們?cè)诔绦蛏显O(shè)定了與的結(jié)構(gòu)，五個(gè)傳感器收集外界的信息后單片機(jī)就開(kāi)始判定條件。五個(gè)條件都滿足小車就會(huì)向前運(yùn)動(dòng)一定的距離，衣服就晾出去了。五個(gè)條件只要一個(gè)條件不滿足，如果在晾出去的狀態(tài)下小車向后運(yùn)動(dòng)一段距離；如果在沒(méi)有晾出去的狀態(tài)下小車就會(huì)靜止在原地。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)代人工作繁忙，無(wú)暇顧及家庭瑣事，以致晾曬的衣物經(jīng)常出現(xiàn)被雨淋濕，被風(fēng)吹走以及來(lái)不及回收等情況，小組創(chuàng)新性地提出該針對(duì)下雨、刮風(fēng)、霧霾和光照等情況下具有自動(dòng)回收和晾曬的智能型自動(dòng)晾衣系統(tǒng)，該項(xiàng)目方案明確，可行性高，具有一定的創(chuàng)新性和應(yīng)用性，相應(yīng)的也具有較為廣闊的市場(chǎng)前景，所以成立該項(xiàng)目也就具有了一定的實(shí)際意義。但是在整體的器材組合上在未來(lái)仍需要簡(jiǎn)化來(lái)更為的方便人們生活，使其成為一種簡(jiǎn)易的裝置。同時(shí)，由于本項(xiàng)目主要的驅(qū)動(dòng)核心是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，因此，利用這一點(diǎn)，除了可以完成晾曬之外，也可以用電機(jī)驅(qū)動(dòng)其他事物，例如：我們用此來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)窗戶，或者往年的智能花盆也可以實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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