智能快速晾衣裝置

李潔　李筆通　陳錦濤

摘要：隨著國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略實(shí)施，提升普通晾衣裝置智能化水平，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ疃跃哂兄匾膶?shí)踐意義。設(shè)計(jì)的智能晾衣裝置以單片機(jī)為核心，響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色環(huán)保理念，實(shí)現(xiàn)智能化的晾收衣物，可以利用手機(jī)或遙控器控制晾收衣物，也可以根據(jù)晾衣地點(diǎn)的環(huán)境變化自動(dòng)晾收衣物，還可以根據(jù)需要智能控制風(fēng)扇對(duì)衣物進(jìn)行風(fēng)干，從而加快衣服晾干。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;智能化水平;單片機(jī);3D打印

中圖分類號(hào)：TS959.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.036

隨著國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略實(shí)施，升級(jí)普通晾衣裝置智能化水平，對(duì)人們?nèi)粘Ｉ疃跃哂兄匾膶?shí)踐意義。

本文設(shè)計(jì)的智能快速晾衣裝置與其他傳統(tǒng)的晾衣架裝置相比，具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢和特色：①本智能裝置能將晾衣與收衣的指令通過手機(jī)發(fā)送給GSM模塊進(jìn)行強(qiáng)制晾衣與收衣控制;②本智能裝置在不允許晾曬衣物的天氣情況下，可以智能控制風(fēng)扇開啟對(duì)衣服進(jìn)行風(fēng)干，以加快衣物的風(fēng)干;裝置會(huì)定時(shí)檢測衣物干濕情況，無論天氣情況如何，衣物未干都能對(duì)衣物進(jìn)行晾曬或風(fēng)干;③本智能裝置可直接使用紅外遙控控制晾衣與收衣功能;④本智能裝置能夠定時(shí)自動(dòng)檢測衣物干濕情況，衣物干后能夠自動(dòng)收回。

1 裝置整體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能快速晾衣裝置以單片機(jī)HT66F70A為核心，通過傳感器采集到的環(huán)境信息，控制步進(jìn)電機(jī)、風(fēng)扇、舵機(jī)做出相應(yīng)晾收衣動(dòng)作;單片機(jī)系統(tǒng)還可以通過遙控模塊、GSM模塊發(fā)送信息，并做出相應(yīng)的收衣、晾衣動(dòng)作;本設(shè)計(jì)還為解決潮濕地區(qū)衣物難以晾干問題，增加了干衣模塊，干衣模塊的風(fēng)扇，由單片機(jī)控制啟動(dòng)和停止，裝置整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

裝置主要模塊功能說明：①傳感器模塊。主要由溫濕度傳感器、雨滴傳感器和光敏電阻構(gòu)成。溫濕度傳感器和雨滴傳感器檢測溫度、濕度、光照強(qiáng)度以及是否下雨等信息傳遞給單片機(jī)，光敏電阻采集光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)綜合采集信息，判斷晾衣裝置動(dòng)作情況。②GSM模塊。該模塊通過無線傳輸方式，利用單片機(jī)的串口信原理結(jié)合SIM800C模塊可實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)智能快速晾衣裝置的遠(yuǎn)程控制，用戶將是否收衣、曬衣的指令通過手機(jī)發(fā)送給GSM模塊，實(shí)現(xiàn)智能快速晾衣裝置的收衣或者曬衣的要求。③智能風(fēng)扇模塊。智能風(fēng)扇模塊與單片機(jī)端口連接，當(dāng)衣架處于收衣模式，且DHTII檢測到衣物未干時(shí)，單片機(jī)就通過其端口的電位變化來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，并一直在循環(huán)中不斷檢測，直到衣物干了才停止。④步進(jìn)電機(jī)模塊。步進(jìn)電機(jī)模塊的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)端口相接，驅(qū)動(dòng)模塊直接控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過單片機(jī)端口輸出的電位控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即收衣狀態(tài)或者晾衣狀態(tài)。⑤紅外遙控控制模塊。通過紅外遙控器的收衣按鍵，讓裝置進(jìn)行收衣工作;通過紅外遙控器的晾衣按鍵，讓裝置進(jìn)行晾衣工作。

裝置設(shè)計(jì)特色和優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)晾衣架用金屬作為結(jié)構(gòu)主體，加工程序繁雜;本智能裝置結(jié)合3D打印技術(shù)打印裝置主體器件，不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具、機(jī)床或任何模具來對(duì)主體加工，節(jié)約了材料和人力成本，減少了廢棄物的產(chǎn)生，對(duì)當(dāng)下嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)出一份力;傳統(tǒng)晾衣架大多采用純機(jī)械設(shè)計(jì)，本智能裝置結(jié)合機(jī)電一體化進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且機(jī)械部分的傳動(dòng)設(shè)計(jì)具有科學(xué)性、美觀性;傳統(tǒng)晾衣架設(shè)計(jì)復(fù)雜，不靈活，本智能裝置設(shè)計(jì)簡單，機(jī)械傳動(dòng)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)智能化，應(yīng)用價(jià)值高。

2 裝置硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 GSM模塊

通過手機(jī)發(fā)送指令給GSM模塊，單片機(jī)得到信息后進(jìn)行強(qiáng)制晾衣與收衣過程。GSM模塊電路如圖2所示。

2.2 傳感器檢測模塊

本系統(tǒng)采用了DHTII溫濕度傳感器、光敏電阻、雨滴傳感器隨時(shí)收集溫濕度信號(hào)、光照強(qiáng)度和雨量數(shù)據(jù)信號(hào)，利用AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給合泰芯片，芯片接收后再把數(shù)據(jù)與設(shè)定初值比較。DHTII應(yīng)用獨(dú)有的數(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長期穩(wěn)定性[5]。如果條件允許，則通過驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)晾衣物，否則通過驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)收衣物。傳感器檢測模塊電路如圖3所示。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

采用兩個(gè)兩相六線電機(jī)，一個(gè)根據(jù)傳感器檢測的光照和雨滴數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)晾衣功能;另一個(gè)自動(dòng)檢測衣服的濕度來判斷衣物干濕情況，如果濕度數(shù)據(jù)顯示衣物已干，則通過中斷一個(gè)電機(jī)使另一個(gè)電機(jī)直接收衣服。此模塊主要用于解決衣物晾干后第一個(gè)電機(jī)依然工作的問題。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖4所示。

2.4 智能風(fēng)扇模塊

在接收的光照和雨滴數(shù)據(jù)不滿足設(shè)定允許晾衣值、電機(jī)把衣物收回并且判斷衣物未干時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)對(duì)衣物的吹干功能。智能風(fēng)扇模塊電路如圖5所示。

2.5 顯示模塊

采用12864液晶顯示器，將實(shí)時(shí)將單片機(jī)接收的信息顯示在液晶屏上，使人能夠更好地掌握當(dāng)下情況。液晶模塊電路如圖6所示。

3 PCB板制作

本裝置采用Altium Designer軟件進(jìn)行PCB板制作，首先繪制原理圖，然后進(jìn)行封裝，封裝結(jié)束后，將根據(jù)裝置的各模塊協(xié)作以及各模塊與主控單片機(jī)的功能引腳接線位置對(duì)各模塊的原理圖位置進(jìn)行排放，力求把模塊的各元件整合在最佳位置和最小區(qū)域，以便提高性能和節(jié)省空間。

本裝置的PCB板分為兩層設(shè)計(jì)，繪制簡單高效。繪圖過程中考慮到各模塊的功耗不同，對(duì)于功耗低的模塊和功耗高的模塊都分別設(shè)計(jì)電源走線。

雙面板包括頂層（ Top Layer）和底層（Bottom Layer）。與單面板比較，雙面板的兩層都有導(dǎo)電銅箔。雙面板的每層都可以直接焊接元件，兩層之間可以通過穿過的元件引腳連接，也可以通過過孔實(shí)現(xiàn)連接。過孔是一種穿透印制電路板并將兩層的銅箔連接起來的金屬化導(dǎo)電圓孔。