基于室外晾衣架的智能防護(hù)裝置設(shè)計(jì)

陳夢(mèng)瑤 羅文強(qiáng) 吳錦鈺 金煒航 胡益峰

摘? 要：設(shè)計(jì)一款具有防護(hù)功能的室外智能晾衣裝置，根據(jù)雨滴、光照、風(fēng)力等各類傳感器來判別是否進(jìn)行啟動(dòng)收護(hù)裝置。同時(shí)，可利用手機(jī)端APP操控衣架的伸縮及防護(hù)罩的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衣物的保護(hù)。該系統(tǒng)由單片機(jī)控制電路、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、衣架裝置、護(hù)罩裝置、溫濕度檢測(cè)電路、雨滴檢測(cè)電路、光照檢測(cè)電路、Wi-Fi模塊及手機(jī)端APP和Web端等組成。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);智能衣架;收護(hù)裝置

中圖分類號(hào)：TP368.12;TS959.9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）01-0044-03

Abstract：An outdoor intelligent clothes airing device with protective function is designed to judge whether to start the protective device according to rain drop，light，wind and other sensors. At the same time，the mobile phone APP can be used to control the stretching of the hanger and the working state of the protective cover，so as to realize the protection of clothing. The system is composed of MCU control circuit，motor and its driving circuit，hanger device，shield device，temperature and humidity detection circuit，raindrop detection circuit，light detection circuit，Wi-Fi module，mobile phone APP，Web terminal，etc.

Keywords：single chip microcomputer;intelligent clothes rack;collection and protection device

0? 引? 言

傳統(tǒng)的晾衣架不能有效對(duì)晾衣環(huán)境進(jìn)行快速探測(cè)，對(duì)于晾在陽臺(tái)外面的衣物被風(fēng)吹掉、被雨水淋濕等現(xiàn)象不能規(guī)避，且自動(dòng)升降晾衣架的升降式結(jié)構(gòu)會(huì)限制晾衣架的自動(dòng)調(diào)整能力。云南師范大學(xué)、浙江好易點(diǎn)智能科技有限公司等研發(fā)了多功能電動(dòng)晾衣機(jī)，通過控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)晾衣架的自動(dòng)伸縮，達(dá)到下雨收衣雨停晾衣的效果[1，2]。在上述的研究中，實(shí)現(xiàn)對(duì)晾衣環(huán)境的精準(zhǔn)捕獲和晾衣架自動(dòng)伸縮處理，是電動(dòng)晾衣架設(shè)計(jì)與研發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新型電動(dòng)晾衣架，在采用伸縮式晾衣架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加了電動(dòng)防護(hù)罩裝置，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)晾衣環(huán)境的精確捕獲，還具備全天候工作、智能晾衣的優(yōu)勢(shì)。

1? 總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制電路、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、護(hù)罩裝置、雨滴監(jiān)測(cè)電路、溫濕度檢測(cè)電路、光照檢測(cè)電路、Wi-Fi通信裝置及手機(jī)端APP等組成。通過各傳感器模塊，對(duì)光照、溫濕度、雨滴進(jìn)行檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32單片機(jī)進(jìn)行判斷，來控制電機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)防護(hù)罩的打開與關(guān)閉;同時(shí)利用Wi-Fi模塊與家庭無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)或電腦的交互操控[1]。

智能晾衣架總體設(shè)計(jì)如圖1所示，由主控制模塊STM 32F103芯片、無線通信模塊、多種傳感器模塊、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路、服務(wù)器、客戶端、手機(jī)終端APP等組成。

利用手機(jī)端APP查看由智能晾衣架控制系統(tǒng)發(fā)送來的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以通過其選擇執(zhí)行不同的控制功能，并將相應(yīng)的控制信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到家庭Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)發(fā)至主控STM32單片機(jī)模塊，進(jìn)而由核心控制模塊根據(jù)程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)對(duì)護(hù)衣罩的實(shí)時(shí)無線遙控功能。

（a）衣架結(jié)構(gòu)

（b）半護(hù)罩狀態(tài)

（c）全護(hù)罩狀態(tài)

護(hù)罩及衣架結(jié)構(gòu)如圖2（a）所示，由左右兩側(cè)的導(dǎo)軌，防護(hù)材料，電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。半罩狀態(tài)及全罩狀態(tài)的示意圖如圖2（b）、圖2（c）所示。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1? 電機(jī)控制模塊

步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)應(yīng)用上能更快速地改變狀態(tài)與轉(zhuǎn)速，根據(jù)普通家庭晾曬衣服的重量情況，選用一種市面上有售的大力矩混合式步進(jìn)電機(jī)，外型與尺寸如圖3所示。

（a）側(cè)視圖

（b）正視圖

電機(jī)為兩相四線，步距角1.8°，最大電流5 A，輸出力矩可達(dá)8 N·m，滿足晾衣桿速度與拉力要求。同時(shí)步進(jìn)電機(jī)有較高的精度，其精度可以達(dá)到每步誤差在這一步的3%～4%，而且步進(jìn)電機(jī)的誤差不會(huì)積累[2]。

2.2? 傳感器檢測(cè)模塊

2.2.1? 溫濕度傳感器

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期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式濕敏元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。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[3]。

2.2.2? 光敏傳感器CY-30

光敏傳感器CY-30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，采用BH1750FVI芯片，內(nèi)置16bit的A/D轉(zhuǎn)換器，直接數(shù)字輸出，采用IIC總線傳輸方式，可以與單片機(jī)I/O口直接相連。

2.2.3? Arduino雨滴傳感器

Arduino雨滴傳感器AO模擬輸出，可以連接單片機(jī)檢測(cè)滴在上面的雨量大小。DOTTL數(shù)字輸出可以連接單片機(jī)檢測(cè)是否有雨，配置電位器可調(diào)節(jié)靈敏度[4]。

通過調(diào)節(jié)電位器設(shè)置一個(gè)合適的靈敏度，當(dāng)檢測(cè)到有雨時(shí)，DOTTL數(shù)字輸出給單片機(jī)，單片機(jī)接收到信號(hào)后通過電機(jī)來控制護(hù)衣罩的打開。

2.2.4? 風(fēng)速傳感器

風(fēng)動(dòng)開關(guān)傳感器模塊。在30～50 s后，檢測(cè)過程結(jié)束，如果環(huán)境中風(fēng)力未達(dá)到預(yù)設(shè)值（默認(rèn)8 m/s，相當(dāng)于6級(jí)大風(fēng)），則紅燈熄滅，繼電器斷開，OUT+、OUT-無電壓輸出。如果環(huán)境中有風(fēng)達(dá)到預(yù)定值，則紅燈亮起，繼電器閉合，OUT+、OUT-輸出12V DC電壓。通過檢測(cè)電參數(shù)的變化從而進(jìn)行控制。LED1綠燈為輸入電源指示燈，常亮;LED2紅燈為輸出指示燈即工作指示燈，亮起表示輸出端OUT+、OUT-有輸出、風(fēng)動(dòng)開關(guān)工作，熄滅則輸出端無輸出，風(fēng)動(dòng)開關(guān)處于待機(jī)狀態(tài)。

3? STM32軟件設(shè)計(jì)

以STM32為控制中心，結(jié)合各類傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)護(hù)衣罩的自動(dòng)開啟與關(guān)閉功能。圖4為STM32的程序流程圖。

本設(shè)計(jì)的APP界面如圖5所示，運(yùn)行智能衣架APP，在文本框中輸入服務(wù)器IP地址，點(diǎn)擊網(wǎng)絡(luò)連接按鈕，與服務(wù)器建立連接。連接好服務(wù)器后，點(diǎn)擊開啟手動(dòng)控制，然后選擇想要實(shí)現(xiàn)的功能，再點(diǎn)擊發(fā)送指令按鈕，將指令發(fā)送給服務(wù)器，完成控制。APP還能實(shí)時(shí)顯示STM32采集的環(huán)境信息。

4? 整體測(cè)試

通過對(duì)智能護(hù)衣系統(tǒng)控制系統(tǒng)各模塊的性能成功測(cè)試，軟件程序與硬件系統(tǒng)能夠比較好地聯(lián)動(dòng)起來;能夠?qū)崿F(xiàn)信息的交互，即APP與Web能控制護(hù)衣罩開關(guān)，也能接收到STM32發(fā)送過來的溫濕度信息。STM32可以感受到外界環(huán)境的變化，從而控制護(hù)衣罩的開關(guān);也可用手動(dòng)的方式進(jìn)行護(hù)衣罩開關(guān)。

5? 結(jié)? 論

本設(shè)計(jì)護(hù)衣裝置符合當(dāng)前人們對(duì)晾衣架這種生活必需品智能化的需求，該裝置集手動(dòng)與自動(dòng)于一體，有效地防止了突發(fā)天氣對(duì)衣物損害，滿足了大部分家庭室外晾衣護(hù)衣的需求。本設(shè)計(jì)若完善研發(fā)，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，極具市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 付麟杰，商春雪，李斌，等.具有環(huán)境感知功能的智能晾衣架 [J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017，7（4）：25-29+32.

[2] 李雷剛，黃飛挺，馬雙斌.多功能電動(dòng)晾衣機(jī)設(shè)計(jì)研究 [J].科技與企業(yè)，2014（6）：318.

[3] 楊幸.應(yīng)用于智能家居的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D].大連：大連理工大學(xué)，2017.

[4] TB6600步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用手冊(cè) [EB/0L].[2019-10-20].https：//wenku.baidu.com/view/f25014d4804d2b160a4ec001.html.

作者簡(jiǎn)介：陳夢(mèng)瑤（1999-），女，漢族，山東鄆城人，本科在讀，研究方向：電子信息工程;通訊作者：楊金偉（1975-），男，漢族，浙江仙居人，講師，就職于電子與信息工程學(xué)院電子系，碩士研究生，研究方向：高頻與通信、嵌入式系統(tǒng)與智能家居。