新型智能晾曬裝置的研究與設(shè)計(jì)

吳克　徐千棟　劉昊　袁金娟　童小琴

摘要：隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也越來(lái)越快。晾曬裝置是老百姓日常生活中密不可分的物品。傳統(tǒng)的晾曬裝置大致可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是固定式的，一類(lèi)是簡(jiǎn)單的可伸縮的，這類(lèi)可伸縮的晾曬裝置，主要分為上下升降式和前后拉伸式。傳統(tǒng)晾曬裝置的弱點(diǎn)主要是需要手動(dòng)操作，無(wú)法感知周?chē)h(huán)境變化，無(wú)法與智能家居系統(tǒng)融合。針對(duì)傳統(tǒng)晾曬裝置的弱點(diǎn)，文章提出了一種新型的全自動(dòng)智能晾曬裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，能夠感知周?chē)h(huán)境變化并自動(dòng)作出響應(yīng)，能夠與外界智能融合。

關(guān)鍵詞：環(huán)境感知;全自動(dòng);智能晾曬

一、傳統(tǒng)晾曬裝置的現(xiàn)狀

小到每個(gè)家庭，大到洗衣工廠(chǎng)，日常生產(chǎn)生活中，都離不開(kāi)晾曬衣物。晾曬裝置看似簡(jiǎn)單，但是卻跟人們的生活緊密聯(lián)系，一個(gè)智能的、便捷的晾曬裝置，必將給人們的生活帶來(lái)很大的便利，大大提升人們的生活質(zhì)量。

傳統(tǒng)的晾曬裝置，大致上有固定式和伸縮式兩大類(lèi)。固定式的晾曬裝置，最常見(jiàn)的就是晾衣架和晾衣桿;伸縮式的晾曬裝置，本質(zhì)上還是晾衣架和晾衣桿，只是在固定式的晾衣架和晾衣桿的基礎(chǔ)上，增加了簡(jiǎn)易的機(jī)械聯(lián)動(dòng)部件，使晾衣架和晾衣桿具有前后拉伸或者上下升降的功能。

無(wú)論是固定式的，還是伸縮式的晾曬裝置，它們的共同弱點(diǎn)都是需要手動(dòng)操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，此外，它們無(wú)法感知周?chē)沫h(huán)境變化，遇到雨雪天氣，很容易導(dǎo)致晾曬的衣物淋雨淋雪。傳統(tǒng)的晾曬裝置不具備任何的“智能性”，無(wú)法融入智能家居系統(tǒng)。在當(dāng)今講究萬(wàn)物互聯(lián)的智能家居時(shí)代，傳統(tǒng)的晾曬裝置已無(wú)法滿(mǎn)足新時(shí)代家居智能化的要求，研發(fā)新型的智能晾曬裝置是大勢(shì)所趨。

二、新型智能晾曬裝置的整體架構(gòu)

與傳統(tǒng)晾曬裝置相比，新型智能晾曬裝置的核心特點(diǎn)就是“智能”，這種“智能”主要體現(xiàn)為以下三個(gè)方面：第一，全自動(dòng)控制，新型智能晾曬裝置是基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)，不需要人工手動(dòng)進(jìn)行操作;第二，自動(dòng)感知周?chē)h(huán)境變化，新型智能晾曬裝置基于各類(lèi)傳感器采集到的周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)，能夠自動(dòng)的對(duì)周?chē)h(huán)境的變化作出綜合判斷;第三，萬(wàn)物互聯(lián)，新型智能晾曬裝置具備物聯(lián)網(wǎng)的通信能力，能夠與物互聯(lián)，與人互聯(lián)。

基于新型智能晾曬裝置的特點(diǎn)，它的整體架構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：環(huán)境感知部分，主要由各類(lèi)傳感器組成，環(huán)境感知部分相當(dāng)于智能晾曬裝置的“眼睛”和“耳朵”;自動(dòng)控制部分，主要由PLC和各類(lèi)外圍裝置組成，這些外圍裝置主要包括晾衣架，晾衣桿，聯(lián)動(dòng)裝置等;智能聯(lián)網(wǎng)部分，這個(gè)部分主要是實(shí)現(xiàn)智能晾曬裝置與外界的互聯(lián)，包括與其他“智能”裝置的互聯(lián)和與用戶(hù)的互聯(lián)。此外，智能晾曬裝置還包括風(fēng)干器和紫外線(xiàn)殺菌裝置，風(fēng)干器用于在惡劣天氣的情況下晾曬衣物，紫外線(xiàn)殺菌裝置用于對(duì)晾曬的衣物進(jìn)行除菌，通常情況下，風(fēng)干器和紫外線(xiàn)殺菌器會(huì)配合使用。

新型智能晾曬裝置的整體架構(gòu)，如圖1所示。

PLC控制器是智能晾曬裝置的中樞，各類(lèi)傳感器是智能晾曬裝置的輸入，聯(lián)動(dòng)裝置、晾衣架和晾衣桿共同組成了實(shí)際的晾曬部件，風(fēng)干器和紫外線(xiàn)殺菌器構(gòu)成了晾曬的輔助部件，網(wǎng)絡(luò)提供了智能晾曬裝置與外界互聯(lián)的能力。

三、新型智能晾曬裝置的邏輯設(shè)計(jì)

新型智能晾曬裝置的最大特點(diǎn)就是遇到雨雪天氣，在無(wú)需人為干預(yù)的情況下，自動(dòng)的將衣物收進(jìn)室內(nèi)，避免衣物淋雨或者淋雪。要實(shí)現(xiàn)這一目的，新型智能晾曬裝置必需具備兩個(gè)能力：第一，能夠及時(shí)有效的判斷出下雨和下雪的天氣變化;第二，能夠自動(dòng)的控制整個(gè)裝置的縮進(jìn)，將衣物收進(jìn)室內(nèi)。

新型智能晾曬裝置是一種環(huán)境感知型的智能裝置，它主要使用各類(lèi)傳感器來(lái)采集周?chē)h(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，這些傳感器包括風(fēng)速傳感器，光照傳感器，雨滴傳感器和濕度傳感器。這些傳感器用于智能晾曬裝置感知周?chē)h(huán)境變化，智能晾曬裝置會(huì)將傳感器采集到的各類(lèi)數(shù)據(jù)輸入PCL控制器中進(jìn)行綜合判斷，PLC控制器根據(jù)判斷的結(jié)果，通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置來(lái)控制晾衣架和晾衣桿的收縮和旋轉(zhuǎn)。PLC控制器根據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，進(jìn)而控制晾衣架和晾衣桿的收縮和旋轉(zhuǎn)的軟件邏輯，如圖2所示。

風(fēng)速傳感器用來(lái)測(cè)量當(dāng)前的風(fēng)速，風(fēng)速傳感器采集的是模擬的電流或者電壓的變化，通過(guò)換算可以得知實(shí)際的風(fēng)速（單位是米/秒）。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)閾值時(shí)，可以認(rèn)為起風(fēng)了。風(fēng)速傳感器輸入到PLC控制器中的數(shù)據(jù)是電流值或者電壓值，PLC控制器通過(guò)比較風(fēng)速傳感器輸入的電流值/電壓值是否超過(guò)設(shè)定的閾值，來(lái)判斷是否起風(fēng)了。

光照傳感器用來(lái)測(cè)量當(dāng)前的光照強(qiáng)度，光照傳感器的基本原理是通過(guò)將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓值，經(jīng)過(guò)電路處理后，輸出一定范圍的電壓或者電流。光照傳感器輸入PLC控制器的數(shù)據(jù)是電壓值或者電流值，PLC控制器通過(guò)比較光照傳感器輸入的電壓值/電流值是否低于設(shè)定的閾值，來(lái)判斷天氣是否轉(zhuǎn)陰了。

雨滴傳感器用來(lái)檢測(cè)當(dāng)前是否下雨（下雪）以及雨量（雪量）的大小，雨滴傳感器將雨量（雪量）的變化轉(zhuǎn)換為電壓值/電流值，輸入PLC控制器，PLC控制器通過(guò)比較雨滴傳感器輸入的電壓值/電流值是否超過(guò)設(shè)定的閾值，來(lái)判斷是否下雨（下雪）了。

濕度傳感器用來(lái)測(cè)量當(dāng)前空氣中的濕度，濕度傳感器將采集到的空氣濕度變化轉(zhuǎn)換為電壓值或者電流值，輸入PLC控制器，PLC控制器通過(guò)比較濕度傳感器輸入的電壓值/電流值是否超過(guò)設(shè)定的閾值，來(lái)判斷當(dāng)前控制的潮濕程度。

PLC控制器會(huì)根據(jù)上述四類(lèi)傳感器輸入的電壓值/電流值與閾值的比較結(jié)果，來(lái)綜合判斷當(dāng)前的天氣變化。如果PLC控制器判斷當(dāng)前下雨/下雪了，就會(huì)通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置自動(dòng)控制晾衣架和晾衣桿的收縮和旋轉(zhuǎn)，將衣物收進(jìn)室內(nèi)，從而避免衣物淋雨/淋雪。

用戶(hù)可以設(shè)置新型智能晾曬裝置的各類(lèi)傳感器的閾值。當(dāng)智能晾曬裝置接入智能家居系統(tǒng)后，智能晾曬裝置的各類(lèi)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，也可以傳遞給智能家居系統(tǒng)，以供其他的“智能”裝置使用。

PLC控制器是新型智能晾曬裝置的核心，它一方面接收各類(lèi)傳感器采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合判斷，以確定是否下雨（下雪）了，進(jìn)而通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置，自動(dòng)的控制晾衣架和晾衣桿進(jìn)行收縮和旋轉(zhuǎn);另一方面用戶(hù)可以通過(guò)PLC控制器來(lái)設(shè)置各類(lèi)傳感器的閾值，同時(shí)智能晾曬裝置還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與智能家居系統(tǒng)相連接，從而達(dá)到萬(wàn)物互聯(lián)的目的。

紫外線(xiàn)殺菌器和風(fēng)干器，用于在惡劣天氣下的晾曬，比如在雨雪天氣，智能晾曬裝置無(wú)法在室外進(jìn)行晾曬，在室內(nèi)進(jìn)行晾曬時(shí)，便可以開(kāi)啟風(fēng)干器和紫外線(xiàn)殺菌器，進(jìn)而模擬室外晾曬的環(huán)境。

聯(lián)動(dòng)裝置和晾衣架以及晾衣桿，組成了智能晾曬裝置的主體晾曬部件，智能晾曬裝置通過(guò)PLC控制器來(lái)自動(dòng)控制聯(lián)動(dòng)裝置，進(jìn)而控制晾衣架和晾衣桿的伸縮和旋轉(zhuǎn)。

網(wǎng)絡(luò)部分用于智能晾曬裝置與外界的互聯(lián)，智能晾曬裝置通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)可以接入到智能家居系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

新型智能晾曬裝置通過(guò)各類(lèi)傳感器來(lái)感知周?chē)h(huán)境變化，通過(guò)PLC控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)與外界的互聯(lián)。

四、結(jié)語(yǔ)

晾曬裝置是與老百姓的生活緊密聯(lián)系的物品，一個(gè)智能的，便捷的晾曬裝置必將給老百姓的生活帶來(lái)很大的便利。本文提出的環(huán)境感知型全自動(dòng)智能晾曬裝置，能夠感知周?chē)h(huán)境的變化，遇到天氣變化，可以自動(dòng)的控制晾衣架和晾衣桿收縮和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，該裝置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)還可以接入智能家居系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。

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*基金項(xiàng)目：2020年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)202013235001）。

（作者單位：武漢科技大學(xué)城市學(xué)院）