智能晾衣架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

遵義師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院 陳 鵬 李陽軍

伴隨智能家居的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)了一款智能晾衣架。本設(shè)計(jì)采用STC86C52RC單片機(jī)作為主控核心，利用推桿電機(jī)伸縮性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)晾衣架的伸出與收回，系統(tǒng)主要組成：光敏傳感器、雨滴檢測(cè)模塊、DHT11溫濕度采集模塊、紅外模塊、直流電機(jī)及紫外燈等，光敏傳感器主要利用光敏電阻來檢測(cè)光照強(qiáng)度，無線遙控接采用MYS-1818紅外收端，在經(jīng)過放大電路傳送給單片機(jī)，DHT11溫濕度模塊檢測(cè)環(huán)境溫濕度變化，同時(shí)采用雨滴傳感器和光敏傳感器檢測(cè)外部環(huán)境，超過上限值時(shí)推桿電機(jī)做出相應(yīng)動(dòng)作，系統(tǒng)處于手動(dòng)模式下，可開啟紫外燈進(jìn)行殺菌處理及開啟直流電機(jī)風(fēng)干處理，該裝置可通過按鍵操作及紅外遙控操控，功能豐富，適用范圍廣。

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，智能家居市場(chǎng)迎來了繁榮發(fā)展，同時(shí)智能家居在我國(guó)市場(chǎng)占比較大，現(xiàn)在隨處可見，該設(shè)計(jì)是為了解決原始操作的晾衣架。本新型晾衣架的功能在于可以伸出室外晾曬，對(duì)衣服進(jìn)行烘干以及紫外線殺菌，操作方便。目前同類產(chǎn)品大部分位于室內(nèi)晾曬并且操作比較麻煩，而本晾衣架可通過按鍵或紅外遙控操作，可實(shí)現(xiàn)晾衣架自動(dòng)伸展開來，操作便捷。在晾衣架工作狀態(tài)處于智能模式下，當(dāng)前溫濕度若大于設(shè)定值、雨滴傳感器判斷有雨、光敏傳感器檢測(cè)光照強(qiáng)度、若其中一項(xiàng)大于設(shè)定值則會(huì)啟動(dòng)收回裝置，其次可以啟動(dòng)手動(dòng)開啟紫外線、殺菌裝置、烘干裝置，對(duì)衣物進(jìn)行烘干與殺菌處理。通過單片機(jī)采集數(shù)據(jù)判斷陰雨天氣，天若氣灰暗，完成自動(dòng)收衣的目的。晴天和雨天智能晾衣，高效的避免在陰雨時(shí)無人收衣的煩惱，衣架智能收回，避免將衣物處于室外。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要組成：STC89C52RC單片機(jī)、光敏傳感器、按鍵模塊、雨滴檢測(cè)模塊、DHT11溫濕度采集模塊、紅外接收模塊、伸縮電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、LCD1602、紫外燈、直流電機(jī)。以單片機(jī)為控制核心和數(shù)據(jù)處理中心，溫濕度傳感器及光敏傳感器、雨滴傳感器采集外部環(huán)境數(shù)據(jù)，單片機(jī)控制LCD1602顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)、溫濕度狀態(tài)等。通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷環(huán)境狀態(tài)、是否符合晾曬環(huán)境，若當(dāng)前環(huán)境符合晾曬狀態(tài)，單片機(jī)控制電機(jī)將衣物伸出晾曬，若不符合則收回衣物。也可手動(dòng)控制晾衣架打開與關(guān)閉，開啟紫外線殺菌和烘干風(fēng)扇，進(jìn)行衣物烘干及殺菌處理。

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 STC86C52RC單片機(jī)

采用STC89C52RC單片機(jī)作為核心主控芯片，STC89C52RC擁有通用I/O口32個(gè)，片上集成512字節(jié)RAM，是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，該芯片功能強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。單片機(jī)總控制電路如圖2所示。

圖2 單片機(jī)總控制電路圖

2.2 紅外遙控模塊

紅外遙控系統(tǒng)采用發(fā)射和接收兩個(gè)部分。紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管，紅外光經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，再送后置放大器，以供后續(xù)電路進(jìn)行解碼等操作。

紅外遙控發(fā)射芯片采用PPM編碼方式，當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，將發(fā)射一組108ms的編碼脈沖。遙控編碼脈沖由前導(dǎo)碼8位用戶碼、8位用戶碼的反碼、8位操作碼以及8位操作碼的反碼組成。通過對(duì)用戶碼的檢驗(yàn)，每個(gè)遙控器只能控制一個(gè)設(shè)備動(dòng)作，這樣可以有效地防止多個(gè)設(shè)備之間的干擾。

2.3 顯示模塊

人機(jī)交互主要是鍵盤處理和LCD1602液晶顯示2個(gè)兩部分。人機(jī)交互設(shè)計(jì)理念是人性化、便捷操作的必要操作，除了硬件上的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，還需要對(duì)軟件的靈活控制，因?yàn)轱@示時(shí)序均以時(shí)序建模的方式實(shí)現(xiàn)了控制驅(qū)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了軟件設(shè)計(jì)，軟件只需要根據(jù)要求體現(xiàn)出擬顯示的圖像和位置。

初始化命令如下及流程圖如圖3所示。

圖3 液晶流程圖

顯示內(nèi)容為uchar code Init1[]=” mode “;

lcd延遲void LCDdelay(uint z)；

寫入命令void write_com(uchar com)；

寫數(shù)據(jù)void write_data(uchar date)；

初始化void Init1602()

2.4 推桿電機(jī)模塊

推桿電機(jī)是一種新型的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由電機(jī)、推桿和控制裝置等機(jī)構(gòu)組成的一種新型直線執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、集中控制。伸縮電機(jī)在一定范圍行程內(nèi)作往返運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)晾衣架的伸出與收回來對(duì)衣物進(jìn)行晾曬，伸縮電機(jī)以12V直流永磁電機(jī)為動(dòng)力源，把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)物如圖4所示。

圖4 實(shí)物圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及測(cè)試

裝置及各個(gè)模塊已焊接完成，將程序?qū)胙b置并且調(diào)試完成。系統(tǒng)實(shí)物如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)實(shí)物圖

為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，單片機(jī)通電后進(jìn)行初始化及紅外、雨滴、電機(jī)進(jìn)行初始化操作，LCD1602顯示當(dāng)前狀態(tài)信息，控制程序判斷當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，控制主程序讀取雨滴、溫濕度、光照檢測(cè)的數(shù)據(jù)并在LCD1602上顯示，檢測(cè)當(dāng)前工作模式，通過紅外接收遙控?cái)?shù)據(jù)，若接收到紅外數(shù)據(jù)為模式切換，則單片機(jī)進(jìn)行工作模式的轉(zhuǎn)換，若系統(tǒng)當(dāng)前處于自動(dòng)模式下，單片機(jī)采集溫濕度、雨滴檢測(cè)、光照強(qiáng)度檢測(cè)、若當(dāng)前有雨或者光線較暗、適度過高時(shí)回收回晾衣架，否則打開晾衣架，進(jìn)行衣物晾曬，處于手動(dòng)模式下，可通過紅外遙控或者按鍵模塊啟動(dòng)晾衣架的開啟晾曬與衣物的收回，收回屋內(nèi)，若衣物處于為晾干的話，可以手動(dòng)打開紫外線殺菌和烘干裝置來對(duì)衣物進(jìn)行烘干操作。

此款晾衣架裝置可根據(jù)當(dāng)前環(huán)境濕度變化，天氣狀況變化而自動(dòng)收回衣物及自動(dòng)晾曬，可對(duì)衣物進(jìn)行殺菌及烘干處理，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，在使用過程中穩(wěn)定好，能完成日常生活中晾衣所需，通過單片機(jī)與各類傳感器的工作，能自動(dòng)完成晾衣及收衣動(dòng)作，人們?cè)谌粘Ｉ钪惺褂煤?jiǎn)單，高效，方便。參考文獻(xiàn)