一種新型智能晾衣裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)天黑或突發(fā)下雨時(shí)能夠自動(dòng)收回衣服設(shè)計(jì)了一款智能晾衣裝置。該裝置以STC89C52RC單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，以溫度傳感電路、濕度傳感器、光敏傳感器、風(fēng)速傳感器和重力傳感器作為系統(tǒng)的檢測(cè)模塊，輔以藍(lán)牙模塊，通過對(duì)環(huán)境光信號(hào)及濕度信號(hào)的檢測(cè)和判斷，控制電機(jī)進(jìn)行縮回和升降功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)晾衣裝置的智能控制。該裝置具有低成本、可裝配性較好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：晾衣裝置STC89C52RC單片機(jī)智能家居傳感器

中圖分類號(hào)：TS959.9；TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DesignandImplementationofaNewIntelligentClothesDryingDevice

YAOJiaWANGYouyouWUAihua

ElectronicandInformationEngineeringDepartmentofChangshaSocialWorkCollege，

Changsha，Hu’nanProvince，410004China

Abstract：Anintelligentclothesdryingdeviceisdesignedtoautomaticallyretractclotheswhenitgetsdarkorsuddenlyrains.ThedeviceusesSTC89C52RCone-chipcomputerasthecontrolcoreofthesystem，temperaturesensingcircuit，humiditysensor，lightsensor，windspeedsensor，gravitysensorasthedetectionmoduleofthesystem，supplementedbyBluetoothmodule.Throughthedetectionandjudgmentofambientlightsignalandhumiditysignal，themotoriscontrolledtoretractandlift，achievingtheintelligentcontroloftheclothesdryingdevice.Thedevicehastheadvantagesoflowcost，goodassembly，andsimpleoperation，andhasagoodmarketprospect.

KeyWords：Clothesdryingdevice;STC89C52RCone-chipcomputer;Smarthome;Sensor

南方的天氣變化無常，經(jīng)常出現(xiàn)萬里晴空后一會(huì)又陰雨遍布的情況，大風(fēng)、雨水、霧氣等不確定因素對(duì)衣物晾曬的影響較大。大多數(shù)人是在前一天晚上或當(dāng)天早上進(jìn)行衣物晾曬，上班后面對(duì)天氣變化只能束手無策，給衣服晾曬帶來極大的不便，影響了人們生活的品質(zhì)。目前，人們生活中所采用的晾衣裝置多為固定晾衣桿或手動(dòng)機(jī)械式升降晾衣桿，隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的不斷發(fā)展，人們對(duì)美好生活提出了更高的要求，智能家居也愈發(fā)被人們所重視。隨著智能家居的快速發(fā)展，晾衣架向著自動(dòng)化方向發(fā)展，越來越多的電動(dòng)晾衣架應(yīng)運(yùn)而生[1]。綜合現(xiàn)有市場(chǎng)上的電動(dòng)晾衣架，大多數(shù)為室內(nèi)電動(dòng)升降晾衣架，采用遙控器控制，不能伸出室外進(jìn)行衣物晾曬，且自動(dòng)控制的程度較低，缺少多變天氣情況下及時(shí)從窗外收回的控制方式。設(shè)計(jì)一種能夠針對(duì)外界環(huán)境變化控制回收的晾衣裝置，以最大可能地減少天氣變化對(duì)衣物晾曬的影響，可有效提升人們的家居生活品質(zhì)。

1智能晾衣架整體方案設(shè)計(jì)

晾衣架多采用四連桿機(jī)構(gòu)和絲桿裝置來實(shí)現(xiàn)伸縮和升降功能，此類結(jié)構(gòu)較為輕巧，安裝方便，具有節(jié)省空間和可靠性高的特點(diǎn)[2]。智能晾衣裝置的常用控制方案一般有兩種：方案一，在裝置上安裝濕度檢測(cè)模塊，通過對(duì)環(huán)境中的濕度變化判斷是否進(jìn)行回收，但系統(tǒng)不能很好地判斷是否進(jìn)入夜晚，回收衣服不夠及時(shí)；方案二，在裝置上安裝光敏電路，當(dāng)外界光線變?nèi)鯐r(shí)，系統(tǒng)回收晾曬的衣物，此設(shè)計(jì)可以及時(shí)地在夜晚回收衣服，但是對(duì)于突發(fā)的雨況不能進(jìn)行判斷：兩種方案都存在著部分的缺陷[3]。本設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上，結(jié)合溫度檢測(cè)模塊、風(fēng)速傳感器、重力傳感器及可操作性及經(jīng)濟(jì)性原則來完成對(duì)晾衣裝置的收回控制。

本裝置以STC89C52RC單片機(jī)為控制核心，配合溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、風(fēng)速傳感器不重力傳感器進(jìn)行檢測(cè)，通過藍(lán)牙模塊來完成對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制[4-5]。智能晾衣裝置能夠根據(jù)外界環(huán)境因素的變化來控制電機(jī)進(jìn)行收回，例如：當(dāng)檢測(cè)到外界環(huán)境的日照強(qiáng)度或溫度和濕度低于某一定值時(shí)，控制電機(jī)進(jìn)行收回；當(dāng)檢測(cè)干燥參數(shù)超過預(yù)值時(shí)，控制電機(jī)進(jìn)行收回；當(dāng)外界溫度濕度和光照均不低于設(shè)置定值時(shí)，保持正常晾曬，在保證晾曬質(zhì)量的條件下，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的晾曬時(shí)長(zhǎng)。

2智能晾衣裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能晾衣裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示，由晾衣桿、升降電機(jī)、連接機(jī)架、折疊架、連接固定板等零件組成。兩邊為構(gòu)造相同的升降機(jī)構(gòu)，安裝在窗戶兩側(cè)，由電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)升降；伸縮裝置安裝在升降機(jī)構(gòu)之間，通過電機(jī)帶動(dòng)晾衣桿伸出和縮回窗外。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1升降機(jī)構(gòu)

升降機(jī)構(gòu)由連桿機(jī)架和連桿固定板組成。連桿機(jī)架上設(shè)計(jì)3個(gè)通孔，連接固定板中間設(shè)計(jì)了絲桿螺母，一端與電機(jī)相連，另外一端穿過連桿機(jī)架；連桿機(jī)架與連桿固定板通過兩個(gè)光軸連接，電機(jī)帶動(dòng)絲桿動(dòng)作，從而帶動(dòng)固定板沿兩光軸上下移動(dòng)。晾衣桿通過直線道軌與兩個(gè)升降電機(jī)連接，電機(jī)與對(duì)應(yīng)光敏限位和機(jī)械限位連接，實(shí)現(xiàn)到達(dá)預(yù)定位置停止，從而實(shí)現(xiàn)控制升降功能。如圖2所示。

2.2伸縮機(jī)構(gòu)

伸縮機(jī)構(gòu)如圖3所示。伸縮結(jié)構(gòu)固定于直線導(dǎo)軌側(cè)面，伸縮機(jī)構(gòu)與2個(gè)伸縮電機(jī)連接，伸縮機(jī)構(gòu)由上、下交叉折疊架構(gòu)成；折疊架上的第一個(gè)連桿與伸縮滑塊連接，使伸縮滑塊移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)折疊架伸出和縮回。伸縮電機(jī)與對(duì)應(yīng)光敏限位和機(jī)械限位連接，到達(dá)預(yù)定位置停止，實(shí)現(xiàn)控制伸縮功能；伸縮機(jī)構(gòu)前端裝有晾衣桿，下面裝有固定卡扣。

3智能晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本裝置的控制核心采用擴(kuò)展型單片機(jī)STC89C52RC，高速、低功耗且具有較強(qiáng)的抗干擾性，可以滿足本系統(tǒng)的需要[6-7]。整個(gè)智能晾衣架的控制部分大致分為以下模塊：光敏傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、最小系統(tǒng)模塊、藍(lán)牙轉(zhuǎn)串口模塊、按鈕模塊、升降和伸縮限位模塊電路及照明燈控制模塊。

系統(tǒng)檢測(cè)部分由環(huán)境檢測(cè)傳感器、重力傳感器等組成。晾衣架兩端設(shè)置重力傳感器，窗戶外設(shè)置溫度傳感器、濕度傳感器和風(fēng)速傳感器；控制面板集成電機(jī)線路和各傳感器電路，連接至STC89C52RC單片機(jī)；單片機(jī)采用無線“藍(lán)牙”技術(shù)連接手機(jī)端，通過提前預(yù)定好的藍(lán)牙面板，實(shí)現(xiàn)手機(jī)端遠(yuǎn)程控制升降。當(dāng)衣服收回時(shí)，系統(tǒng)可控制紫外線燈進(jìn)行殺菌處理。

無線控制是為了能夠?qū)崿F(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程遙控，使本裝置可以在遙控狀態(tài)下完成一些工作。在本裝置中，采用HC-05藍(lán)牙模塊，并將其設(shè)置為從機(jī)模式；用安卓端APP連接系統(tǒng)上的藍(lán)牙模塊，通過發(fā)送藍(lán)牙信號(hào)來控制晾衣架升降和伸縮電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

中控處理器作為控制中心，聯(lián)絡(luò)著其他各個(gè)模塊，各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)均返回中控系統(tǒng)中進(jìn)行處理分析，再做出相應(yīng)的控制動(dòng)作，其中，光敏和雨滴傳感器模塊作為檢查單元，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和照明燈控制模塊作為執(zhí)行單元。綜合上述內(nèi)容，系統(tǒng)總控制設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

3.2晾衣架控制模式

智能晾衣架用遙控器和手機(jī)APP藍(lán)牙進(jìn)行控制，操作面板安裝在墻面合適位置，按鈕盒上設(shè)置有停止按鈕、升降按鈕、伸縮按鈕、LED紫外線燈按鈕等。

3.2.1遙控器手動(dòng)控制

為了避免家里小孩誤按晾衣架的遙控器導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，所以，手動(dòng)模式只在手機(jī)APP藍(lán)牙界面才可以控制。手動(dòng)模式下，可以按鍵操作實(shí)現(xiàn)上升、下降、伸出和縮回并在任意位置停止，實(shí)現(xiàn)夜間照明燈控制，屏蔽光線傳感器（關(guān)閉天黑收衣）和打開光線傳感器（打開天黑收衣），自動(dòng)上升并曬出（自動(dòng)按鈕），縮回下降按鈕。

3.2.2遙控器自動(dòng)控制

操作面板上的按鈕默認(rèn)為手動(dòng)模式，當(dāng)用戶按下曬出按鈕時(shí)，晾衣架會(huì)上升，并且會(huì)根據(jù)傳感器檢測(cè)當(dāng)前的天氣，根據(jù)天氣控制晾衣架是否曬出。（1）晴天：晾衣架將衣物全部曬出；（2）雨天：晾衣架不會(huì)將衣物曬出；（3）刮風(fēng)：晾衣架不會(huì)將衣物曬出；（4）天黑：晾衣架將衣物收回（該光線傳感器可以在手機(jī)App藍(lán)牙界面關(guān)閉）。當(dāng)按下收回按鈕，晾衣架會(huì)將衣物收回，并且將衣物下降至合適高度以方便用戶取掛。

3.2.3藍(lán)牙控制

藍(lán)牙控制端包含停止按鍵、開燈按鍵、關(guān)燈按鍵、手動(dòng)上升按鍵、手動(dòng)伸出按鍵、手動(dòng)收回按鍵、關(guān)閉天黑收衣按鍵、打開天黑收衣按鍵和上升并智能模式按鍵。在智能模式下，此晾衣架裝置在雨天和黑夜條件下會(huì)自動(dòng)縮回。在晾好衣服后，可以按下升伸按鈕，晾衣架裝置就可以自動(dòng)上升和伸出；在想收衣服時(shí)，按下縮降按鈕，晾衣架裝置便自動(dòng)縮回和下降；按下停止開關(guān)，可在任意狀態(tài)下停止晾衣架裝置的運(yùn)行。在回收衣服后，可以使用LED紫外線燈進(jìn)行殺菌。在光線昏暗的條件下，可使用LED紫外線燈用于照明。在使用藍(lán)牙端手機(jī)控制時(shí)，可切換智能模式，也可屏蔽或開啟黑夜收回模式。晾衣架在此藍(lán)牙控制模式下還可以進(jìn)行定時(shí)控制，即設(shè)定伸出晾曬開始的時(shí)間和縮回屋內(nèi)結(jié)束晾曬的時(shí)間，提供給用戶多種選擇。

3.2.4衣物干燥時(shí)間控制

目前，隨著生活水平的提高和衣物材質(zhì)的提升，部分衣物曬干后不能長(zhǎng)時(shí)間暴曬，否則容易產(chǎn)生衣物變形或變黃等問題，因此，確定衣物正常的晾曬時(shí)間有其必要性。晾衣架被設(shè)定為智能模式后，中控提前根據(jù)溫度和濕度情況預(yù)設(shè)好干燥時(shí)間。當(dāng)將衣物放置到晾衣架上時(shí)，將采集到的重力數(shù)據(jù)傳送到中控處理器中，與預(yù)設(shè)的干燥時(shí)間計(jì)算出衣物的重力變化速率，以此來判定衣物的干燥程度，通過與設(shè)定好的干燥標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，確定剩余晾曬的時(shí)間，時(shí)間結(jié)束后，控制晾衣桿縮回屋內(nèi)，達(dá)到精確控制晾曬時(shí)間的目的，最大程度地保證晾曬效果。

4智能晾衣裝置樣機(jī)制作

根據(jù)以上的設(shè)計(jì)，對(duì)此智能晾衣裝置進(jìn)行了實(shí)物模型制作，制作完成的實(shí)物如圖5所示。具體樣機(jī)模型參數(shù)和元器件選擇如下。

（1）模型總長(zhǎng)780mm，總寬560mm，總高1500mm。（2）機(jī)構(gòu)總長(zhǎng)750mm，總寬240mm，總高920mm。（3）升降機(jī)構(gòu)的行程區(qū)間：0～420mm。（4）伸出機(jī)構(gòu)的行程區(qū)間：0～400mm。（5）晾衣桿：直徑8mm，長(zhǎng)度700mm。（6）產(chǎn)品中控制器選擇STC89C52RC型號(hào)單片機(jī)。（7）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N驅(qū)動(dòng)控制芯片，芯片內(nèi)置多個(gè)三極管和電阻搭建的兩個(gè)H橋電路，能夠通過低電壓觸發(fā)控制高電壓；結(jié)合主控制器使用的單片機(jī)，單片機(jī)輸出0～5V邏輯電壓，控制芯片帶動(dòng)12V蝸輪蝸桿減速電機(jī)運(yùn)行，程序設(shè)計(jì)后，能夠讓驅(qū)動(dòng)芯片調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可滿足設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的智能晾衣架裝置以單片機(jī)為核心部件，溫度傳感器、濕度傳感器、重力傳感器等為檢測(cè)部件，配合藍(lán)牙裝置，以達(dá)到對(duì)晾衣裝置的收回控制設(shè)計(jì)。本裝置在各部件和軟件上均選擇了穩(wěn)定和可靠的設(shè)計(jì)，保證了裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。兩側(cè)機(jī)構(gòu)為鏡像設(shè)計(jì)，零件多為標(biāo)準(zhǔn)件，易于加工、性價(jià)比高、可裝配性與工藝性好，便于安裝操作，在智能家居的開發(fā)和應(yīng)用中具有良好的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]張微.基于Arduino的自動(dòng)雨控晾衣架算法優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)集成電路，2023，32（6）：58-61.

[2]陳毅龍.智能防雨晾衣架設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2023（9）：221-225.

[3]白福由，何慶.一種智能翻轉(zhuǎn)式晾曬裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].機(jī)械裝備研發(fā)，2021，52（9）：112-113.

[4]吳波，劉財(cái)勇.晴雨晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2022，30（24）：39-41.

[5]楊顯斌.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能晾衣架設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2023，42（32）：77-79.

[6]林關(guān)成.基于STC89C52單片機(jī)的智能晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2021，49（1）：55-58，147.

[7]李民靖，郝東來.基于OneNET的家居智能晾衣架系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2023，13（11）：68-71.