一種智能電動(dòng)晾衣機(jī)的設(shè)計(jì)探究

摘要：隨著現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，很多人已經(jīng)沒有足夠的精力處理日常事務(wù)。例如：如何在天氣晴朗的日子里把衣物曬干就成了一個(gè)難題。為了解決這一問題，人們著手研究如何讓一臺(tái)“活”的晾衣機(jī)可以幫助人們將衣物整理好。在綜合研究了幾種智能家庭系統(tǒng)后，對(duì)MCU進(jìn)行智能控制的研究后，得出了更好的設(shè)計(jì)思想：采用STC89C52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)；同時(shí)，使用傳感器來探測(cè)晾衣機(jī)周圍的溫度、光照強(qiáng)度和是否下雨，并由單片機(jī)將探測(cè)到的信息與預(yù)置的值相結(jié)合，然后做出判定，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衣服的智能化晾曬。另外，系統(tǒng)可以設(shè)置手動(dòng)、自動(dòng)、定時(shí)3種工作方式，以滿足不同使用者的需求。

關(guān)鍵詞：晾衣機(jī)；STC89C52；自動(dòng)控制；傳感器

DesignExplorationofanIntelligentElectricClothesDryer

ZHAOZhichaoYUZhengtaoNIJun*LIUTaoLVZhao

ZhejiangHooeasySmartTechnologyCo.，Ltd.，Jinhua，ZhejiangProvince，321015China

Abstract：Withtherapiddevelopmentofmoderncities，manypeoplehavenothaveenoughenergytodealwiththeirdailyaffairs.Forexample，howtodryclothesonsunnydayshasbecomeaproblem.Tosolvethisproblem，peoplebegantostudyhowtomakea"living"clothesdryerthatcanhelpustidyupclothes，AftercomprehensiveresearchonseveralintelligenthomesystemsandintelligentcontrolofMCU，abetterdesignideaisproposed：UsingSTC89C52microcontrollertoachievedatacollectionand storage;Atthesametime，sensorsareusedtodetectthetemperature，lightintensity，andwhetherthereisrainaroundtheclothesdryer.Themicrocontrollercombinesthedetectedinformationwiththepresetvalues，andthenmakesajudgmenttodrivethemotortorotateintheforwardorreversedirection，achievingintelligentclothesdrying.Inaddition，thesystemcanalsosetupmanual，automaticandscheduledthreeworkingmethods，tomeettheneedsofdifferentusers.

KeyWords：Intelligentclothesdryer;STC89C52;Automaticcontrol;Sensor

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的發(fā)展，人民的物質(zhì)生活也在逐步改善，對(duì)高品質(zhì)生活的追求越來越強(qiáng)烈，智慧生活也漸漸走進(jìn)了人們的視線。家電、照明、防盜報(bào)警燈等是智能生活的重要組成部分，這也推動(dòng)了各國(guó)在智能家庭領(lǐng)域進(jìn)行了更多的研究，推動(dòng)了人類邁向真正的智慧生活[1]。然而，在各種關(guān)于智能家居的研究中，國(guó)內(nèi)對(duì)戶外衣物晾曬并未給予足夠的關(guān)注和研究，大部分還是以室內(nèi)陽(yáng)臺(tái)晾曬為主。

• 研究現(xiàn)狀

晾衣可能是人們目前日常生活中常做的事情，所以，晾衣機(jī)也成了人們生活中的必需品，推動(dòng)生活的智能化[2-5]。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)晾衣機(jī)做了很多研究。WANGX等人[6]制作了一款晾衣機(jī)，具有自動(dòng)掛衣、伸出晾衣、烘干、自動(dòng)升降、定時(shí)、消毒等功能。StastnaM等人[7]設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于GPS或Wi-Fi模塊以實(shí)現(xiàn)烘干衣物的App，通過GPS定位用戶位置后采用吸收空氣水分的計(jì)算方式，給用戶提供晾衣方案。WongYQ等人[8]對(duì)衣物無(wú)法充分得到晾曬的情況分析后提出了一種擁有風(fēng)扇模式加熱模式、風(fēng)扇和加熱模式及交替模式的晾衣機(jī)。在智能化越來越普及的情況下，人們的生活模式也在隨之變化：智能窗簾、智能家電、智能晾衣機(jī)等智能化高科技產(chǎn)品相繼推出，并越來越貼近消費(fèi)者的內(nèi)心[9-10]。近年來，智能晾衣機(jī)作為眾多智能家居中的一個(gè)分支，深受消費(fèi)者的喜愛。

本設(shè)計(jì)可以通過按鈕實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式和手動(dòng)模式的切換，在自動(dòng)模式下，溫濕度和光照強(qiáng)度傳感器對(duì)室外的溫度和光線狀況進(jìn)行探測(cè)，獲得當(dāng)前的天氣信息，并將此信息傳送給微處理器。在此基礎(chǔ)上，單片機(jī)將探測(cè)到的數(shù)據(jù)與預(yù)定值進(jìn)行對(duì)比，并做出判定，驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作，向前或向后旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衣服“晾衣”和“收衣”的智能化晾曬。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架圖

從圖1中可以看出，該系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框架，該系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為主要核心模塊，利用溫度、濕度傳感器、光敏電阻等輔助監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將采集的數(shù)據(jù)傳送到微處理器，由微處理器驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)衣服的晾衣和收衣。

2.2系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由單片機(jī)控制、溫濕度檢測(cè)模塊、光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊、雨滴檢測(cè)模塊、電機(jī)傳動(dòng)模塊、按鍵開關(guān)及顯示等模塊構(gòu)成。其中，溫濕度檢測(cè)模塊用于對(duì)晾衣機(jī)附近環(huán)境溫度和濕度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊用于獲取戶外衣架附近的光線信息；雨滴檢測(cè)模塊可以通過雨滴掉落后改變電容值來判斷外界的天氣；單片機(jī)對(duì)接收到檢測(cè)模塊的信號(hào)處理后，將結(jié)果輸出到電機(jī)傳動(dòng)模塊，推動(dòng)電機(jī)正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)晾衣機(jī)完成“晾衣”“收衣”等動(dòng)作；按鈕切換組件用于設(shè)定3種工作方式，以及在人工模式下，通過按壓晾衣機(jī)上的各種按鈕，達(dá)到“晾衣”“收衣”等功能；顯示模塊主要用于顯示室外溫度、濕度和時(shí)間等數(shù)據(jù)。

2.3控制系統(tǒng)核心選擇

本文選用STC89C52單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，配合新型的自動(dòng)晾衣機(jī)結(jié)構(gòu)。STC89C52單片機(jī)采用8位架構(gòu)，具有良好的性能和較低的功耗。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，抗干擾性好。具有良好的程序編制能力及性格特點(diǎn)，在許多工控領(lǐng)域及嵌入式應(yīng)用中均能發(fā)揮良好的控制作用。

2.4溫濕度檢測(cè)模塊選擇

溫濕度傳感器設(shè)計(jì)人員選用DHT11傳感器，它集溫度和濕度測(cè)量于一身，并將其作為一個(gè)數(shù)字信號(hào)來進(jìn)行測(cè)量。盡管程序比較煩瑣，但是它的周邊線路非常簡(jiǎn)單，可以從MCU的IO端口上直接讀出。

2.5光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊選擇

光照強(qiáng)度檢測(cè)模塊，設(shè)計(jì)人員利用光敏電阻器進(jìn)行。光敏電阻器的阻值與所處的周圍光線的強(qiáng)弱有關(guān)，并且隨著光線的強(qiáng)弱而改變。將該阻值轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再通過電壓對(duì)比電路進(jìn)行對(duì)比，獲得電平信號(hào)，從而了解外界光線強(qiáng)度。該光敏電阻器的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，通過一個(gè)簡(jiǎn)易的加工線路就可以滿足該系統(tǒng)的需要。

2.6雨滴傳感器選擇

雨滴傳感器功能是對(duì)有無(wú)降水以及雨量大小進(jìn)行探測(cè)。在本設(shè)計(jì)中采用了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，輸出信號(hào)良好的雨滴傳感器YD-A1。它由5.0cm×4.0cm面積超大電極感應(yīng)，使用寬電壓LM393比較器，雨滴滴落在電極上會(huì)改變電容值，通過電容量的變化，確定是否有雨滴降落。容量式雨滴傳感器對(duì)環(huán)境中的濕度變化非常敏感，并且能夠提供高精度的雨滴檢測(cè)，適合應(yīng)用于智能電動(dòng)晾衣機(jī)。

3.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1智能電動(dòng)晾衣機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在市場(chǎng)上的晾衣機(jī)功能和種類層出不窮，種類繁多，市場(chǎng)上常見的晾衣機(jī)采用的是剪刀式鉸接方式來驅(qū)動(dòng)晾衣桿伸開或收縮，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。這個(gè)晾衣機(jī)主要的操作模式為手動(dòng)操作，須手動(dòng)去操作剪刀鉸架完成展開和收縮。無(wú)法隨著外界天氣的變化而去完成晾衣收衣動(dòng)作，而且無(wú)法切換模式，這是其智能化程度低的一個(gè)重要體現(xiàn)。

考慮到傳動(dòng)的精準(zhǔn)度，設(shè)計(jì)人員采用螺紋絲桿傳動(dòng)方式，將以上兩種方式結(jié)合起來，所設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)晾衣機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖3。

3.2智能電動(dòng)晾衣機(jī)的工作原理

從智能電動(dòng)晾衣機(jī)實(shí)現(xiàn)的工作原理如圖4所示。本設(shè)計(jì)可以在自動(dòng)控制模式和人工操作模式下切換，在自動(dòng)控制模式下，通過單片機(jī)發(fā)出指令信號(hào)，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)圓錐齒輪帶動(dòng)絲桿，帶動(dòng)下傳動(dòng)桿沿導(dǎo)向柱向上移動(dòng)，使兩個(gè)鉸接剪刀間距縮小，從而將伸縮衣架組件展開，達(dá)到晾衣目的。當(dāng)電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，同樣通過圓錐齒輪帶動(dòng)絲桿，帶動(dòng)下傳動(dòng)桿沿導(dǎo)向柱向下移動(dòng)，使兩個(gè)鉸接剪刀間距增大，從而將伸縮衣架組件收縮，達(dá)到收衣目的。在人工操作模式下，可通過手柄的正向或反向旋轉(zhuǎn)來達(dá)到晾衣和收衣操作。

4.結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和各種條件下的測(cè)試，可以得出以下結(jié)論。

（1）系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下，通過傳感器能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)室外環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度及降雨等情況，并將信號(hào)傳輸和預(yù)設(shè)的條件進(jìn)行對(duì)比后自動(dòng)切換晾衣和收衣模式。

（2）系統(tǒng)的人性化設(shè)計(jì)使操作變得更加簡(jiǎn)便，用戶只需通過簡(jiǎn)單的按鍵操作，即可實(shí)現(xiàn)在手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式之間切換。

（3）系統(tǒng)具有較高的智能化水平，能夠根據(jù)環(huán)境變化實(shí)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能和便捷的目的。

（4）經(jīng)過多次測(cè)試和調(diào)試，系統(tǒng)的性能得到了充分驗(yàn)證，滿足了我們預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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