淺析多功能智能晾衣系統(tǒng)

岳虎 周徐萍 曾慶玉

摘 要：晾衣桿是生活中必不可缺的一種生活用品，現(xiàn)有的晾衣桿設(shè)計(jì)要么完全外露在室外，要么完全藏在屋檐下，處于這兩個(gè)極端的情況。45%左右的陽(yáng)臺(tái)都無(wú)法受到陽(yáng)光的正常照射，因此，現(xiàn)在的晾衣桿不能保證衣服曬到充足的陽(yáng)光，不具有隨太陽(yáng)照射方向變化而改變衣服晾曬方向的功能。智能晾衣系統(tǒng)可以在雨天和夜晚自動(dòng)收回晾曬的衣物，也能在陽(yáng)光明媚的白天，自動(dòng)的晾曬衣物。多功能環(huán)保智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功，不僅解決人們?nèi)粘Ｉ畹碾y題，而且極大的方便居民的生活，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：晾衣桿；單片機(jī)；智能化；智能反光鏡

1 多功能環(huán)保智能晾衣系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)圖

如圖1，智能晾衣系統(tǒng)主要由傳感器、時(shí)鐘、智能反光鏡以及驅(qū)動(dòng)控制，這四個(gè)模塊組成。主要具有以下三個(gè)功能。

1.1 它能根據(jù)外界的濕度與光度的大小來(lái)控制晾衣桿的伸縮。其中，DHT11濕度傳感器通過(guò)單總線傳輸將檢測(cè)到的濕度信號(hào)反饋給單片機(jī)，2UC84硅光傳感器通過(guò)調(diào)理電路將光信號(hào)放大以后傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)判斷濕度和光度來(lái)感知外界的濕度，以及黑夜是否來(lái)臨。如果外界是陽(yáng)光明媚，晾衣桿就會(huì)自動(dòng)晾曬衣物。但是只要外界是暴雨或者黑夜的其中一個(gè)不適合晾曬的環(huán)境，智能晾衣桿就會(huì)自動(dòng)收縮到指定的地方。

1.2 智能反光鏡可以把陽(yáng)光反射到晾曬不到衣物的地方。智能反光鏡是通過(guò)DS1302時(shí)鐘模塊記錄每天的時(shí)間并反饋給單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)日歷，編寫(xiě)一年中不同時(shí)刻的太陽(yáng)高度角的文件庫(kù)，并且單片機(jī)根據(jù)不同的時(shí)刻產(chǎn)生不同的pwm波來(lái)控制舵機(jī)的角度，智能反光鏡就可以在一天中隨著不同的太陽(yáng)高度角會(huì)有變化，從而將陽(yáng)光反射到衣物上。

1.3 可以手動(dòng)控制晾衣桿的伸縮與上下，通過(guò)單片機(jī)編寫(xiě)不同按鍵的程序，當(dāng)按下不同的按鍵時(shí)就可以啟動(dòng)不同程序，實(shí)現(xiàn)晾衣桿的上下與伸縮。

2 智能晾衣系統(tǒng)的濕度傳感器模塊

2.1 DHT11傳輸信號(hào)給單片機(jī)的機(jī)制

DHT11濕度傳感器與單片機(jī)之間的信號(hào)傳輸，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送80微秒低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待20-40微秒后，讀取DHT11的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉。

2.2 智能反光鏡的工作原理

智能反光鏡的工作原理是：需在單片機(jī)程序中根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)著太陽(yáng)的不同高度角來(lái)建立表格。因?yàn)橛袝r(shí)鐘芯片對(duì)年月日，以及每天時(shí)刻的累計(jì)，所以對(duì)于每天不同時(shí)刻，不同的太陽(yáng)高度角，單片機(jī)都會(huì)通過(guò)改變PWM波對(duì)舵機(jī)產(chǎn)生一個(gè)角度的控制，從而控制智能反光鏡不同的角度，使得太陽(yáng)光能夠通過(guò)智能反光鏡反射到上衣物上，因此衣物能享受到充足的陽(yáng)光。

2.3 太陽(yáng)高度角的計(jì)算

太陽(yáng)高度是決定地球表面獲得太陽(yáng)熱能數(shù)量的最重要的因素。我們用h來(lái)表示這個(gè)角度，它在數(shù)值上等于太陽(yáng)在天球地平坐標(biāo)系中的地平高度。H當(dāng)?shù)?90°-緯度差（所求地點(diǎn)緯度與直射點(diǎn)所在緯度的緯差）

太陽(yáng)高度角隨著地方時(shí)和太陽(yáng)的赤緯的變化而變化。太陽(yáng)赤緯（與太陽(yáng)直射點(diǎn)緯度相等）以δ表示，觀測(cè)地地理緯度用φ表示（太陽(yáng)赤緯與地理緯度都是北緯為正，南緯為負(fù)），（如圖2）地方時(shí)（時(shí)角）以t表示，有太陽(yáng)高度角的計(jì)算公式：

sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ cos t 日升日落，同一地點(diǎn)一天內(nèi)太陽(yáng)高度角是不斷變化的。日出日落時(shí)角度都為0正午時(shí)太陽(yáng)高度角最大，時(shí)角為0，以上的公式可以簡(jiǎn)化為：sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ 由兩角和與差的三角公式，可得 sin h=cos（φ-δ）

因此，對(duì)于太陽(yáng)位于天頂以北的地區(qū)而言，h=90°-（φ-δ）；對(duì)于太陽(yáng)位于天頂以南的地區(qū)而言，h=90°-（δ-φ）；二者合并，因?yàn)闊o(wú)論是（φ-δ）還是（δ-φ），都是為了求當(dāng)?shù)鼐暥扰c太陽(yáng)直射緯度之差，不會(huì)是負(fù)的，因此都等于它的絕對(duì)值，所以正午太陽(yáng)高度角計(jì)算公式：h=90°-|φ-δ|。

2.4 時(shí)鐘芯片DS1302的功能

DS1302時(shí)鐘芯片包含實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)程序存儲(chǔ)器，通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與微處理器通信。實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷提供秒，分，時(shí)，日，周，月，年的信息。在每個(gè)月的末尾將少于三十一天的月份進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，包括閏年修正。DS1302被設(shè)計(jì)成操作上非常低功耗，且保留小于1W的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信息。

因此將DS1302與單片機(jī)相連就可以將每天的日期和時(shí)刻送給單片機(jī)，從而單片機(jī)可以根據(jù)不同時(shí)刻的不同太陽(yáng)高度角來(lái)控制智能反光鏡，這樣就可以讓陽(yáng)光反射到晾曬不到陽(yáng)光的衣物上。

3 研究結(jié)論與成果

3.1 研究結(jié)論

3.1 不同型號(hào)傳感器的SPI通訊以及調(diào)用方式都不一樣，DHT11的通訊方式是通過(guò)改變高低電平來(lái)控制響應(yīng)時(shí)間和傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 智能晾衣桿的設(shè)計(jì)是將晾衣桿的高度、兩個(gè)晾衣桿之間的寬度、步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)后退的量與單片機(jī)的控制相結(jié)合，再通過(guò)適當(dāng)算法，達(dá)到協(xié)調(diào)一致。智能化還體現(xiàn)在，晾衣架可以根據(jù)太陽(yáng)的高度自動(dòng)調(diào)節(jié)衣架的位置，以達(dá)到最佳的晾曬效果。

3.3 濕度以及光度的參數(shù)設(shè)定是根據(jù)實(shí)際情況中反復(fù)調(diào)試來(lái)確定的。

3.2 研究成果

3.2.1 智能晾衣桿可根據(jù)外界濕度變化以及亮暗成都可以自動(dòng)伸縮。在陽(yáng)光充足時(shí)，能使衣物盡可能接收陽(yáng)光照射；在陰雨天時(shí)，能使衣物及時(shí)收回屋檐下，保證衣物不被雨水淋濕，當(dāng)雨停了并且符合晾曬條件時(shí)晾衣桿會(huì)自動(dòng)伸到屋檐外晾曬衣物。

3.2.2 當(dāng)夜幕降臨時(shí)，晾衣桿會(huì)自動(dòng)往里收。當(dāng)白天來(lái)臨并且符合晾曬條件時(shí)，晾衣桿會(huì)自動(dòng)伸出去。

3.2.3 晾衣桿上的智能反光鏡可以將陽(yáng)光智能的反射到晾曬不到陽(yáng)光的地方

參考文獻(xiàn)

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