專用于學生公寓陽臺的智能防護裝置研制

章煜佳 羅文強 金 航 楊欽洋 陳祥軍 陳超娣 楊金偉*

（臺州學院，浙江 臺州318000）

隨著經濟從高速發展到高質量發展的新時代，智能化是中國謀求高質量發展主要方案之一。[1]智能產業快速發展，對經濟發展、社會進步等方面產生重大而深遠的影響。[2]人們對于智能化的需求也在不斷推動著技術的改革與進步。根據大量調研表明，大部分學生公寓陽臺是半封閉式的，陽臺晾衣是學生生活中必不可少的一部分，但天氣多變，出門在外的同學們往往無法第一時間趕回公寓而導致衣物淋濕，對生活帶來不便及煩惱。現有的產品如智能晾衣架大多都未能對衣物起到保護作用。本文主要研究陽臺的防護問題，通過傳感器自動檢測、手機APP 或開關按鈕來實現智能衣物防護裝置的開啟與關閉。

1 工作原理

系統設有風力、光敏等傳感器，根據風速或光照度暗度來判別是否進行自動啟動防護裝置。系統主要由單片機控制電路，電機及其驅動電路，護罩裝置，雨滴監測電路，風速檢測電路，光照檢測電路，WIFI 通信裝置及手機端APP 等組成。在風速、光照暗度達到預定值后，自動開啟護衣系統，也可通過手機APP 遠程控制來開啟。系統原理框圖如圖1 所示。

圖1 系統原理框圖

護罩裝置的結構示意圖如圖2 所示，由上下兩導軌，防護材料，電機傳動機構等組成。

2 系統硬件設計

2.1 電機控制模塊

該模塊主要控制衣罩的收放，選用奧科AM-X03 開合電機作為執行電機，具有自動設定記憶行程、轉速可調等功能。

圖2 護罩裝置結構示意圖

圖3 電機實物圖

2.2 傳感器模塊

2.2.1 光線檢測電路

將光敏電阻與10k 左右的電阻串聯，然后連接到電壓比較器的正輸入端，所選用的電壓比較器型號為LM393。LM393 的負輸入端與一只滑動變阻器連接。當光照的強度發生變化時，光敏電阻的阻值也隨之變化，則LM393 正負輸入端的電壓亦會變化。當連接光敏電阻的正輸入端電壓大于負輸入端電壓時，PA1 口就會輸出，使得LED0 點亮。所設計光照檢測電路如圖4所示。

圖4 光照檢測電路

2.2.2 風速傳感電路

在30～50 秒后,檢測過程結束,如果環境中風力未達到預設值（默認8m/s，相當于6 級大風），則紅燈熄滅, 繼電器斷開，OUT+、OUT- 無電壓輸出。如果環境中有風達到預定值，則紅燈亮起，繼電器閉合，OUT+、OUT- 輸出12V DC 電壓。通過檢測電參數的變化從而進行控制。

LED1 綠燈為輸入電源指示燈，常亮；LED2 紅燈為輸出指示燈即工作指示燈，亮起表示輸出端OUT+、OUT- 有輸出、風動開關工作，熄滅則輸出端無輸出，風動開關處于待機狀態。風動開關傳感器模塊，如圖5 所示。

圖5 風速傳感電路模塊

2.2.3 雨滴檢測電路

雨滴檢測模塊是利用濕度方式檢測有無水分的傳感器，用于下雨狀況的監測。應用中將傳感器放置在窗戶內，當有雨水滴到檢測面上時，檢測面的濕度將增大，隨之電壓升高，并轉成數字信號和模擬信號輸出。雨滴傳感器實物如圖6 所示。

圖6 雨滴傳感器

2.3 WiFi 遠程控制模塊

系統采用ESP8266-12FWIFI 模塊作為連接單片機與智能手機的橋梁，WiFi 模塊有8 個引腳，不同的引腳有不同的作用，同時又相互影響。模塊中CH-PD 處于低電平使得供電模塊關閉，處于高電平是正常工作狀態，因此需將模塊的CH-PD 引腳和VCC 相連。這里的串口RXD、TXD 與WiFi 模塊直接相連，不需要進行電平轉換。它可以利用實現無線通信，可通過手機等移動控制終端來進行指令操作。同時，該模塊可以使用現代常用的智能云設備等免費的云平臺。并可以同時穩定存放多個設備的通訊信息。

圖7 WiFi 模塊

3 STM32 單片機軟件設計

經過測試，軟件程序與硬件系統能夠比較好的聯動起來；能夠實現信息的交互，即app 能控制窗戶開關，也能接收到下位機發送過來的溫濕度信息。下位機可以感受到外界環境的變化（如下雨）從而進行窗戶的開關；也可用手動的方式進行窗戶開關。系統的軟件流程如圖8 所示。

圖8 軟件流程圖

本系統實現的Android 手機遠程控制主要基于的是WIFI模塊實現的局域網內控制，手機端作為客戶端與STM32 相連。手機端通過發送一串數字指令給STM 來實現開關窗等功能的實現。故APP 設計完成后還需測試其是否能和STM32 服務端實現正常的通信。本設計的APP 界面如圖9 所示，使用時手機需先連接服務端建立的WIFI 信號，然后打開APP,點擊網絡連接按鈕，與服務器建立連接。連接好服務器后，點擊開啟智能，然后選擇想要實現的功能,再點擊發送指令按鈕，將指令發送給服務器，完成控制。

圖9 手機APP 控制界面

4 系統測試

本裝置的軟硬件設計完成后，分別需要對其各部分功能進行測試。本設計制作了一個簡易室內環境模型（如圖10 所示），設計了一個簡易的陽臺，電機、傳感器采用前文提到的各個模塊，用來模擬智能窗系統驗證各部分功能是否實現。

圖10 裝置模型圖

5 結論

本文論述的智能衣物防護裝置，能夠自動檢測環境，如遇突發的惡劣天氣能夠及時對衣物進行防護。同時，實現了利用手機APP 對裝置進行遙控。集智能化、人性化、自動化于一體；可移植性強，適用范圍廣；材料易得成本低，便于大規模生產；安裝、使用簡單，便于推廣，具有一定現實意義和可開發價值。