自動(dòng)伸縮升降晾衣架的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王嘉琪

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人們的生活也日新月異。對(duì)便捷、舒適生活的不斷追求使越來(lái)越多的智能化、自動(dòng)化產(chǎn)品進(jìn)入人們的生活。在雨天或太陽(yáng)暴曬等惡劣天氣情況下，不能及時(shí)把所晾曬衣物收回是一直以來(lái)困擾上班族的難題，同時(shí)傳統(tǒng)的晾衣架難以解決人們的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。鑒于此，基于菱形四連桿機(jī)構(gòu)，綜合應(yīng)用傳感器檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)一款自動(dòng)伸縮升降晾衣架，溫濕度傳感器和光照傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)而通過(guò)組合菱形四連桿機(jī)構(gòu)伸縮實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回收衣物；單片機(jī)同時(shí)控制升降裝置，通過(guò)鋼絲繩拉動(dòng)掛衣桿，實(shí)現(xiàn)了晾衣架的自動(dòng)升降，方便使用者取放衣物。自動(dòng)伸縮升降晾衣架實(shí)現(xiàn)了無(wú)人在家也可自動(dòng)完成衣服的晾曬，便捷了人們的生活，提高了對(duì)快節(jié)奏生活方式的適應(yīng)能力。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)晾衣架；伸縮菱形四連桿；傳感器

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的日新月異，人們的生活質(zhì)量得到了不斷地提高。人們對(duì)生活便捷性、舒適性等的不斷追求，也促使越來(lái)越多的高科技、智能化生活用品出現(xiàn)在生活中。而同時(shí)，隨著生活節(jié)奏的加快，也為人們帶來(lái)很多煩惱。如對(duì)上班族，或者當(dāng)我們出門在外時(shí)，往往會(huì)面臨在雨天或太陽(yáng)暴曬之時(shí)不能及時(shí)把所晾曬衣物收回的問(wèn)題。衣物被淋雨或者被暴曬，不僅會(huì)損壞衣物，降低衣物壽命和質(zhì)量，更影響了我們的生活，如出行等。目前，人們所使用的晾衣架多為傳統(tǒng)晾衣架，或者僅能實(shí)現(xiàn)升降而不能隨外界環(huán)境變化及時(shí)收回衣物，這顯然不能滿足人們生活的實(shí)際需求。市場(chǎng)上已有的智能晾衣架通常只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的水平或垂直伸縮變化，并未實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化和智能化，且有一定的操作要求，對(duì)一些少年或老年人的人性化設(shè)計(jì)不夠。根據(jù)調(diào)查，家庭主婦中僅有38%的智能晾衣架用戶認(rèn)為現(xiàn)在的智能晾衣架人性化程度很好。鑒于此，基于菱形四連桿機(jī)構(gòu)，綜合應(yīng)用傳感器檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)出一款自動(dòng)伸縮升降晾衣架，不僅實(shí)現(xiàn)晾衣架在雨天或暴曬等情況下的自動(dòng)伸縮回收衣物，也實(shí)現(xiàn)了晾衣架的自動(dòng)升降，方便使用者取放衣物，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

1.自動(dòng)伸縮升降晾衣架技術(shù)簡(jiǎn)介

自動(dòng)伸縮升降晾衣架主要涉及菱形四連桿機(jī)構(gòu)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)，下面分別對(duì)其作簡(jiǎn)要介紹。

1.1 菱形四連桿機(jī)構(gòu)

菱形四連桿機(jī)構(gòu)屬于連桿機(jī)構(gòu)，其由兩根中間鉸接，可在平面內(nèi)相互轉(zhuǎn)動(dòng)的連桿組成。兩連桿作為機(jī)構(gòu)折疊變化的對(duì)象，鉸點(diǎn)約束連桿的變化，折疊過(guò)程既連桿圍繞鉸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，最后達(dá)到指定位置。組合菱形四連桿機(jī)構(gòu)常用于剪叉式升降機(jī)，可展收機(jī)構(gòu)中，具有承載力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。

1.2 傳感器檢測(cè)技術(shù)

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。光照傳感器是一種用于檢測(cè)光照強(qiáng)度的傳感器，溫濕度傳感器是一種用于檢測(cè)溫度量和濕度量的傳感器，它們可將光照強(qiáng)度、溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)。

1.3 單片機(jī)控制技術(shù)

單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)控制技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其核心技術(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。單片機(jī)控制技術(shù)隨著材料科學(xué)、工藝技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，電路系統(tǒng)向著集成度極高的方向發(fā)展。

2.自動(dòng)伸縮升降晾衣架的工作原理、組成及工作模式

2.1 晾衣架的工作原理

自動(dòng)伸縮升降晾衣架基于菱形四連桿機(jī)構(gòu)，利用組合菱形四連桿機(jī)構(gòu)可伸縮的特點(diǎn)，將其作為實(shí)現(xiàn)晾衣架伸縮功能的主要機(jī)械部件。溫濕度傳感器和光照傳感器作為晾衣架的“眼睛”，主要用于監(jiān)測(cè)外部環(huán)境的變化，并將信息傳遞給晾衣架的“大腦”單片機(jī)控制器。當(dāng)天氣驟變下雨或者太陽(yáng)暴曬等時(shí)，溫濕度傳感器和光照傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)直線步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)而通過(guò)伸縮菱形四連桿實(shí)現(xiàn)在雨天或暴曬等情況下的自動(dòng)伸縮回收衣物。當(dāng)使用者需要晾曬或者收回衣物時(shí)，單片機(jī)可以控制升降裝置收緊或者放松鋼絲繩，進(jìn)而通過(guò)鋼絲繩拉動(dòng)掛衣桿，使升降菱形四連桿收縮或伸展，實(shí)現(xiàn)晾衣架的自動(dòng)升降，方便使用者取放衣物。

2.2 晾衣架的組成及工作模式

自動(dòng)伸縮升降晾衣架主要包括機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分。如圖1所示為晾衣架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

機(jī)械系統(tǒng)主要包括：直線步進(jìn)電機(jī)、升降裝置、基座、伸縮菱形四連桿、滑輪、鋼絲繩、升降菱形四連桿、掛衣桿等。晾衣架基座通過(guò)膨脹螺絲來(lái)固定在墻壁上。伸縮菱形四連桿右端下部鉸接于基座，伸縮菱形四連桿右端上部通過(guò)滑塊與基座連接，連桿與滑塊鉸接，滑塊與基座凹槽形成移動(dòng)副，滑塊在直線步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在基座凹槽內(nèi)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)菱形四連桿機(jī)構(gòu)的伸縮，即圖1所示的晾衣架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

衣架的伸縮。鋼絲繩的一端與掛衣桿連接，一端接于升降裝置（即鋼絲繩收放裝置）。單片機(jī)控制升降裝置收緊或者放松鋼絲繩，使升降菱形四連桿收縮或伸展，實(shí)現(xiàn)了晾衣架的自動(dòng)升降，方便使用者取放衣物。晾衣架采用鋁合金材質(zhì)。鋁合金易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好，密度低，強(qiáng)度較高，采用鋁合金材質(zhì)有利于減輕晾衣架自身的重量，同時(shí)有利于節(jié)約成本，易于加工制造。控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制器、溫濕度傳感器、光照傳感器等。單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89C52，溫濕度傳感器采用DHT11，光照傳感器采用TSL2561。

自動(dòng)伸縮升降晾衣架主要具有兩種工作模式：自動(dòng)控制模式和人工操作模式。在自動(dòng)控制模式中，晾衣架根據(jù)溫濕度傳感器和光照傳感器實(shí)時(shí)采集的外部天氣環(huán)境信息來(lái)對(duì)晾衣架的伸縮進(jìn)行自動(dòng)化控制。如果當(dāng)前光照強(qiáng)度良好，晾衣架的直線步進(jìn)電機(jī)會(huì)帶動(dòng)晾衣架進(jìn)行伸展，而當(dāng)晾衣架完全伸展時(shí)，單片機(jī)會(huì)向直線步進(jìn)電機(jī)發(fā)出停止指令以停止晾衣架的伸展。如果天氣驟變下雨或者太陽(yáng)暴曬時(shí)，直線步進(jìn)電機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)晾衣架進(jìn)行收縮，而當(dāng)晾衣架完全收回時(shí)，單片機(jī)會(huì)向直線步進(jìn)電機(jī)發(fā)出停止指令以停止晾衣架的收縮。在晾衣架伸展或收縮時(shí)，單片機(jī)也會(huì)實(shí)時(shí)控制升降裝置，調(diào)整掛衣桿的高度，方便人們晾曬衣物和收回衣物。在人工操作模式中，使用者通過(guò)按下“伸展”或者“收縮”按鈕來(lái)控制衣架的伸縮狀態(tài)，通過(guò)“升高”或者“降低”按鈕來(lái)調(diào)整掛衣桿的高度。

3.創(chuàng)新點(diǎn)及展望

自動(dòng)伸縮升降晾衣架實(shí)現(xiàn)了在雨天或暴曬等情況下自動(dòng)回收衣物，使得無(wú)人在家自動(dòng)完成衣服晾曬成為可能，它極大地便捷了人們的生活，特別是對(duì)于廣大上班族，提高了他們對(duì)快節(jié)奏生活方式的適應(yīng)能力。其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于：①實(shí)現(xiàn)智能化的晾曬衣物，實(shí)現(xiàn)在雨天或暴曬等惡劣天氣情況下衣物的自動(dòng)回收。②實(shí)現(xiàn)晾衣架自動(dòng)“伸縮”和“升降”的綜合：該晾衣架不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)回收衣物，同時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)晾衣架高度，方便使用者收放衣物，特別是老年和兒童使用者，人性化程度較高。展望未來(lái)，我們相信晾衣架的自動(dòng)化、智能化程度一定會(huì)越來(lái)越高，會(huì)更加完美的為人們地美好生活服務(wù)。

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