智能晾衣架控制系統的設計與實現*

張 斌，馬永斌，邱秀榮，赫書月

（商丘工學院信息與電子工程學院，河南商丘476000）

1 引言

晾衣架是現代人常用的家居用品，如今已成為許多家庭的生活必需品。而傳統晾衣架不具備智能化的特點，不能根據環境變化改變工作狀態[1-2]。隨著物聯網技術的發展，各種類型的傳感器設備不斷涌現，隨時隨地方便地對環境信息進行采集已成為可能。人們可對采集的信息進行存儲分析，從而做出相應的決策。所設計的智能晾衣架系統即是使用傳感器獲取環境信息[3]，然后對信息進行分析，相應地驅動直流電機正轉和反轉，實現晾衣架的伸縮功能。該系統對晾衣架的控制有自動和手動兩種模式，可以隨時應對突發的天氣的狀況，極大地方便人們的生活。

2 系統總體設計

2.1 系統總體框架

系統主要由STC89C51單片機系統、傳感器模塊、無線收發模塊、電機控制模塊、狀態顯示模塊等組成。其中，傳感器模塊負責對環境信息進行采集，晾衣架的智能控制主要即是通過對其所獲取的各種環境信息分析實現的[4-5]；無線收發模塊由SC2262、SC2272編碼解碼芯片組成，用以控制系統的工作模式和工作狀態；STC89C51單片機主控芯片可對環境數據信息進行分析處理，并發送相關控制指令，實現電機和狀態指示燈的工作狀態轉變[6]；電機控制模塊可通過電機的正轉和反轉實現晾衣架的伸縮功能，為防止晾衣架損壞，使用限位開關檢測晾衣架位置；狀態顯示模塊可提示當前系統的工作狀態。系統框架如圖1所示。

2.2 系統工作流程

系統分為手動和自動兩種模式，模式一為手動，模式二為自動，默認為自動模式，可自由選擇。其中，手動模式由無線收發模塊控制，遙控器發送控制信號，電路板信號接收端接收信號并響應[7]。自動模式依靠分析傳感器獲取的環境信息進行自動控制。流程如下：首先系統進行模式判斷，如果是手動模式，則晾衣架系統根據操作者的具體操作指令做出反應，電機正轉，晾衣桿伸出，電機反轉，晾衣桿收回。

如果是自動模式，則系統根據環境狀況自動控制晾衣架的工作狀態。若天氣晴朗，濕度較低，晾衣架自動伸出；若是下雨天、光線很暗或者濕度較大時則晾衣架自動收回。在具體實現時，可以對光線、溫度和濕度的值進行設置，當達到設定的閾值時，系統才會做出相關的響應。

3 系統硬件設計

3.1 主控芯片與晶振電路

選用STC89C51作為主控芯片，其有40個引腳，可提供32個可編程I/O口線，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，同時具有4kB的內部程序存儲器和256字節的內部數據存儲器。該芯片功能較強，因此在嵌入式領域得到了廣泛的應用。

晶振電路的功能是結合單片機內部電路產生單片機正常工作所需要的時鐘頻率，保證單片機的指令能夠正常接收和發送。在晾衣架系統中，電路使用兩個30pF的瓷片電容來保證晶振能夠正常起振。在晶振電路的輸出端由電阻和負載電容構成一個限流網絡。限流網絡的主要作用是限流，防止反相器出過大的電流而損壞晶振。晶振頻率為11.0592MHz。晶振電路連接STC89C51芯片的18和19號引腳。晶振電路如圖2所示。

3.2 射頻收發模塊

射頻收發模塊可以實現晾衣架的遙控操作，利用無線信號進行信息的發送和接收[8]。該功能通過SC2262/2272芯片來實現，其中SC2262用于發射裝置，SC2272用于接收裝置。編碼芯片SC2262出發的編碼信號通過同步碼、地址碼和數據碼組成完整的編碼數字，SC2262是否工作由電源是否接通決定。射頻發射模塊電路圖如圖3所示。

圖2 晶振電路

圖3 射頻發射模塊電路圖

SC2262在工作過程中會發送當前的地址編碼和數據位數據，當SC2272的地址與SC2262的地址一致時，開始接收SC2262送來的數據并進行電平信號的轉換。射頻接收模塊電路圖如圖4所示。

圖4 射頻接收模塊電路圖

3.3 電機控制模塊

直流電動機的轉動情況是由繼電器來控制的。電機正轉表示晾衣架伸出；電機反轉代表示晾衣架收回。因晾衣桿有長度限制，為了防止電機無限制地轉動使晾衣桿持續伸出或者收回而使電機損壞，在系統實現時，設置了限位開關。當晾衣桿碰觸到限位開關時，電機就停止轉動，從而將晾衣桿固定。電機控制模塊電路如圖5所示。

圖5 電機控制模塊電路圖

3.4 狀態顯示模塊

自動和手動模式的狀態顯示模塊由三個LED燈表示。自動模式下，系統能夠通過各種傳感器主動感知外界信息，并自動做出晾衣桿的伸出和收回動作；手動模式下，可以通過遙控器來控制。其中，紅色燈亮起表示晾衣架是自動工作模式，紅色燈熄滅表示晾衣架是手動工作模式。另外，黃燈亮起，直流電機正轉，表示晾衣桿是伸出的狀態；綠燈亮起，電機反轉，表示晾衣桿是收回狀態。

4 系統實現及測試

系統各個模塊及整個電路圖設計完成并組裝后，將程序導入系統完成了整個晾衣架系統的設計工作。系統實物如圖6所示。

圖6 系統實物圖

為了保證系統各個功能都能夠正常運行，在系統設計完成后進行了系統的測試。首先將電源接通，打開系統開關，系統進入自動模式，同時紅燈亮起。在光照強度較高，濕度較低時，電機正轉，控制晾衣桿伸出，在碰觸到限位開關時，電機停轉；然后控制光照強度，在光線較暗、有雨滴或濕度大于等于設定的最大閾值時，直流電機反轉，控制晾衣桿收回，在碰觸到限位開關時電機停轉，同時相應指示燈亮起。在手動模式下紅燈熄滅，按下控制器上的電機正轉按鈕，晾衣架伸出，按下反轉按鈕，晾衣架收回，相應指示燈亮起。

5 結束語

此款智能晾衣架系統基于物聯網相關技術設計，采用不同模式實現對晾衣架的控制，操作靈活；用限位開關控制電機的停轉時刻，控制晾衣桿架伸縮距離；用LED燈顯示系統工作模式和工作狀態，以直觀展示當前系統的狀態；同時由數碼管顯示當前空氣的濕度情況。該系統具有簡單易用、成本低廉的特點，因此具有一定的應用價值。