仿生日光跟蹤智能晾衣架設計制作

石恒遠 肖夢 張夏妍 王治豪

摘 要 本設計是依據(jù)仿生向日葵的原理設計具有仿生日光燈自動跟蹤的系統(tǒng)，當智能晾衣架光敏傳感器感受到太陽移動至最佳能接受到太陽光的位置后，根據(jù)衣架承受太陽照射的角度自動旋轉衣架，使衣物受光面積達到最大化。旋轉衣架采用分段式，旋轉機制更加靈活自如。此外，衣架接受手機APP指令，單片機處理做出相應動作，實現(xiàn)WIFI遠程遙控。系統(tǒng)處于手動擋后，以上機制傳動便可以通過手動調節(jié)。

關鍵詞 光敏傳感器 單片機 WIFI 手機APP

中圖分類號：TP368.2文獻標識碼：A

0引言

晾衣架自我國發(fā)明出來之日起便已經作為了人們的居家日常生活中必不可少的一件日常家居生活用具，擁有極其廣泛的應用理論基礎。我們傳統(tǒng)的各種晾衣架都指的是一種造型簡單、價格便宜、功能單一的晾衣架，整體上是靜止式的物件。隨著生產廠商與晾衣架設計者在其晾衣架的外觀與對人體的工程學上有所做不斷改進，生產制造開發(fā)出了許多晾衣架外形優(yōu)美并且在其安裝、掛曬等使用過程中完全符合了現(xiàn)代家居生活環(huán)保低碳、取用方便生活理念的功能型晾衣架。近幾年，晾衣架的產品也發(fā)生了翻天覆地的發(fā)展與變化，晾衣架不再僅僅是一個簡單的裝飾品，更是一個具有功能性的家居產品。隨著我國人工智能家居時代的進一步到來，近年來人工智能家居也成為了市場的熱詞，電動式的晾衣架已經開始逐漸走進了現(xiàn)代人們的日常生活當中。但是綜觀國內新型智能電動式晾衣架生產和研究的項目及其成品，相關的晾衣架設計理念研究和晾衣架理論的研究處于比較初級階段，各技術方面的研究還不夠深入和完善。

1總體設計

系統(tǒng)包括：系統(tǒng)控制核心單片機;自動步進電機;滑輪小車、導軌;光敏傳感器;數(shù)模轉化控制芯片;以夏普單片機為核心和主控，夏普pm2.5傳感器將手機上傳的數(shù)據(jù)通過交換機串行數(shù)據(jù)接口傳輸送給主控核心單片機，單片機處理后經手機顯示和wifi手機進行交互后將數(shù)據(jù)傳輸至手機控制核心app，數(shù)據(jù)處理后可遠程交互給手機app處理后進行顯示。

2硬件選取

2.1系統(tǒng)結構

系統(tǒng)中主要組成部件包括系統(tǒng)控制模塊核心51單片機;步進電機;滑輪小車;導軌;光敏傳感器;電機數(shù)模信號轉化控制芯片;設計中單片機、傳感器、電機三部件相結合，衣架當前狀態(tài)可自由分段式旋轉，實現(xiàn)設計中日光運動跟蹤的功。光敏電機和傳感器模塊可接受來自太陽光的信號，通過杜邦線與步進單片機相連接，從而可以使得單片機和傳感器能夠同時控制設計中滑軌小車的分段式移動和步進電機的分段式移動和旋轉，同時將設計中衣架當前狀態(tài)的信號通過esp8266串口wifi模塊直接傳遞到事先設計的用戶接口app上。

2.2 WIFI模塊的選取

esp8266是基于ai-thinker公司推出的一款無線單片機wifi的模塊，可以通過串口配置和無線單片機上的串口進行遠程通信，利用單片機wifi的串口傳輸數(shù)據(jù)。并通過uart的接口，可以由arduino發(fā)送ation的命令控制其工作功能。8266有兩種主要工作的模式，分別是station工作模式以及ap工作模式，station模式主要是用來通過手機連接無線熱點通過路由器直接進行無線的工作，ap的模式主要是8266作為無線熱點由手機去無線連接（或者連接路由器）直接進行的工作。筆者選擇采取ap的工作模式是用來直接實現(xiàn)主要遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

2.3傳感器的選擇

采用靈敏型的光明電阻傳感器，該光明電阻傳感器模塊具有檢測信號干凈，波形好，驅動控制能力強，同時配有一個可以自動調節(jié)的電位器，可以方便地調節(jié)和檢測外界環(huán)境光線的亮度。以do模擬數(shù)字開關電壓測量（0和1）和ao端作為模擬數(shù)字開關電壓進行輸出。當檢測模塊在外界環(huán)境中檢測光線的亮度達不到檢測模塊設定的閾值時，do和ao端輸出高電平，當檢測外界的環(huán)境中檢測光線的亮度達到超過設定閾值時，do和ao端輸出低電平。

2.4電機的選擇

選擇了步進驅動電機，該電機驅動系統(tǒng)采用uln2003驅動，電機減速帶動驅動齒輪的減速，噪音極低，能夠很好地適應日常家居的使用，減少了噪音對于生活工作起居的破壞性影響。

2.5電路圖

電路設計的結構圖主要由三部分組成，分別是無線傳送模塊、光敏傳感器模塊、電機執(zhí)行結構和數(shù)碼管顯示模塊。無線傳送模塊收發(fā)無線信號，并利用解碼芯片進行無線通信;光敏傳感器模塊利用光敏電阻檢測光照度通過數(shù)模轉化利用三極管給單片機，單品機控制電機旋轉運動;數(shù)碼顯示模塊將溫濕度檢測的溫濕度信號發(fā)送給單片機，單片機通過數(shù)碼管顯示。

3 軟件設計

移動用戶端的APP設計主要目的在于實現(xiàn)遠程控制，通過手機，用戶可以控制衣架的上升或下降，或者控制衣架分段式旋轉，使衣物能夠擁有最大的陽光照射面積。同時，用戶也能通過手機APP預約衣架升起或下降的時間，使衣架具有非常高的實用性和智能性。

4項目創(chuàng)新特色概述

衣架結構具有小車和導軌組合成的結構采用傳動機制自動實現(xiàn)上下前后的自由移動;衣架驅動裝置控制系統(tǒng)采用混合式傳感器和步進驅動電機，電機的輸出力矩大、動態(tài)控制性能好，步進電機距角小、較好地提高了精度。通過單片機、傳感器、電機完美結合，衣架結構可自由移動和旋轉，實現(xiàn)日光跟蹤控制功能;基于單片機的傳感器具有遠程數(shù)據(jù)傳輸技術，通過app遠程傳感器檢測并且實現(xiàn)遠程控制。

5結論

筆者采取一種通過以51單片機為控制核心與多種模塊及手機APP結合來實現(xiàn)遠程控制和自動監(jiān)測調節(jié)晾衣架，該裝置可以通過太陽照射角度自動旋轉衣架，使衣物受光面積達到最大化。旋轉衣架采用分段式，旋轉機制更加靈活自如，并且可以給普通用戶帶來更多的便利。因此本設計具有較強的自我檢測調節(jié)能力，且制作成本低，能夠被廣大用戶所采用。通過該設計的應用使人們的生活更加的智能化和便利化。

參考文獻

[1] 李素云，覃若寶.基 于 多 傳 感 器 的 智 能 晾 衣 架 設 計 [J].山 東 工 業(yè) 技 術， 2016（03）：128.

[2] 荊海霞，李洪義.一種智能晾衣架系統(tǒng)的設計[J].機電一體化，2016，22（07）：57-60.

[3] 周靜紅.關于智能晾衣架的市場調研及分析報告[J].河北農機，2015（10）：43-44.

[4] 江雪，陳清華.基于 STM32 控制的智能晾衣架設計[J].內江科技，2017，38（06）：39-40.