一款伸縮式智能防雨晾衣架設計

張立勇 ， 王文軍

（荊州職業技術學院，湖北 荊州 434020）

1 設計背景

隨著科技快速發展，智能家居作為一種新興產業已經引起了人們廣泛關注，晾衣架作為智能家居的重要組成部分，其產品種類豐富，功能不盡相同。市場上的晾衣架從功能結構上可分為手動和自動兩類，從使用場合上可分為室內型和室外型兩類[1-4]。目前人們所使用的晾衣架多為不能隨外界環境變化而自動收縮的傳統手動晾衣架，隨著人們生活水平不斷提高和智能家居生活理念廣泛傳播，對智能化晾衣架的需求越來越大。雖然室內型智能晾衣架已發展得較為完善，但室外型智能晾衣架受空間結構和功能等影響，發展卻相對比較緩慢，在室外晾曬衣物過程中，經常遇到收衣不及時導致衣物被雨淋濕的情況，這給人們的日常生活帶來了極大不便[5-6]。因此，迫切需要設計一款室外智能防雨晾衣裝置。為滿足人們的生活需求，本文設計了一種伸縮式智能防雨晾衣架。

2 機械結構設計

2.1 整體結構

該款智能防雨晾衣架整體結構如圖1所示，主要包括U形滑軌晾衣架和伸縮式防雨篷。其中U形滑軌晾衣架主要起收放和晾曬衣服的作用，伸縮防雨篷主要起防雨防淋濕的作用。當晾曬衣物時，防雨篷為收縮閉合初始狀態，通過遙控使掛鉤依次回縮在滑軌兩端，用戶可便捷地將衣物依次掛在位于U型架兩端的晾衣掛鉤上，避免使用撐衣桿，也無需大半個身體探出陽臺外晾衣。再通過遙控或手機APP一鍵觸發電機反轉，通過掛鉤滑塊運動實現衣物均勻分布在晾衣架上。收取衣物時，通過遙控或手機APP一鍵觸發電機正轉便可讓晾曬好的衣物依次回到U型架兩端起始位，從而很便捷地取下衣物即可。在衣物晾曬的過程中，如果遇到下雨而來不及收取衣物時，通過雨滴傳感器可以自動實現卷布軸電機轉動，打開防雨布，防止衣物被淋濕。

2.2 U形滑軌晾衣結構

U形滑軌晾衣架結構如圖2所示，主要包括U形滑軌、晾衣掛鉤、帶輪傳動箱、直流電機。U形滑軌上均布10個晾衣掛鉤，U形滑軌晾衣架左右兩端分別安裝有帶輪傳動箱，帶輪傳動箱下方安裝有直流電機。當晾曬衣物時，晾衣掛鉤初始狀態依次按等間距回縮在滑軌兩端，將衣物衣架掛在晾衣掛鉤上，啟動直流電機工作，電機驅動傳動箱帶輪旋轉，驅動皮帶往復運動，晾衣掛鉤在皮帶作用下也做往復運動。

圖1 智能防雨晾衣架整體結構圖

圖2 U形滑軌晾衣架

2.3 防雨篷結構

防雨篷整體結構如圖3所示，主要由支架、大臂、卷布軸、小臂、前臂、曲臂連接頭、曲臂支座、電機組成。卷布軸通過軸承安裝在左、右支架上，曲臂支座通過螺栓緊固在支架上，大臂鉸結到曲臂支座上，大臂與小臂通過連接頭鉸接在一起，小臂與前臂鉸接在一起。當下雨時，電機會驅動卷布軸轉動釋放防雨布，大臂、小臂在彈簧的作用下使前臂往前伸，使防雨布呈釋放張緊狀態。當不下雨時，電機會驅動卷布軸卷起防雨布，進而使前臂往后縮。防雨篷伸縮行程如圖4所示，行程值為0～1 000mm，實際工作有效行程可取650mm。

圖3 伸縮式防雨篷

圖4 伸縮行程

3 電氣設計

3.1 系統組成

智能晾衣架系統主要由遠程通信、環境感知，控制系統、機械控制四部分組成[7-8]，系統框圖如圖5所示。

1）控制系統主要包括單片機和物聯網開關，主控芯片采用 STC89C52RC 單片機，對接收到的傳感器信號進行判斷比較，從而控制物聯網開關的閉合。

2）機械控制部分主要由U形滑軌電機和防雨篷電機組成，U形滑軌電機的正反轉可以實現滑軌上晾衣掛鉤的縮回和展開，防雨篷電機的正反轉可以實現防雨篷的打開和關閉。

3）環境感知系統由雨量傳感器實現，可讀取外界雨量大小，然后將模擬信號發送給單片機，通過數據分析比較，進而實現防雨篷的自動打開和閉合。

4）遠程通信主要由WiFi通信、手機APP、按鍵控制組成，利用手機對ESP8266模塊進行網絡配置，進而可以通過手機遠程控制或按鍵遙控控制晾衣架。

圖5 系統框圖

3.2 電路硬件

晾衣架控制系統電路硬件模塊連接如圖6所示，主要由八路繼電器、M4物聯網模塊、單片機、電源線、雨量傳感器等硬件組成。系統工作時，雨量傳感器實時采集雨量數據，采集到的模擬信號將傳送給單片機，單片機對采集到的信號數據與標定值進行比較，根據判斷邏輯控制對應繼電器的開閉，進而控制防雨篷電機和滑軌電機的正反轉。

圖6 硬件電路

4 樣機制作

智能防雨晾衣架實物樣機如圖7所示。U形晾衣架整體采用皮帶傳動，噪音低，傳動平穩，方便曬、取。使用者只需將衣物掛上去，按鍵、語音、拉動便可實現晾衣和收衣功能。防雨篷采用卷布軸電機驅動，通過釋放和收卷防雨布，同時在曲臂彈簧作用下，完成防雨篷的打開和關閉，并在雨量傳感器實時監測下實現自動防雨功能。該裝置結構緊湊，可獨立安裝在低層住宅窗外，或整體立于露天陽臺。

圖7 防雨晾衣架實物樣機

5 結束語

伸縮式智能防雨晾衣架基于物聯網技術，自動控制晾衣架防雨篷伸縮，實現晾衣架智能化，防止室外晾曬下雨淋濕等問題，該裝置采用模塊化設計，結構簡單、拉動啟動、遇阻即停、運行平穩、安全可靠、性能穩定、智能防雨、空間利用率高、曬取方便，適合低層住宅用戶使用，效果明顯，應用價值高。