STM32智能化技術下晾曬棚的設計與開發

車文龍，吳夏芝

（蚌埠學院理學院光電實驗中心，安徽蚌埠，233030）

0 引言

目前我國關于環境因素自調節技術與控制系統的研究相對缺乏，阻礙了智能化工業晾曬棚的設計與研發，進而使相關領域的發展受到制約。因此，為了全力推進我整體工業技術水平，結合STM32智能化技術對晾曬棚進行更加完善的設計與開發，通過對環境變化的監控來維持良好的棚內條件，實現晾曬棚的現代化建設。

1 晾曬棚應用概述

晾曬棚中的曲臂裝置與機械裝置在受到彈簧作用力的影響下，產生伸縮張力，使晾曬棚的棚面進行收縮運動，曲臂裝置能夠完成8°-70°的角度調整，利用手動曲柄與遙控操縱進行系統控制。晾曬棚的制備材料有鋁合金、鋅合金、鋼板、聚丙烯PP以及ABS樹脂，其中螺螄與螺栓是通過鋼材料制備而成，最長能夠延伸出4米。考慮到晾曬棚的曲臂自重較大，需要將其設置在較為牢固的墻體上，且能夠得到實際使用的范圍是由局限性的。現有的晾曬棚所具備的功能較為單一，在復雜天氣情況下不具備智能使用條件。基于此，再以STM32為核心的基礎上，設計并開發出智能程度高的晾曬棚具有現實意義[1]。

2 晾曬棚構建元素的確定

2.1 STM32智能化技術下晾曬棚基礎支撐結構

智能化晾曬棚是通過X型剪式伸縮機構進行組建的，其通國三個型剪式伸縮機構相互連接，共同組成一套獨臂，棚面就是通過左、右兩套獨臂撐起來的。雙臂與墻垂直，與墻近一側的型剪式伸縮機構進行固定，同時保證另一端能夠完成移動動作，完成晾曬棚的打開與閉合。同時，通過使另一段進行位移運動，來改變晾曬棚向外衍生的長度。與曲臂結構相比，X型剪式機構的質量更輕，對墻體的依靠性沒有那么強，且日常維護較為便捷，可靠性更強，能夠應用在兩層以上的建筑中。曲臂結構下的晾曬棚，由于結構組成較為復雜，所以無論是電控還是人工，操作與維護都較為困難，且對二層以上建筑物的適應度較低。因此，在對晾曬棚進行設計時，重點研究了支撐結構的伸縮性能，減少對外部環境的依賴與影響。

2.2 動力設備

晾曬棚利用減速電機獲取動力支撐，在晾曬棚的兩側配置之久減速電機，將靠近墻的X型剪式機構可移動的一端與齒條相互連接，在直流減速電機中安裝齒輪，之后將其嵌入齒條，以此利用對減速電機旋轉動作的控制來調節晾曬棚的打開與閉合。通過外部溫濕度監測控制處理器判斷外部環境，當濕度達到控制數值，減速電機正轉，低于規定數值后，減速電機反轉。同時，在齒條的兩側設置相應的相位開關，規避減速電機過渡旋轉的現象。直流減速電機具有較強的力矩，能夠完整帶動晾曬棚的開合動作。直流減速機的可靠性更好，在傳動簡單的基礎上，還具備力矩大、振幅小、能耗低的優勢[2]。

2.3 電源的選擇

關于晾曬棚的供電方式，選取的是市面上應用較為廣泛且應用技術較為成熟的鋰電池。選擇鋰電池的原有有以下幾點。首先，鋰電池單位密度所儲存能量比其他電池種類更高即相同質量的電池，鋰電池可以提供更多的能量；其次，鋰電池電壓平臺較高。任何電池類型在充、放電的過程中都會出現一定程度的電壓波動，從而導致硬件的非正常損耗。但是，鋰電池所產生的波動相對較小、較穩定，實際應用效能由于其他種類的電池；再次，鋰電池的自放電率較低。在制備電池材料中，會存在一定的雜質，電池材料中的雜質會降低電池的放電負荷，造成過多能量的流失。鋰電池則具備較長的保質期；最后，鋰電池不具備記憶效應。經過長時間使用，電池內部會出現結晶物質，造成此物質的出現是由于放電不完全，進而使電池容量出現暫時性的減少，但是由于鋰電池不具備記憶效應，所以鋰電池的使用壽命長于其他種類的電池。

3 晾曬棚系統的規劃與檢驗

3.1 硬件控制系統的設計

智能化晾曬機的控制系統以STM32為核心，建立在ARM核的32位微控制器的基礎上。STM32單片機具備更強的輸出能力與擴展能力，同時運轉速率快、芯片保護性能強，有效減輕了晾曬棚系統中軟、硬件的負載。

為實現晾曬棚的智能化開合，設計引入濕敏傳感器，利用對外界濕度的變化監測，調節控制電機的轉向，如果外部正處于下雨環境，則濕度相對較大，設計程序中規定濕度超出標準數值則控制電機進行正轉活動，打開晾曬棚，保證棚內的干燥程度；當監測出外部濕度相對較低，則將晾曬棚收回。利用限位開關來控制電機的正反轉，電機中齒條轉至規定位置將會觸碰到限位開關，通過限位開關將電機進行關閉，等候外部環境的再次變化。

3.2 軟件控制系統的設計

智能化晾曬棚軟件控制系統屬于物聯網技術范疇，所以本系統框架是建立在物聯網三層結構的基礎上，系統機構共分成3部分，分別是感知層、網絡層以及應用層，軟件系統控制架構如圖1所示。

圖1 晾曬棚軟件系統控制架構

智能化晾曬棚的控制系統中的最低層是感知層，通過在棚內設置傳感器與攝像頭，并為設備傳輸回的數據信息建立收集數據信息與實施畫面檢測的功能模塊。其中傳感器包括溫/濕度傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器等一系列環境監測傳感器，并將相關數據信息傳輸至云服務器中。控制繼電器還包括控制棚內電氣設備的相關部件，例如加熱器、電磁閥、電機等，當系統監測判斷出數據存在異常情況，則通過網絡層傳達相應的控制指令，利用指令來控制電機的啟動。

網絡層在晾曬棚軟件控制系統中處于中間位置，將Modbus現場總線通信技術于WiFi網絡技術進行有機融合，形成混合網絡，其中的關鍵性設備時通信模塊與數據網關。網絡層的任務是將感知層收集到的外部環境數據信息傳達至應用層，并把應用層才發的指令傳達給感知層里的控制器，在整體系統中起著上傳下達的連接作用[3]。

晾曬棚軟件控制系統中的最高層是應用層，應用層能夠完成系統功能與環境數據的可視化，提供給用戶相應的功能服務。應用層通過Web服務器、MySQL數據庫以及第三方接入云平臺共同搭建而成，能夠實現對信息的發布傳達與數據的分析管理。其中，Web服務器是建立在thinkPHP5.0開發框架的基礎上，控制管理人員能夠直接利用網頁進行遠程數據監測，實時查看棚內數據的變化，并結合實際情況展開設備調節。

4 結語

基于STM32智能化技術對晾曬棚進行科學有效的系統設計與設備開發，提升了晾曬棚對內、外部環境的實時監測，在解決傳統晾曬棚應用單一、復雜、造價高等問題的基礎上，結合傳感器、直流減速電機、鋰電池等元件的支撐，設計并開發出先進性的智能晾曬棚。通過智能晾曬棚的有效調節，為內部空間創造出更加優質的環境與條件。