智能晾衣架的設計與實現

遵義師范學院物理與電子科學學院 陳 鵬 李陽軍

伴隨智能家居的快速發展，設計了一款智能晾衣架。本設計采用STC86C52RC單片機作為主控核心，利用推桿電機伸縮性質，實現晾衣架的伸出與收回，系統主要組成：光敏傳感器、雨滴檢測模塊、DHT11溫濕度采集模塊、紅外模塊、直流電機及紫外燈等，光敏傳感器主要利用光敏電阻來檢測光照強度，無線遙控接采用MYS-1818紅外收端，在經過放大電路傳送給單片機，DHT11溫濕度模塊檢測環境溫濕度變化，同時采用雨滴傳感器和光敏傳感器檢測外部環境，超過上限值時推桿電機做出相應動作，系統處于手動模式下，可開啟紫外燈進行殺菌處理及開啟直流電機風干處理，該裝置可通過按鍵操作及紅外遙控操控，功能豐富，適用范圍廣。

隨著社會的快速發展，智能家居市場迎來了繁榮發展，同時智能家居在我國市場占比較大，現在隨處可見，該設計是為了解決原始操作的晾衣架。本新型晾衣架的功能在于可以伸出室外晾曬，對衣服進行烘干以及紫外線殺菌，操作方便。目前同類產品大部分位于室內晾曬并且操作比較麻煩，而本晾衣架可通過按鍵或紅外遙控操作，可實現晾衣架自動伸展開來，操作便捷。在晾衣架工作狀態處于智能模式下，當前溫濕度若大于設定值、雨滴傳感器判斷有雨、光敏傳感器檢測光照強度、若其中一項大于設定值則會啟動收回裝置，其次可以啟動手動開啟紫外線、殺菌裝置、烘干裝置，對衣物進行烘干與殺菌處理。通過單片機采集數據判斷陰雨天氣，天若氣灰暗，完成自動收衣的目的。晴天和雨天智能晾衣，高效的避免在陰雨時無人收衣的煩惱，衣架智能收回，避免將衣物處于室外。

1 系統總體設計

系統主要組成：STC89C52RC單片機、光敏傳感器、按鍵模塊、雨滴檢測模塊、DHT11溫濕度采集模塊、紅外接收模塊、伸縮電機、步進電機、LCD1602、紫外燈、直流電機。以單片機為控制核心和數據處理中心，溫濕度傳感器及光敏傳感器、雨滴傳感器采集外部環境數據，單片機控制LCD1602顯示當前系統狀態、溫濕度狀態等。通過單片機進行數據處理，判斷環境狀態、是否符合晾曬環境，若當前環境符合晾曬狀態，單片機控制電機將衣物伸出晾曬，若不符合則收回衣物。也可手動控制晾衣架打開與關閉，開啟紫外線殺菌和烘干風扇，進行衣物烘干及殺菌處理。

本設計系統原理框圖如圖1所示。

圖1 設計系統原理框圖

2 系統硬件設計

2.1 STC86C52RC單片機

采用STC89C52RC單片機作為核心主控芯片，STC89C52RC擁有通用I/O口32個，片上集成512字節RAM，是一種帶8K字節閃爍可編程可檫除只讀存儲器的低電壓，高性能COMOS8的微處理器，該芯片功能強，應用廣泛。單片機總控制電路如圖2所示。

圖2 單片機總控制電路圖

2.2 紅外遙控模塊

紅外遙控系統采用發射和接收兩個部分。紅外遙控的發射電路是采用紅外發光二極管，紅外光經過調制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發射器發射的紅外光轉換為相應的電信號，再送后置放大器，以供后續電路進行解碼等操作。

紅外遙控發射芯片采用PPM編碼方式，當發射器按鍵按下后，將發射一組108ms的編碼脈沖。遙控編碼脈沖由前導碼8位用戶碼、8位用戶碼的反碼、8位操作碼以及8位操作碼的反碼組成。通過對用戶碼的檢驗，每個遙控器只能控制一個設備動作，這樣可以有效地防止多個設備之間的干擾。

2.3 顯示模塊

人機交互主要是鍵盤處理和LCD1602液晶顯示2個兩部分。人機交互設計理念是人性化、便捷操作的必要操作，除了硬件上的設計基礎，還需要對軟件的靈活控制，因為顯示時序均以時序建模的方式實現了控制驅動，大大簡化了軟件設計，軟件只需要根據要求體現出擬顯示的圖像和位置。

初始化命令如下及流程圖如圖3所示。

圖3 液晶流程圖

顯示內容為uchar code Init1[]=” mode “;

lcd延遲void LCDdelay(uint z)；

寫入命令void write_com(uchar com)；

寫數據void write_data(uchar date)；

初始化void Init1602()

2.4 推桿電機模塊

推桿電機是一種新型的電動執行機構，主要由電機、推桿和控制裝置等機構組成的一種新型直線執行機構，可以實現遠距離控制、集中控制。伸縮電機在一定范圍行程內作往返運動，可實現晾衣架的伸出與收回來對衣物進行晾曬，伸縮電機以12V直流永磁電機為動力源，把電機的旋轉運動轉化為直線往復運動。實物如圖4所示。

圖4 實物圖

3 系統實現及測試

裝置及各個模塊已焊接完成，將程序導入裝置并且調試完成。系統實物如圖5所示。

圖5 系統實物圖

為保證系統正常運行，單片機通電后進行初始化及紅外、雨滴、電機進行初始化操作，LCD1602顯示當前狀態信息，控制程序判斷當前系統狀態，控制主程序讀取雨滴、溫濕度、光照檢測的數據并在LCD1602上顯示，檢測當前工作模式，通過紅外接收遙控數據，若接收到紅外數據為模式切換，則單片機進行工作模式的轉換，若系統當前處于自動模式下，單片機采集溫濕度、雨滴檢測、光照強度檢測、若當前有雨或者光線較暗、適度過高時回收回晾衣架，否則打開晾衣架，進行衣物晾曬，處于手動模式下，可通過紅外遙控或者按鍵模塊啟動晾衣架的開啟晾曬與衣物的收回，收回屋內，若衣物處于為晾干的話，可以手動打開紫外線殺菌和烘干裝置來對衣物進行烘干操作。

此款晾衣架裝置可根據當前環境濕度變化，天氣狀況變化而自動收回衣物及自動晾曬，可對衣物進行殺菌及烘干處理，其結構簡單，操作方便，在使用過程中穩定好，能完成日常生活中晾衣所需，通過單片機與各類傳感器的工作，能自動完成晾衣及收衣動作，人們在日常生活中使用簡單，高效，方便。參考文獻