一款智能分類回收晾衣架設計研究

吳林平，葉旭東，詹兆梁

（莆田學院新工科產業學院，福建 莆田 351100）

0 引 言

本作品是基于HT32F52352單片機實現的一個智能晾衣架，智能晾衣架的功能主要是幫助人們晾曬衣服，它能夠實現區分干濕衣物，并且可以在下雨天自動收回，為人們生活減少很多的煩惱。“智能晾衣架”可以實現上下伸縮和前后導軌單獨控制衣服移動，上下伸縮由按鍵、紅外遙控以及云端控制，可以調節到合適的高度以便我們收掛衣物。前后導軌控制衣服移動可以實現將干濕衣物自動分離以及在雨天將衣服自動收回。當我們掛上衣物晾曬后，會有重力感應器記錄其重量，當重量穩定一段時間后將其單獨區分向后移動，下雨天會有雨水傳感器感應，由導軌將所有衣物向后移動，以免打濕，同時可由太陽能提供一部分電能，達到節能的目的。因此，該智能分類回收晾衣系統的主要功能和作用是可以根據天氣、環境狀況和衣服干濕程度進行自動回收，提高衣服的晾曬速度，減少人們判斷衣服干濕的時間和被雨水淋濕的煩惱。

1 研究內容

1.1 智能分類回收晾衣架的硬件設計

為實現上述介紹的功能，下面是我們產品主要實現功能的硬件。

設計方案與原理：

HT32F52352單片機主控：

智能晾衣架的設計是基于HT32F52352芯片作為CPU，使用串口實現周圍環境信息分析，利用重力感應器區分是由有干濕衣物混合，利用雨天智能傳感系統判斷是否下雨，利用串口驅動紅外模塊實現本地與紅外遙控互聯。本系統結合以上模塊實現晴天自動晾曬雨天自動收回、重力感應回收、紅外遙控調節上下，前后伸縮等功能。這些功能的實現保證了整個晾衣架系統對信息的采集、分析；對控制指令的下達、狀態的反饋，從而實現對衣服的智能晾曬或干濕分離。

1.1.1 單片機主控

智能分類回收晾衣架以單片機作為控制芯片，實現智能分類回收晾衣架的自動控制。當天氣突變，智能分類回收晾衣架雨感傳感器讀取到雨量大于預設值時，單片機接收到收衣的信號，同時發出指令控制電機反轉和道岔位置，帶動智能分類回收晾衣架收回，實現在復雜天氣下保護衣物的目的。考慮到南方常見的潮濕天氣或者冬天情況，我們團隊根據當地天氣環境進行定制，系統加入自動烘干裝置，在必要的時候可以利用其進行烘干，當智能分類回收晾衣架接收控制器感應到無線遙控發出的信號，單片機也會接收到收衣信號，控制智能分類回收晾衣架收回，開啟智能分類回收晾衣架烘干機。此外，由于室外天氣環境復雜，智能分類回收晾衣架有時無法做出最合適的反應，用戶可通過手機APP、無線遙控和語音系統進行人工控制智能分類回收晾衣架整個系統。按鍵對應自動控制、手動控制，語音對應自動控制，智能分類回收晾衣架上下伸縮、衣服收回、烘干機開啟、烘干機關閉和干濕衣物分離等功能，當用戶按下相應的按鍵，可以直接控制智能分類回收晾衣架的運行狀態。同時智能分類回收晾衣架的手機APP會對當前系統進程進行實時顯示，方便用戶在使用過程中清楚地了解到智能分類回收晾衣架當前的運行狀態。但是在停電的情況下，本產品只能實現普通智能分類回收晾衣架各項功能，無法進行智能控制，只能進行手動操作。如圖1所示。

圖1 晾衣架模型圖

1.1.2 天氣信息采集

Water Sensor是一個利用濕度方式檢測有沒有水分的傳感器，可用于天氣狀況的監測，可以檢測有沒有下雨。將傳感器放置在室外，當有雨水滴到檢測面上時，濕度將增大，隨之電壓升高，并轉成數字信號DO和模擬信號AO輸出。除了檢測雨水外，霧水和水蒸氣也都能檢測。

1.1.3 電機控制

利用控制繼電器組成的電機驅動模塊，通過4個繼電器形成電機的正反轉，并通過觸點動作速度實現電機速調。其中步進電機將達到智能分類回收晾衣架的上下伸縮和導軌循環功能的功能。直流電機將控制道岔模塊，道岔由轉轍器、連接部分和轍叉，其靈感來源于火車的變軌運動，其控制了衣物的干濕分離，從而實現了衣架的核心功能。

1.1.4 重量感應

重量感應器在衣物掛上后會記錄其重量，由智能傳感系統判斷是否干濕，衣物在晾曬過程中會不斷地減少重量，達到一定程度之后將會不變。重力傳感器對其判斷是否重量維持一段時間不發生改變，若是，則對其單獨進行回收至后去。我們使用HX711小體積稱重傳感器，其采用的HX77是24位高精度的A/D的轉換器芯片。

1.1.5 烘干器

該模塊采用PTC暖風機它利用風機鼓動空氣流經PTC電熱元件強迫對流，以此為主要熱交換方式，此高效優異的烘干效果，升溫快而且耗電小，具有自動恒溫功能，出現故障時可自動斷電，安全性很高，且PTC元件一般具有防水功能。

1.1.6 控制器

控制器是晾衣竿的中央控制設備與中央處理器相結合，用于接收其他裝置和傳感器的檢查結果，并反饋于中央處理器，并根據反饋的結果控制智能分類回收晾衣架的各個部件。

1.1.7 軌道系統

軌道系統是這個產品的核心系統，其主要采用電動絲桿導軌，電動機經齒輪減速后，帶動一對絲桿螺母。把電機的旋轉運動變成直線運動，利用電動機正反轉完成推桿動作。如通過各種杠桿、搖桿或連桿等機構可完成轉動、搖動等復雜動作。通過改變杠桿力臂長度，可以增大或加大行程。其主要工作原理是，當重量傳感器判斷出衣服重量長時間沒有發生變換，將判斷為衣服已經干了，同時把信息傳送到控制器，控制器開始控制電機運動，當運動到道岔部分，道岔會自動變軌，將干衣服往回收區導軌后，再次變軌將其他衣物循環回到晾曬區，過程快速又簡潔。如圖2所示。

圖2 單片機功能圖

1.2 智能分類回收晾衣架軟件設計

智能曬衣架系統軟件要滿足智能分類回收晾衣架運行的要求。系統程序主要由主程序和多個子程序組成，每個子程序擔當一定的功能。

系統的三個模式：

（1）智能晾曬模式：雨水感應器檢測室外天氣是否下雨判斷是否下雨的依據可以根據濕度，溫度傳感器采集的信息進行判斷，若天氣沒有下雨，即濕度低于某一值時，導軌將衣物自動移至前區達到晾曬的目的，當天氣處于下雨狀態，自動收縮將衣服收回。

（2）重量感應模式：通過重量感應器，衣物掛上時自動記錄衣物重量，當重量穩定一段時間后將其單獨區分向后移動至待收區，避免手感判別有誤，便于用戶收取衣服。

（3）云端智控模式：用戶可使用手機云端進行控制，實時得知衣服的干濕情況，智能分類回收晾衣架APP，使用了藍牙5.0通信的方式，實現了手機與嵌入式芯片的交互。用戶可以直觀的在APP中看到當前智能分類回收晾衣架伸縮、循環狀態、室外天氣情況、衣服回收情況以及智能分類回收晾衣架是否正在進行滅菌或烘干，并且用戶可在手機APP客戶端對智能分類回收晾衣架狀態進行更改。

系統軟件構圖如圖3所示。

圖3 系統軟件構圖

技術路線如圖4所示。

圖4 技術路線

2 系統實現的功能

系統主要可以實現以下功能：

（1）衣物干濕自動識別功能。將衣物掛上衣架，重力傳感器自動記錄重量，將不同時段的重量數據記錄對比；通過前后比較判斷衣物是否晾干，質量小于最初重量，且重量不再變化，判斷衣物已晾干。

（2）干濕衣物自動分類。通過衣物干濕自動識別，將晾干的衣物通過電機和導軌送到待收區，未晾干的衣物則會留在原地，繼續等待晾干。

（3）下雨自動收起衣架。通過雨水傳感器對周圍環境信息的采集和處理，判斷天氣情況；遇到下雨天，及時驅動電機將衣架整體收回。

（4）與云端APP交互。利用收發裝置實現與云端APP的交互，實時得知衣服的干濕情況，同時APP可以手動控制衣物的晾曬時間，如圖5所示。

圖5 APP系統頁面

3 核心技術

使用小型嵌入式控制芯片作為衣架設備的中央控制器，結合軌道機構、晾衣桿、控制系統、控制器、重量傳感器、雨感傳感器、電機、語言系統智能和無線遙控系統、燈光、光敏電阻和烘干裝置，將傳感器采集到的信息輸入嵌入式控制芯片后進行分析，并驅動電機實現自動化晾曬。可伸縮的智能分類回收晾衣架以及特殊導軌，通過設計的控制結構，使得智能分類回收晾衣架達到隨環境的變化而自動控制功能：

（1）能根據天氣進行自動控制衣架晾曬和收回。

（2）基于莆田市等廣大南方地區出現的長期陰雨潮濕天氣特別定制的烘干功能，自動收回衣物，保護衣物干爽整潔。

（3）雨滴傳感器多點布置，提高傳感器的靈敏度，確保智能分類回收晾衣架收集的數據穩定可靠。

（4）智能分類回收晾衣架的自動分離晾衣功能和烘干機的烘干衣物功能組合起來，實現衣服雙重確認。

（5）APP、語音和無線遙控的控制功能，使衣架用起來方便又簡單。

目前，市場上的智能分類回收晾衣架都是以伸縮和烘干為主，這種方法簡單又單一，無法滿足因天氣變化無常，尤其在多雨地區，如果無人在家，室外晾衣服可能被淋濕，甚至因為長時間不收而造成對衣物的損壞。另一方面，現有的技術中提供了可以烘干衣物的烘干機，但是在中國，人們更加習慣利用陽光進行晾曬，所以人們跟傾向于晾衣桿。因此，本產品是基于人們的生活習慣和現有的技術上進行改造，具有重大的應用價值。

與目前市面上的智能分類回收晾衣架相比，所設計的衣架優勢有：

（1）智能化程度的提升，功能增加又實用。

（2）特殊電動絲桿，可快速回收和分類干濕衣物。

（3）模塊化設計，結構簡易、遇阻即停、運行平穩、安全可靠、性能穩定、空間利用率高、曬取方便，效果明顯，應用價值高。

4 結 論

通過使用小型嵌入式控制芯片作為衣架設備的中央控制器，結合軌道機構、晾衣桿、控制器、重量傳感器、雨水感傳感器、電機、語言系統智能和無線遙控系統、燈光、光敏電阻和烘干裝置，嵌入式控制芯片將傳感器采集到的信息進行分析，繼而驅動電機實現自動化晾曬。可伸縮的智能分類回收晾衣系統以及特殊導軌，通控制結構使得智能分類回收晾衣系統達到隨環境的變化而自動控制功能。