一種新型智能晾衣裝置的設計與實現

摘要：針對天黑或突發(fā)下雨時能夠自動收回衣服設計了一款智能晾衣裝置。該裝置以STC89C52RC單片機作為系統(tǒng)的控制核心，以溫度傳感電路、濕度傳感器、光敏傳感器、風速傳感器和重力傳感器作為系統(tǒng)的檢測模塊，輔以藍牙模塊，通過對環(huán)境光信號及濕度信號的檢測和判斷，控制電機進行縮回和升降功能，實現對晾衣裝置的智能控制。該裝置具有低成本、可裝配性較好、操作簡單等優(yōu)點，具有較好的市場前景。

關鍵詞：晾衣裝置STC89C52RC單片機智能家居傳感器

中圖分類號：TS959.9；TB472文獻標識碼：A

DesignandImplementationofaNewIntelligentClothesDryingDevice

YAOJiaWANGYouyouWUAihua

ElectronicandInformationEngineeringDepartmentofChangshaSocialWorkCollege，

Changsha，Hu’nanProvince，410004China

Abstract：Anintelligentclothesdryingdeviceisdesignedtoautomaticallyretractclotheswhenitgetsdarkorsuddenlyrains.ThedeviceusesSTC89C52RCone-chipcomputerasthecontrolcoreofthesystem，temperaturesensingcircuit，humiditysensor，lightsensor，windspeedsensor，gravitysensorasthedetectionmoduleofthesystem，supplementedbyBluetoothmodule.Throughthedetectionandjudgmentofambientlightsignalandhumiditysignal，themotoriscontrolledtoretractandlift，achievingtheintelligentcontroloftheclothesdryingdevice.Thedevicehastheadvantagesoflowcost，goodassembly，andsimpleoperation，andhasagoodmarketprospect.

KeyWords：Clothesdryingdevice;STC89C52RCone-chipcomputer;Smarthome;Sensor

南方的天氣變化無常，經常出現萬里晴空后一會又陰雨遍布的情況，大風、雨水、霧氣等不確定因素對衣物晾曬的影響較大。大多數人是在前一天晚上或當天早上進行衣物晾曬，上班后面對天氣變化只能束手無策，給衣服晾曬帶來極大的不便，影響了人們生活的品質。目前，人們生活中所采用的晾衣裝置多為固定晾衣桿或手動機械式升降晾衣桿，隨著經濟和科技水平的不斷發(fā)展，人們對美好生活提出了更高的要求，智能家居也愈發(fā)被人們所重視。隨著智能家居的快速發(fā)展，晾衣架向著自動化方向發(fā)展，越來越多的電動晾衣架應運而生[1]。綜合現有市場上的電動晾衣架，大多數為室內電動升降晾衣架，采用遙控器控制，不能伸出室外進行衣物晾曬，且自動控制的程度較低，缺少多變天氣情況下及時從窗外收回的控制方式。設計一種能夠針對外界環(huán)境變化控制回收的晾衣裝置，以最大可能地減少天氣變化對衣物晾曬的影響，可有效提升人們的家居生活品質。

1智能晾衣架整體方案設計

晾衣架多采用四連桿機構和絲桿裝置來實現伸縮和升降功能，此類結構較為輕巧，安裝方便，具有節(jié)省空間和可靠性高的特點[2]。智能晾衣裝置的常用控制方案一般有兩種：方案一，在裝置上安裝濕度檢測模塊，通過對環(huán)境中的濕度變化判斷是否進行回收，但系統(tǒng)不能很好地判斷是否進入夜晚，回收衣服不夠及時；方案二，在裝置上安裝光敏電路，當外界光線變弱時，系統(tǒng)回收晾曬的衣物，此設計可以及時地在夜晚回收衣服，但是對于突發(fā)的雨況不能進行判斷：兩種方案都存在著部分的缺陷[3]。本設計在此基礎上，結合溫度檢測模塊、風速傳感器、重力傳感器及可操作性及經濟性原則來完成對晾衣裝置的收回控制。

本裝置以STC89C52RC單片機為控制核心，配合溫度傳感器、濕度傳感器、光敏傳感器、風速傳感器不重力傳感器進行檢測，通過藍牙模塊來完成對電機運動的控制[4-5]。智能晾衣裝置能夠根據外界環(huán)境因素的變化來控制電機進行收回，例如：當檢測到外界環(huán)境的日照強度或溫度和濕度低于某一定值時，控制電機進行收回；當檢測干燥參數超過預值時，控制電機進行收回；當外界溫度濕度和光照均不低于設置定值時，保持正常晾曬，在保證晾曬質量的條件下，實現最優(yōu)的晾曬時長。

2智能晾衣裝置機械結構設計

智能晾衣裝置的機械結構如圖1所示，由晾衣桿、升降電機、連接機架、折疊架、連接固定板等零件組成。兩邊為構造相同的升降機構，安裝在窗戶兩側，由電機帶動實現室內升降；伸縮裝置安裝在升降機構之間，通過電機帶動晾衣桿伸出和縮回窗外。具體結構如圖1所示。

2.1升降機構

升降機構由連桿機架和連桿固定板組成。連桿機架上設計3個通孔，連接固定板中間設計了絲桿螺母，一端與電機相連，另外一端穿過連桿機架；連桿機架與連桿固定板通過兩個光軸連接，電機帶動絲桿動作，從而帶動固定板沿兩光軸上下移動。晾衣桿通過直線道軌與兩個升降電機連接，電機與對應光敏限位和機械限位連接，實現到達預定位置停止，從而實現控制升降功能。如圖2所示。

2.2伸縮機構

伸縮機構如圖3所示。伸縮結構固定于直線導軌側面，伸縮機構與2個伸縮電機連接，伸縮機構由上、下交叉折疊架構成；折疊架上的第一個連桿與伸縮滑塊連接，使伸縮滑塊移動時帶動折疊架伸出和縮回。伸縮電機與對應光敏限位和機械限位連接，到達預定位置停止，實現控制伸縮功能；伸縮機構前端裝有晾衣桿，下面裝有固定卡扣。

3智能晾衣架控制系統(tǒng)設計

3.1控制系統(tǒng)設計

本裝置的控制核心采用擴展型單片機STC89C52RC，高速、低功耗且具有較強的抗干擾性，可以滿足本系統(tǒng)的需要[6-7]。整個智能晾衣架的控制部分大致分為以下模塊：光敏傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、電機驅動模塊、最小系統(tǒng)模塊、藍牙轉串口模塊、按鈕模塊、升降和伸縮限位模塊電路及照明燈控制模塊。

系統(tǒng)檢測部分由環(huán)境檢測傳感器、重力傳感器等組成。晾衣架兩端設置重力傳感器，窗戶外設置溫度傳感器、濕度傳感器和風速傳感器；控制面板集成電機線路和各傳感器電路，連接至STC89C52RC單片機；單片機采用無線“藍牙”技術連接手機端，通過提前預定好的藍牙面板，實現手機端遠程控制升降。當衣服收回時，系統(tǒng)可控制紫外線燈進行殺菌處理。

無線控制是為了能夠實現智能家居的遠程遙控，使本裝置可以在遙控狀態(tài)下完成一些工作。在本裝置中，采用HC-05藍牙模塊，并將其設置為從機模式；用安卓端APP連接系統(tǒng)上的藍牙模塊，通過發(fā)送藍牙信號來控制晾衣架升降和伸縮電機的運動。

中控處理器作為控制中心，聯(lián)絡著其他各個模塊，各個模塊的數據均返回中控系統(tǒng)中進行處理分析，再做出相應的控制動作，其中，光敏和雨滴傳感器模塊作為檢查單元，電機驅動模塊和照明燈控制模塊作為執(zhí)行單元。綜合上述內容，系統(tǒng)總控制設計框圖如圖4所示。

3.2晾衣架控制模式

智能晾衣架用遙控器和手機APP藍牙進行控制，操作面板安裝在墻面合適位置，按鈕盒上設置有停止按鈕、升降按鈕、伸縮按鈕、LED紫外線燈按鈕等。

3.2.1遙控器手動控制

為了避免家里小孩誤按晾衣架的遙控器導致設備出現故障，所以，手動模式只在手機APP藍牙界面才可以控制。手動模式下，可以按鍵操作實現上升、下降、伸出和縮回并在任意位置停止，實現夜間照明燈控制，屏蔽光線傳感器（關閉天黑收衣）和打開光線傳感器（打開天黑收衣），自動上升并曬出（自動按鈕），縮回下降按鈕。

3.2.2遙控器自動控制

操作面板上的按鈕默認為手動模式，當用戶按下曬出按鈕時，晾衣架會上升，并且會根據傳感器檢測當前的天氣，根據天氣控制晾衣架是否曬出。（1）晴天：晾衣架將衣物全部曬出；（2）雨天：晾衣架不會將衣物曬出；（3）刮風：晾衣架不會將衣物曬出；（4）天黑：晾衣架將衣物收回（該光線傳感器可以在手機App藍牙界面關閉）。當按下收回按鈕，晾衣架會將衣物收回，并且將衣物下降至合適高度以方便用戶取掛。

3.2.3藍牙控制

藍牙控制端包含停止按鍵、開燈按鍵、關燈按鍵、手動上升按鍵、手動伸出按鍵、手動收回按鍵、關閉天黑收衣按鍵、打開天黑收衣按鍵和上升并智能模式按鍵。在智能模式下，此晾衣架裝置在雨天和黑夜條件下會自動縮回。在晾好衣服后，可以按下升伸按鈕，晾衣架裝置就可以自動上升和伸出；在想收衣服時，按下縮降按鈕，晾衣架裝置便自動縮回和下降；按下停止開關，可在任意狀態(tài)下停止晾衣架裝置的運行。在回收衣服后，可以使用LED紫外線燈進行殺菌。在光線昏暗的條件下，可使用LED紫外線燈用于照明。在使用藍牙端手機控制時，可切換智能模式，也可屏蔽或開啟黑夜收回模式。晾衣架在此藍牙控制模式下還可以進行定時控制，即設定伸出晾曬開始的時間和縮回屋內結束晾曬的時間，提供給用戶多種選擇。

3.2.4衣物干燥時間控制

目前，隨著生活水平的提高和衣物材質的提升，部分衣物曬干后不能長時間暴曬，否則容易產生衣物變形或變黃等問題，因此，確定衣物正常的晾曬時間有其必要性。晾衣架被設定為智能模式后，中控提前根據溫度和濕度情況預設好干燥時間。當將衣物放置到晾衣架上時，將采集到的重力數據傳送到中控處理器中，與預設的干燥時間計算出衣物的重力變化速率，以此來判定衣物的干燥程度，通過與設定好的干燥標準進行對比，確定剩余晾曬的時間，時間結束后，控制晾衣桿縮回屋內，達到精確控制晾曬時間的目的，最大程度地保證晾曬效果。

4智能晾衣裝置樣機制作

根據以上的設計，對此智能晾衣裝置進行了實物模型制作，制作完成的實物如圖5所示。具體樣機模型參數和元器件選擇如下。

（1）模型總長780mm，總寬560mm，總高1500mm。（2）機構總長750mm，總寬240mm，總高920mm。（3）升降機構的行程區(qū)間：0～420mm。（4）伸出機構的行程區(qū)間：0～400mm。（5）晾衣桿：直徑8mm，長度700mm。（6）產品中控制器選擇STC89C52RC型號單片機。（7）電機驅動模塊采用L298N驅動控制芯片，芯片內置多個三極管和電阻搭建的兩個H橋電路，能夠通過低電壓觸發(fā)控制高電壓；結合主控制器使用的單片機，單片機輸出0～5V邏輯電壓，控制芯片帶動12V蝸輪蝸桿減速電機運行，程序設計后，能夠讓驅動芯片調節(jié)電機轉速，可滿足設計要求。

5結語

本文設計的智能晾衣架裝置以單片機為核心部件，溫度傳感器、濕度傳感器、重力傳感器等為檢測部件，配合藍牙裝置，以達到對晾衣裝置的收回控制設計。本裝置在各部件和軟件上均選擇了穩(wěn)定和可靠的設計，保證了裝置運行的穩(wěn)定性。兩側機構為鏡像設計，零件多為標準件，易于加工、性價比高、可裝配性與工藝性好，便于安裝操作，在智能家居的開發(fā)和應用中具有良好的前景。

參考文獻

[1]張微.基于Arduino的自動雨控晾衣架算法優(yōu)化設計[J].中國集成電路，2023，32（6）：58-61.

[2]陳毅龍.智能防雨晾衣架設計與研究[J].機械設計與制造，2023（9）：221-225.

[3]白福由，何慶.一種智能翻轉式晾曬裝置的創(chuàng)新設計[J].機械裝備研發(fā)，2021，52（9）：112-113.

[4]吳波，劉財勇.晴雨晾衣架控制系統(tǒng)設計[J].電子制作，2022，30（24）：39-41.

[5]楊顯斌.基于物聯(lián)網的智能晾衣架設計[J].價值工程，2023，42（32）：77-79.

[6]林關成.基于STC89C52單片機的智能晾衣架控制系統(tǒng)設計[J].計算機與數字工程，2021，49（1）：55-58，147.

[7]李民靖，郝東來.基于OneNET的家居智能晾衣架系統(tǒng)設計[J].物聯(lián)網技術，2023，13（11）：68-71.