淺析多功能智能晾衣系統(tǒng)

岳虎 周徐萍 曾慶玉

摘 要：晾衣桿是生活中必不可缺的一種生活用品，現(xiàn)有的晾衣桿設(shè)計要么完全外露在室外，要么完全藏在屋檐下，處于這兩個極端的情況。45%左右的陽臺都無法受到陽光的正常照射，因此，現(xiàn)在的晾衣桿不能保證衣服曬到充足的陽光，不具有隨太陽照射方向變化而改變衣服晾曬方向的功能。智能晾衣系統(tǒng)可以在雨天和夜晚自動收回晾曬的衣物，也能在陽光明媚的白天，自動的晾曬衣物。多功能環(huán)保智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計成功，不僅解決人們?nèi)粘Ｉ畹碾y題，而且極大的方便居民的生活，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：晾衣桿；單片機(jī)；智能化；智能反光鏡

1 多功能環(huán)保智能晾衣系統(tǒng)的總體設(shè)計圖

如圖1，智能晾衣系統(tǒng)主要由傳感器、時鐘、智能反光鏡以及驅(qū)動控制，這四個模塊組成。主要具有以下三個功能。

1.1 它能根據(jù)外界的濕度與光度的大小來控制晾衣桿的伸縮。其中，DHT11濕度傳感器通過單總線傳輸將檢測到的濕度信號反饋給單片機(jī)，2UC84硅光傳感器通過調(diào)理電路將光信號放大以后傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過判斷濕度和光度來感知外界的濕度，以及黑夜是否來臨。如果外界是陽光明媚，晾衣桿就會自動晾曬衣物。但是只要外界是暴雨或者黑夜的其中一個不適合晾曬的環(huán)境，智能晾衣桿就會自動收縮到指定的地方。

1.2 智能反光鏡可以把陽光反射到晾曬不到衣物的地方。智能反光鏡是通過DS1302時鐘模塊記錄每天的時間并反饋給單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部根據(jù)日歷，編寫一年中不同時刻的太陽高度角的文件庫，并且單片機(jī)根據(jù)不同的時刻產(chǎn)生不同的pwm波來控制舵機(jī)的角度，智能反光鏡就可以在一天中隨著不同的太陽高度角會有變化，從而將陽光反射到衣物上。

1.3 可以手動控制晾衣桿的伸縮與上下，通過單片機(jī)編寫不同按鍵的程序，當(dāng)按下不同的按鍵時就可以啟動不同程序，實現(xiàn)晾衣桿的上下與伸縮。

2 智能晾衣系統(tǒng)的濕度傳感器模塊

2.1 DHT11傳輸信號給單片機(jī)的機(jī)制

DHT11濕度傳感器與單片機(jī)之間的信號傳輸，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機(jī)的開始信號后，等待主機(jī)開始信號結(jié)束，然后發(fā)送80微秒低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待20-40微秒后，讀取DHT11的響應(yīng)信號，主機(jī)發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉。

2.2 智能反光鏡的工作原理

智能反光鏡的工作原理是：需在單片機(jī)程序中根據(jù)不同時間點對應(yīng)著太陽的不同高度角來建立表格。因為有時鐘芯片對年月日，以及每天時刻的累計，所以對于每天不同時刻，不同的太陽高度角，單片機(jī)都會通過改變PWM波對舵機(jī)產(chǎn)生一個角度的控制，從而控制智能反光鏡不同的角度，使得太陽光能夠通過智能反光鏡反射到上衣物上，因此衣物能享受到充足的陽光。

2.3 太陽高度角的計算

太陽高度是決定地球表面獲得太陽熱能數(shù)量的最重要的因素。我們用h來表示這個角度，它在數(shù)值上等于太陽在天球地平坐標(biāo)系中的地平高度。H當(dāng)?shù)?90°-緯度差（所求地點緯度與直射點所在緯度的緯差）

太陽高度角隨著地方時和太陽的赤緯的變化而變化。太陽赤緯（與太陽直射點緯度相等）以δ表示，觀測地地理緯度用φ表示（太陽赤緯與地理緯度都是北緯為正，南緯為負(fù)），（如圖2）地方時（時角）以t表示，有太陽高度角的計算公式：

sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ cos t 日升日落，同一地點一天內(nèi)太陽高度角是不斷變化的。日出日落時角度都為0正午時太陽高度角最大，時角為0，以上的公式可以簡化為：sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ 由兩角和與差的三角公式，可得 sin h=cos（φ-δ）

因此，對于太陽位于天頂以北的地區(qū)而言，h=90°-（φ-δ）；對于太陽位于天頂以南的地區(qū)而言，h=90°-（δ-φ）；二者合并，因為無論是（φ-δ）還是（δ-φ），都是為了求當(dāng)?shù)鼐暥扰c太陽直射緯度之差，不會是負(fù)的，因此都等于它的絕對值，所以正午太陽高度角計算公式：h=90°-|φ-δ|。

2.4 時鐘芯片DS1302的功能

DS1302時鐘芯片包含實時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)程序存儲器，通過簡單的串行接口與微處理器通信。實時時鐘/日歷提供秒，分，時，日，周，月，年的信息。在每個月的末尾將少于三十一天的月份進(jìn)行自動調(diào)整，包括閏年修正。DS1302被設(shè)計成操作上非常低功耗，且保留小于1W的數(shù)據(jù)和時鐘信息。

因此將DS1302與單片機(jī)相連就可以將每天的日期和時刻送給單片機(jī)，從而單片機(jī)可以根據(jù)不同時刻的不同太陽高度角來控制智能反光鏡，這樣就可以讓陽光反射到晾曬不到陽光的衣物上。

3 研究結(jié)論與成果

3.1 研究結(jié)論

3.1 不同型號傳感器的SPI通訊以及調(diào)用方式都不一樣，DHT11的通訊方式是通過改變高低電平來控制響應(yīng)時間和傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 智能晾衣桿的設(shè)計是將晾衣桿的高度、兩個晾衣桿之間的寬度、步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)后退的量與單片機(jī)的控制相結(jié)合，再通過適當(dāng)算法，達(dá)到協(xié)調(diào)一致。智能化還體現(xiàn)在，晾衣架可以根據(jù)太陽的高度自動調(diào)節(jié)衣架的位置，以達(dá)到最佳的晾曬效果。

3.3 濕度以及光度的參數(shù)設(shè)定是根據(jù)實際情況中反復(fù)調(diào)試來確定的。

3.2 研究成果

3.2.1 智能晾衣桿可根據(jù)外界濕度變化以及亮暗成都可以自動伸縮。在陽光充足時，能使衣物盡可能接收陽光照射；在陰雨天時，能使衣物及時收回屋檐下，保證衣物不被雨水淋濕，當(dāng)雨停了并且符合晾曬條件時晾衣桿會自動伸到屋檐外晾曬衣物。

3.2.2 當(dāng)夜幕降臨時，晾衣桿會自動往里收。當(dāng)白天來臨并且符合晾曬條件時，晾衣桿會自動伸出去。

3.2.3 晾衣桿上的智能反光鏡可以將陽光智能的反射到晾曬不到陽光的地方

參考文獻(xiàn)

[1]韓丹翱，王菲.DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器的應(yīng)用性研究.DHT11溫濕度傳感器參考文檔[J].電子設(shè)計工程，2013.

[2]胡瑾.太陽高度角與房屋建筑的關(guān)系.太陽高度角計算資料[J].地理教育，2004.