智能晾衣架創(chuàng)新設(shè)計與控制系統(tǒng)研究*

談 敏

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，江蘇江陰 214405）

0 引言

隨著科學(xué)的發(fā)展，社會的進步，人民生活水平的提高。人們對家庭生活舒適性和智能化的需求越來越強烈，晾衣架作為每個家庭的家居必須用品，自然也需要滿足人們更舒適性、智能化的需求。晾衣架的基本作用是在天氣情況允許的情況下晾曬人們的衣物，但目前，常規(guī)的晾衣架多采用固定形式缺乏相應(yīng)的調(diào)節(jié)功能，僅有的調(diào)節(jié)功能也只是上下升降移動、且需要通過手動控制；當(dāng)晾衣桿上掛滿衣物時，調(diào)節(jié)吃力不夠方便；同時，上下升降調(diào)節(jié)無論如何調(diào)節(jié)，衣物所受到的日照是恒定的，無法主動調(diào)節(jié)衣物方位使得其接收更多的陽光以便更快、更好的晾曬衣物。這給人們的日常生活帶來了極大的不便[1-2]。為方便人們的日常生活，滿足人們的特殊需求，本文設(shè)計了一款基于STC12C5A60S2單片機的戶外型智能晾衣架，該型晾衣架可以在手動和自動兩種模式下進行切換。在自動模式下，陰天或傍晚時，該型晾衣架可將戶外晾曬的衣服自動收回，晴天時，可將需晾曬的衣服自動伸出；在手動模式下，可人工控制晾衣架的伸縮，此外，考慮到停電等特殊情況，專門增設(shè)手柄以使晾衣架可正常工作。

1 智能晾衣架的機構(gòu)和工作原理

圖1 智能晾衣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1，智能晾衣架的機構(gòu)包含有主支座、輔支座。主支座上安裝有電機，電機的驅(qū)動軸連接有螺桿。輔支座上安裝有滑軌，滑軌為開口向上的U形結(jié)構(gòu)，晾衣桿的一端通過軸承套裝有滑輪，所述滑輪滑動行走于滑軌的U形槽內(nèi)。且滑軌上安裝有溫度傳感器、濕度傳感器和光敏傳感器。螺桿和滑軌平行設(shè)置，晾衣桿的一端滑動設(shè)置于滑軌內(nèi)，另一端上固定連接有滑塊，且滑塊通過其上設(shè)置的螺孔旋置于螺桿上。螺桿的兩端均設(shè)置有限位開關(guān)。主支座還安裝有手動開關(guān)和無線開關(guān)模塊。晾衣桿上沿其長度方向設(shè)置有多個用于掛衣架的通孔。

圖2 智能晾衣系統(tǒng)的局部縱剖圖

本智能晾衣架工作原理是通過電機3驅(qū)動螺桿4轉(zhuǎn)動后，滑塊8能夠帶動晾衣桿6實現(xiàn)左右平行，同時滑軌5為開口向上的U形結(jié)構(gòu)，晾衣桿6的一端通過軸承套裝有滑輪7，該滑輪7滑動行走于滑軌5的U形槽內(nèi)，且螺桿4的兩端均設(shè)置有限位開關(guān)，且限位開關(guān)與控制板相連接，從而防止滑塊8位移過量。

滑軌5上安裝有傳感器10，所述傳感器10與控制板相連接，且傳感器10包含有溫度傳感器、濕度傳感器和光敏傳感器，從而在使用時可將滑軌5的左端設(shè)置于屋檐等遮蔽物下方，滑軌5安裝有傳感器10的右端位于戶外，當(dāng)傳感器10檢測到光照強度高且溫度高時，移動晾衣桿6至戶外，當(dāng)光照弱或者溫度低或者濕度大時（此時為陰天或晚上或下雨天），將晾衣桿6移動至屋檐等遮蔽物下方，從而實現(xiàn)了智能控制。進一步的，主支座1還安裝有手動開關(guān)和無線開關(guān)模塊，手動開關(guān)用于現(xiàn)場手動控制，無線開關(guān)模塊便于用戶進行遠程遙控。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計的有益效果是能夠?qū)崿F(xiàn)左右平移，使得衣物處于最佳的陽光晾曬位置上；同時，當(dāng)增加傳感器等智能傳感元器件后，能夠使得整個系統(tǒng)在無人看管的情況下主動實現(xiàn)移動，從而提高了其智能化[3]。

2 智能晾衣架的控制系統(tǒng)方案設(shè)計

圖3為本智能晾衣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計框圖。

智能晾衣架控制模式通過紅外遙控切換，分為智能和手動兩種工作模式。

在智能模式下，各傳感器檢測當(dāng)前的溫、濕度值以及光照強度的值，并在LCD12864顯示屏上顯示，同時可以通過紅外遙控器來設(shè)定溫、濕度以及光照強度的比較值，STC12A60S2單片機作為主控單元可以根據(jù)程序設(shè)計來判定天氣情況，從而智能控制晾衣架收回晾曬[4]；和在手動模式下，紅外遙控可以直接控制電機的電機的正、反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)晾衣架的收回還是晾曬。

3 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

基于STC12A60S2單片機的智能晾衣架紅外遙控控制系統(tǒng)，采用紅外遙控切換手動和自動兩種控制方式，通過控制直流電機的正反轉(zhuǎn)來控制晾衣架的收回或晾曬，并且可以用LED燈指示運行模式狀態(tài)；利用限位開關(guān)來控制電機停止，防止過卷，利用帶字庫的LCD12864液晶屏顯示相關(guān)信息，方便對晾衣架智能控制信息顯示[5]。圖4為本智能晾衣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計圖。

圖4 智能晾衣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件電原理圖

本控制系統(tǒng)采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集溫濕度，該傳感器的組成有兩個部分，一個是NTC檢測溫度的元器件還有一個是來測試濕度的電阻式測濕元器件。這是一種溫濕度傳感器，DATA數(shù)據(jù)口和STC12A60S2單片機單總線數(shù)據(jù)通信。

光敏電阻模塊用來采集光照強度，該傳感器內(nèi)有一個光敏電阻，光敏電阻模塊的AO端的模擬輸出量隨著光照強度變強而變低，STC12A60S2單片機通過AD轉(zhuǎn)換來獲得更準(zhǔn)確的光照數(shù)值。

紅外遙控模塊采用NEC編碼紅外遙控格式，接收頭為HX1838型。紅外輸出形式為數(shù)字量輸出，用戶碼為00-FF，遙控器鍵位碼如圖5所示。

圖5 遙控器鍵位碼

電機驅(qū)動模塊采用L298N驅(qū)動模塊，該模塊供電的有兩個，分別是5 V和12 V；驅(qū)動電機的電源電壓范圍為5～35 V。最大功耗是20 W。

L298N能夠驅(qū)動兩個直流電機，本文中只需用到其中一組。且不需要調(diào)速，使能端接高使用。對IN1和IN2進行設(shè)置，當(dāng)IN1和IN2都為00時，電機停止運行，當(dāng)兩者是10或01時，電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)[6]。

4 控制系統(tǒng)軟件流程設(shè)計

控制系統(tǒng)主程序主要是讀出并且處理DHT11測到的當(dāng)前溫、濕度值以及光敏電阻傳感器測到的當(dāng)前光照值，并顯示溫濕度和光照的值[7]。

當(dāng)遙控按下手動、自動切換鍵時，系統(tǒng)進行工作模式的切換。如果是手動，指示燈亮，用遙控的兩個按鍵來控制電機的正反轉(zhuǎn)；如果是自動，指示燈滅，這時就要根據(jù)溫濕度和光照的采集值和設(shè)定值來控制電機的正反轉(zhuǎn)。

遙控器具有溫度設(shè)定值加、減，濕度設(shè)定值加、減，以及光照設(shè)定值加、減的設(shè)定功能。

圖6 主程序流程圖

5 系統(tǒng)調(diào)試

各個模塊及元器件都連接好后，用USB型串口線連接電腦USB接口，把軟件程序下載到單片機，按下上電按鈕，LCD12864會顯示六個數(shù)值，分別是溫濕度值和光照值及設(shè)定的比較值，系統(tǒng)在實驗室測試穩(wěn)定，性能良好[8]。

控制系統(tǒng)控制狀況分晴天和陰天兩種情況下，電機在程序控制下可以控制晾衣架的自動收回或晾曬。

圖7 控制系統(tǒng)硬件測試電路

6 結(jié)論

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，和人民群眾對美好生活的向往，尤其是智能便捷的生活方式的最求，晾衣架作為每個家庭的家居必須用品，自然也需要不斷更新和進步，同時單片機的應(yīng)用已滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，極大地推動了計算機技術(shù)的普及，因此，采用單片機做控制器，直流電機驅(qū)動電機工作的智能晾衣架的研究具有一定的社會使用價值，可以預(yù)見，隨著單片機性能的進一步提高，它的應(yīng)用將更趨廣泛。

［1］潘清明.防雨、防暴曬、夜晚能自動收縮的智能晾衣架設(shè)計［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007，20（6）：79-81.

［2］李東亞，張潔峰.可伸縮式自動晾衣架的系統(tǒng)設(shè)計［J］.機電工程技術(shù)，2015，44（01）：60-62.

［3］李素云.基于多傳感器的智能晾衣架設(shè)計［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2007（10）：128.

［4］劉靜濤.語音控制全自動晾衣架原理及應(yīng)用研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2013.

［5］郭致綱.自動晾衣架設(shè)計［J］.時代農(nóng)機，2015，42（5）：20-21.

［6］莫慧芳，蘇梓銘，鄧旭成.一種智能換桿衣架的設(shè)計［J］.機電工程技術(shù)，2017，46（7）：18-20.

［7］陸猛，陳國榮，朱斌魁，等.智能環(huán)境感知晾衣架的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017（8）：53-55.

［8］付麟杰，商春雪，李斌，等.具有環(huán)境感知功能的智能晾衣架［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2017（4）：25-29.