一種太陽能旋轉晾衣架系統的設計

張弛 黃玉芬 李遼輝 鞠佳良 袁茂恩

摘 要： “太陽能旋轉晾衣架”是一種基于綠色能源使用的智慧家居設計，它采用太陽能光伏發電系統做為供電系統，通過動態檢測光強、風速和濕度智能設定工作模式，控制獨創的“環形”設計的旋轉晾衣機構，充分沐浴陽光，達到最佳的晾曬效果。本設計控制部分是基于Arduino開發平臺，通過傳感器采集外部信息控制晾衣架的旋轉周期，保證衣物的向陽面循環轉換，使衣物均勻晾曬，同時整個系統采用太陽能電池板供電系統供電，實現智能家居的綠色應用。

關鍵詞： 旋轉晾衣架；Arduino平臺；傳感器；綠色能源；智能家居；

項 目：大學生創新創業訓練計劃項目（2018，遼寧科技學院）項目名稱：太陽能旋轉晾衣架

1前言

隨著科學的發展，社會的進步，人們對家居產品的需求呈現出對其智能化、科學化、人文化的需求。經過在晾衣架銷售行業的調研結果表明，人們越來越傾向選擇電動性型晾衣架，因其具有風干、消毒、方便摘取等特性。我們設計的系統不是顛覆現有成型電動晾衣架的設計格局，而是希望將我們設計的創新點融入其中，提高晾衣架產品的品質。一方面通過獨特的環形旋轉使前后衣物達到均衡晾曬，另一方面通過太陽能電池板為晾衣架系統供電，減少能源消耗，實現智能家居的綠色應用。

2系統的設計與實現

2.1設計方案

本系統主要實現功能是根據光線強度的變化，將晾曬的衣物自動環形旋轉實現均勻晾曬，整個系統供電部分為小型太陽能電池板供電系統。本系統由晾衣裝置控制系統、機械傳動和供電系統三部分組成，采用Arduino開發平臺作為控制核心，由檢測外部信號進行處理，驅動電機轉動實現晾衣裝置的智能化和節能化。

2.2實施方案

（1）、晾衣裝置控制部分

由控制器、光傳感器、電機驅動、風速傳感器和雨滴傳感器、液晶顯示模塊等組成。創新點是將實時光強與設定好的光強閾值進行對比判斷，根據光照強弱動態調整衣架環形旋轉，降低能耗，延長設備的使用壽命。本系統可設置不同種類衣物的晾曬模式，預計晾干時間，然后進行語音提醒。

晾衣裝置運行模式分為智能感應模式和手動模式。當設置為智能感應模式時，光線傳感模塊會測量出實時的光照強度，根據設定好的光強閾值進行判斷。當設置為手動模式時，設置固定的轉動周期，達到一種較為均衡的狀態。

（2）機械傳動部分

機械部分為環形旋轉可升降結構，這是本裝置機械部分設計的創新點。它由減速電機提供動力，通過電機與四個同步輪的配合帶動同步帶環形轉動，由電動推桿完成衣架的升降動作。本設計巧妙地利用電機驅動轉軸轉動從而帶動導軌轉動，解決了承重問題同時使整個系統運行的更加順利。我們將系統的環形旋轉設計為四個轉輪，一個主動輪，其余為從動輪，這樣可以增加晾曬面積，使衣物不發生碰撞。機械部分實物如圖2所示。

（3）供電部分

供電部分由太陽能電池板、太陽能自動追蹤系統、太陽能控制器、光伏逆變器和鉛酸蓄電池組成。創新點是能動態追蹤太陽位置的變化，計算太陽位置，動態調整太陽能電池板朝向和角度，提高太陽能利用率。供電部分也可以為家居低功率負載供電，實現綠色能源的充分利用。

3整體測試

（1）運行測試

我們選取單衣、毛衣、羽絨服三種衣物類別，在室溫25℃條件下，對傳統晾衣架與本裝置進行試驗對比結果見表1。

（2）能耗計算

我們選取1.8平米太陽能板每日工作12h，發電量約為2.8kwh，本裝置每日耗電量約為0.16kwh，富余的電能可用于陽臺照明，室內四盞燈同時照明20h，手機充電90次等。

本裝置設計制作完成后進行了多次運行測試。在晾干效率方面均比市面上現有產品有較大幅度的提高；在能耗方面，本裝置采用節能設置，耗電低，每日富余的電能可為陽臺及室內照明設備，手機等低功率設備提供能源供給。

4系統的創新點

（1）獨創的環形旋轉機械結構設計：既考慮了系統的有效承重和順暢轉動，又兼顧了作品的科學性、美觀性和實用性，實現了傳統雙桿晾衣架意義上前后桿衣物的轉動和位置調換，不僅保護了衣物，而且加快了晾曬速度。本項目的環形旋轉結構是現有市場上沒有的，新穎而又實用。

（2）智能化和人性化的控制系統設計：一方面根據太陽光的強弱，智能調整衣物的轉動周期，光強時循環轉動衣物實現了均勻晾曬、快速晾曬、防止暴曬的目的，光弱時晾衣裝置進入“休眠”的節能狀態；另一方面可根據不同種類衣物（單衣、毛衣、羽絨服），計算預計晾干時間，通過語音播報提醒用戶檢查并及時收回衣物。

（3）綠色能源利用和供給模式設計：采用小型太陽能光伏發電系統，不僅為晾衣裝置提供電能還可為家居低功率用電設備供電。

5結語

本設計中的旋轉結構設計突破了傳統晾衣架的結構設計的局限性，預計與一些智能晾衣架的生產企業研討，將本設計中的創新點融入到成型的市場產品中，同時系統采用清潔能源供電，節能降耗。希望我們的創新設計夠給千千萬萬的家庭帶來人性化、智能化、節能化生活品質，以小家庭輻射全社會，為節能減排事業做出一份小小的貢獻。今后，我們打算將該產品與物聯網技術融合，實現物物相聯、物物相息，打造更為節能、智能、人性化的先進產品。

參考文獻

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