智能快速晾衣裝置

李潔　李筆通　陳錦濤

摘要：隨著國家創新驅動發展和“互聯網+”等重大戰略實施，提升普通晾衣裝置智能化水平，對人們日常生活而言具有重要的實踐意義。設計的智能晾衣裝置以單片機為核心，響應國家可持續發展戰略的綠色環保理念，實現智能化的晾收衣物，可以利用手機或遙控器控制晾收衣物，也可以根據晾衣地點的環境變化自動晾收衣物，還可以根據需要智能控制風扇對衣物進行風干，從而加快衣服晾干。

關鍵詞：互聯網+;智能化水平;單片機;3D打印

中圖分類號：TS959.9

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.036

隨著國家創新驅動發展和“互聯網+”等重大戰略實施，升級普通晾衣裝置智能化水平，對人們日常生活而言具有重要的實踐意義。

本文設計的智能快速晾衣裝置與其他傳統的晾衣架裝置相比，具有以下幾點優勢和特色：①本智能裝置能將晾衣與收衣的指令通過手機發送給GSM模塊進行強制晾衣與收衣控制;②本智能裝置在不允許晾曬衣物的天氣情況下，可以智能控制風扇開啟對衣服進行風干，以加快衣物的風干;裝置會定時檢測衣物干濕情況，無論天氣情況如何，衣物未干都能對衣物進行晾曬或風干;③本智能裝置可直接使用紅外遙控控制晾衣與收衣功能;④本智能裝置能夠定時自動檢測衣物干濕情況，衣物干后能夠自動收回。

1 裝置整體設計

本文設計的智能快速晾衣裝置以單片機HT66F70A為核心，通過傳感器采集到的環境信息，控制步進電機、風扇、舵機做出相應晾收衣動作;單片機系統還可以通過遙控模塊、GSM模塊發送信息，并做出相應的收衣、晾衣動作;本設計還為解決潮濕地區衣物難以晾干問題，增加了干衣模塊，干衣模塊的風扇，由單片機控制啟動和停止，裝置整體設計如圖1所示。

裝置主要模塊功能說明：①傳感器模塊。主要由溫濕度傳感器、雨滴傳感器和光敏電阻構成。溫濕度傳感器和雨滴傳感器檢測溫度、濕度、光照強度以及是否下雨等信息傳遞給單片機，光敏電阻采集光照強度數據通過A/D轉換模塊將信息傳遞給單片機，單片機綜合采集信息，判斷晾衣裝置動作情況。②GSM模塊。該模塊通過無線傳輸方式，利用單片機的串口信原理結合SIM800C模塊可實現用戶對智能快速晾衣裝置的遠程控制，用戶將是否收衣、曬衣的指令通過手機發送給GSM模塊，實現智能快速晾衣裝置的收衣或者曬衣的要求。③智能風扇模塊。智能風扇模塊與單片機端口連接，當衣架處于收衣模式，且DHTII檢測到衣物未干時，單片機就通過其端口的電位變化來驅動風扇，并一直在循環中不斷檢測，直到衣物干了才停止。④步進電機模塊。步進電機模塊的電機驅動電路與單片機端口相接，驅動模塊直接控制步進電機的運動狀態，通過單片機端口輸出的電位控制步進電機的運動狀態，即收衣狀態或者晾衣狀態。⑤紅外遙控控制模塊。通過紅外遙控器的收衣按鍵，讓裝置進行收衣工作;通過紅外遙控器的晾衣按鍵，讓裝置進行晾衣工作。

裝置設計特色和優點：傳統晾衣架用金屬作為結構主體，加工程序繁雜;本智能裝置結合3D打印技術打印裝置主體器件，不需要傳統的刀具、夾具、機床或任何模具來對主體加工，節約了材料和人力成本，減少了廢棄物的產生，對當下嚴峻的環境保護出一份力;傳統晾衣架大多采用純機械設計，本智能裝置結合機電一體化進行設計，并且機械部分的傳動設計具有科學性、美觀性;傳統晾衣架設計復雜，不靈活，本智能裝置設計簡單，機械傳動協調，實現智能化，應用價值高。

2 裝置硬件電路設計

2.1 GSM模塊

通過手機發送指令給GSM模塊，單片機得到信息后進行強制晾衣與收衣過程。GSM模塊電路如圖2所示。

2.2 傳感器檢測模塊

本系統采用了DHTII溫濕度傳感器、光敏電阻、雨滴傳感器隨時收集溫濕度信號、光照強度和雨量數據信號，利用AD轉換成數字信號傳送給合泰芯片，芯片接收后再把數據與設定初值比較。DHTII應用獨有的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與長期穩定性[5]。如果條件允許，則通過驅動電路控制電機晾衣物，否則通過驅動電路控制電機收衣物。傳感器檢測模塊電路如圖3所示。

2.3 電機驅動模塊

采用兩個兩相六線電機，一個根據傳感器檢測的光照和雨滴數據來實現自動晾衣功能;另一個自動檢測衣服的濕度來判斷衣物干濕情況，如果濕度數據顯示衣物已干，則通過中斷一個電機使另一個電機直接收衣服。此模塊主要用于解決衣物晾干后第一個電機依然工作的問題。電機驅動模塊電路如圖4所示。

2.4 智能風扇模塊

在接收的光照和雨滴數據不滿足設定允許晾衣值、電機把衣物收回并且判斷衣物未干時，風扇啟動對衣物的吹干功能。智能風扇模塊電路如圖5所示。

2.5 顯示模塊

采用12864液晶顯示器，將實時將單片機接收的信息顯示在液晶屏上，使人能夠更好地掌握當下情況。液晶模塊電路如圖6所示。

3 PCB板制作

本裝置采用Altium Designer軟件進行PCB板制作，首先繪制原理圖，然后進行封裝，封裝結束后，將根據裝置的各模塊協作以及各模塊與主控單片機的功能引腳接線位置對各模塊的原理圖位置進行排放，力求把模塊的各元件整合在最佳位置和最小區域，以便提高性能和節省空間。

本裝置的PCB板分為兩層設計，繪制簡單高效。繪圖過程中考慮到各模塊的功耗不同，對于功耗低的模塊和功耗高的模塊都分別設計電源走線。

雙面板包括頂層（ Top Layer）和底層（Bottom Layer）。與單面板比較，雙面板的兩層都有導電銅箔。雙面板的每層都可以直接焊接元件，兩層之間可以通過穿過的元件引腳連接，也可以通過過孔實現連接。過孔是一種穿透印制電路板并將兩層的銅箔連接起來的金屬化導電圓孔。