基于室外晾衣架的智能防護裝置設計

陳夢瑤 羅文強 吳錦鈺 金煒航 胡益峰

摘? 要：設計一款具有防護功能的室外智能晾衣裝置，根據雨滴、光照、風力等各類傳感器來判別是否進行啟動收護裝置。同時，可利用手機端APP操控衣架的伸縮及防護罩的工作狀態，實現對衣物的保護。該系統由單片機控制電路、電機及其驅動電路、衣架裝置、護罩裝置、溫濕度檢測電路、雨滴檢測電路、光照檢測電路、Wi-Fi模塊及手機端APP和Web端等組成。

關鍵詞：單片機;智能衣架;收護裝置

中圖分類號：TP368.12;TS959.9? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）01-0044-03

Abstract：An outdoor intelligent clothes airing device with protective function is designed to judge whether to start the protective device according to rain drop，light，wind and other sensors. At the same time，the mobile phone APP can be used to control the stretching of the hanger and the working state of the protective cover，so as to realize the protection of clothing. The system is composed of MCU control circuit，motor and its driving circuit，hanger device，shield device，temperature and humidity detection circuit，raindrop detection circuit，light detection circuit，Wi-Fi module，mobile phone APP，Web terminal，etc.

Keywords：single chip microcomputer;intelligent clothes rack;collection and protection device

0? 引? 言

傳統的晾衣架不能有效對晾衣環境進行快速探測，對于晾在陽臺外面的衣物被風吹掉、被雨水淋濕等現象不能規避，且自動升降晾衣架的升降式結構會限制晾衣架的自動調整能力。云南師范大學、浙江好易點智能科技有限公司等研發了多功能電動晾衣機，通過控制電動機的正反轉實現晾衣架的自動伸縮，達到下雨收衣雨停晾衣的效果[1，2]。在上述的研究中，實現對晾衣環境的精準捕獲和晾衣架自動伸縮處理，是電動晾衣架設計與研發的重點和難點。本文設計并實現了一種新型電動晾衣架，在采用伸縮式晾衣架設計的基礎上增加了電動防護罩裝置，不僅實現了對晾衣環境的精確捕獲，還具備全天候工作、智能晾衣的優勢。

1? 總體設計

系統主要由單片機控制電路、電機及其驅動電路、護罩裝置、雨滴監測電路、溫濕度檢測電路、光照檢測電路、Wi-Fi通信裝置及手機端APP等組成。通過各傳感器模塊，對光照、溫濕度、雨滴進行檢測，并將數據發送給STM32單片機進行判斷，來控制電機正轉反轉，實現防護罩的打開與關閉;同時利用Wi-Fi模塊與家庭無線網絡互聯，實現遠程手機或電腦的交互操控[1]。

智能晾衣架總體設計如圖1所示，由主控制模塊STM 32F103芯片、無線通信模塊、多種傳感器模塊、步進電機及其驅動電路、服務器、客戶端、手機終端APP等組成。

利用手機端APP查看由智能晾衣架控制系統發送來的傳感器監測數據，也可以通過其選擇執行不同的控制功能，并將相應的控制信息通過互聯網傳送到家庭Wi-Fi無線網絡，轉發至主控STM32單片機模塊，進而由核心控制模塊根據程序設定實現對護衣罩的實時無線遙控功能。

（a）衣架結構

（b）半護罩狀態

（c）全護罩狀態

護罩及衣架結構如圖2（a）所示，由左右兩側的導軌，防護材料，電機及傳動機構等組成。半罩狀態及全罩狀態的示意圖如圖2（b）、圖2（c）所示。

2? 系統硬件設計

2.1? 電機控制模塊

步進電機在電機應用上能更快速地改變狀態與轉速，根據普通家庭晾曬衣服的重量情況，選用一種市面上有售的大力矩混合式步進電機，外型與尺寸如圖3所示。

（a）側視圖

（b）正視圖

電機為兩相四線，步距角1.8°，最大電流5 A，輸出力矩可達8 N·m，滿足晾衣桿速度與拉力要求。同時步進電機有較高的精度，其精度可以達到每步誤差在這一步的3%～4%，而且步進電機的誤差不會積累[2]。

2.2? 傳感器檢測模塊

2.2.1? 溫濕度傳感器

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用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卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式濕敏元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷[3]。

2.2.2? 光敏傳感器CY-30

光敏傳感器CY-30是一種用于兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器，采用BH1750FVI芯片，內置16bit的A/D轉換器，直接數字輸出，采用IIC總線傳輸方式，可以與單片機I/O口直接相連。

2.2.3? Arduino雨滴傳感器

Arduino雨滴傳感器AO模擬輸出，可以連接單片機檢測滴在上面的雨量大小。DOTTL數字輸出可以連接單片機檢測是否有雨，配置電位器可調節靈敏度[4]。

通過調節電位器設置一個合適的靈敏度，當檢測到有雨時，DOTTL數字輸出給單片機，單片機接收到信號后通過電機來控制護衣罩的打開。

2.2.4? 風速傳感器

風動開關傳感器模塊。在30～50 s后，檢測過程結束，如果環境中風力未達到預設值（默認8 m/s，相當于6級大風），則紅燈熄滅，繼電器斷開，OUT+、OUT-無電壓輸出。如果環境中有風達到預定值，則紅燈亮起，繼電器閉合，OUT+、OUT-輸出12V DC電壓。通過檢測電參數的變化從而進行控制。LED1綠燈為輸入電源指示燈，常亮;LED2紅燈為輸出指示燈即工作指示燈，亮起表示輸出端OUT+、OUT-有輸出、風動開關工作，熄滅則輸出端無輸出，風動開關處于待機狀態。

3? STM32軟件設計

以STM32為控制中心，結合各類傳感器檢測數據，通過控制電機轉動以實現護衣罩的自動開啟與關閉功能。圖4為STM32的程序流程圖。

本設計的APP界面如圖5所示，運行智能衣架APP，在文本框中輸入服務器IP地址，點擊網絡連接按鈕，與服務器建立連接。連接好服務器后，點擊開啟手動控制，然后選擇想要實現的功能，再點擊發送指令按鈕，將指令發送給服務器，完成控制。APP還能實時顯示STM32采集的環境信息。

4? 整體測試

通過對智能護衣系統控制系統各模塊的性能成功測試，軟件程序與硬件系統能夠比較好地聯動起來;能夠實現信息的交互，即APP與Web能控制護衣罩開關，也能接收到STM32發送過來的溫濕度信息。STM32可以感受到外界環境的變化，從而控制護衣罩的開關;也可用手動的方式進行護衣罩開關。

5? 結? 論

本設計護衣裝置符合當前人們對晾衣架這種生活必需品智能化的需求，該裝置集手動與自動于一體，有效地防止了突發天氣對衣物損害，滿足了大部分家庭室外晾衣護衣的需求。本設計若完善研發，產業化推進，極具市場前景。

參考文獻：

[1] 付麟杰，商春雪，李斌，等.具有環境感知功能的智能晾衣架 [J].物聯網技術，2017，7（4）：25-29+32.

[2] 李雷剛，黃飛挺，馬雙斌.多功能電動晾衣機設計研究 [J].科技與企業，2014（6）：318.

[3] 楊幸.應用于智能家居的物聯網控制系統設計 [D].大連：大連理工大學，2017.

[4] TB6600步進電機驅動器使用手冊 [EB/0L].[2019-10-20].https：//wenku.baidu.com/view/f25014d4804d2b160a4ec001.html.

作者簡介：陳夢瑤（1999-），女，漢族，山東鄆城人，本科在讀，研究方向：電子信息工程;通訊作者：楊金偉（1975-），男，漢族，浙江仙居人，講師，就職于電子與信息工程學院電子系，碩士研究生，研究方向：高頻與通信、嵌入式系統與智能家居。