仿生日光跟蹤智能晾衣架設(shè)計(jì)制作

石恒遠(yuǎn) 肖夢(mèng) 張夏妍 王治豪

摘 要 本設(shè)計(jì)是依據(jù)仿生向日葵的原理設(shè)計(jì)具有仿生日光燈自動(dòng)跟蹤的系統(tǒng)，當(dāng)智能晾衣架光敏傳感器感受到太陽移動(dòng)至最佳能接受到太陽光的位置后，根據(jù)衣架承受太陽照射的角度自動(dòng)旋轉(zhuǎn)衣架，使衣物受光面積達(dá)到最大化。旋轉(zhuǎn)衣架采用分段式，旋轉(zhuǎn)機(jī)制更加靈活自如。此外，衣架接受手機(jī)APP指令，單片機(jī)處理做出相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)WIFI遠(yuǎn)程遙控。系統(tǒng)處于手動(dòng)擋后，以上機(jī)制傳動(dòng)便可以通過手動(dòng)調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞 光敏傳感器 單片機(jī) WIFI 手機(jī)APP

中圖分類號(hào)：TP368.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

晾衣架自我國發(fā)明出來之日起便已經(jīng)作為了人們的居家日常生活中必不可少的一件日常家居生活用具，擁有極其廣泛的應(yīng)用理論基礎(chǔ)。我們傳統(tǒng)的各種晾衣架都指的是一種造型簡單、價(jià)格便宜、功能單一的晾衣架，整體上是靜止式的物件。隨著生產(chǎn)廠商與晾衣架設(shè)計(jì)者在其晾衣架的外觀與對(duì)人體的工程學(xué)上有所做不斷改進(jìn)，生產(chǎn)制造開發(fā)出了許多晾衣架外形優(yōu)美并且在其安裝、掛曬等使用過程中完全符合了現(xiàn)代家居生活環(huán)保低碳、取用方便生活理念的功能型晾衣架。近幾年，晾衣架的產(chǎn)品也發(fā)生了翻天覆地的發(fā)展與變化，晾衣架不再僅僅是一個(gè)簡單的裝飾品，更是一個(gè)具有功能性的家居產(chǎn)品。隨著我國人工智能家居時(shí)代的進(jìn)一步到來，近年來人工智能家居也成為了市場的熱詞，電動(dòng)式的晾衣架已經(jīng)開始逐漸走進(jìn)了現(xiàn)代人們的日常生活當(dāng)中。但是綜觀國內(nèi)新型智能電動(dòng)式晾衣架生產(chǎn)和研究的項(xiàng)目及其成品，相關(guān)的晾衣架設(shè)計(jì)理念研究和晾衣架理論的研究處于比較初級(jí)階段，各技術(shù)方面的研究還不夠深入和完善。

1總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)包括：系統(tǒng)控制核心單片機(jī);自動(dòng)步進(jìn)電機(jī);滑輪小車、導(dǎo)軌;光敏傳感器;數(shù)模轉(zhuǎn)化控制芯片;以夏普單片機(jī)為核心和主控，夏普pm2.5傳感器將手機(jī)上傳的數(shù)據(jù)通過交換機(jī)串行數(shù)據(jù)接口傳輸送給主控核心單片機(jī)，單片機(jī)處理后經(jīng)手機(jī)顯示和wifi手機(jī)進(jìn)行交互后將數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)控制核心app，數(shù)據(jù)處理后可遠(yuǎn)程交互給手機(jī)app處理后進(jìn)行顯示。

2硬件選取

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中主要組成部件包括系統(tǒng)控制模塊核心51單片機(jī);步進(jìn)電機(jī);滑輪小車;導(dǎo)軌;光敏傳感器;電機(jī)數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)化控制芯片;設(shè)計(jì)中單片機(jī)、傳感器、電機(jī)三部件相結(jié)合，衣架當(dāng)前狀態(tài)可自由分段式旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中日光運(yùn)動(dòng)跟蹤的功。光敏電機(jī)和傳感器模塊可接受來自太陽光的信號(hào)，通過杜邦線與步進(jìn)單片機(jī)相連接，從而可以使得單片機(jī)和傳感器能夠同時(shí)控制設(shè)計(jì)中滑軌小車的分段式移動(dòng)和步進(jìn)電機(jī)的分段式移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將設(shè)計(jì)中衣架當(dāng)前狀態(tài)的信號(hào)通過esp8266串口wifi模塊直接傳遞到事先設(shè)計(jì)的用戶接口app上。

2.2 WIFI模塊的選取

esp8266是基于ai-thinker公司推出的一款無線單片機(jī)wifi的模塊，可以通過串口配置和無線單片機(jī)上的串口進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，利用單片機(jī)wifi的串口傳輸數(shù)據(jù)。并通過uart的接口，可以由arduino發(fā)送ation的命令控制其工作功能。8266有兩種主要工作的模式，分別是station工作模式以及ap工作模式，station模式主要是用來通過手機(jī)連接無線熱點(diǎn)通過路由器直接進(jìn)行無線的工作，ap的模式主要是8266作為無線熱點(diǎn)由手機(jī)去無線連接（或者連接路由器）直接進(jìn)行的工作。筆者選擇采取ap的工作模式是用來直接實(shí)現(xiàn)主要遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?/p>

2.3傳感器的選擇

采用靈敏型的光明電阻傳感器，該光明電阻傳感器模塊具有檢測信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)控制能力強(qiáng)，同時(shí)配有一個(gè)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的電位器，可以方便地調(diào)節(jié)和檢測外界環(huán)境光線的亮度。以do模擬數(shù)字開關(guān)電壓測量（0和1）和ao端作為模擬數(shù)字開關(guān)電壓進(jìn)行輸出。當(dāng)檢測模塊在外界環(huán)境中檢測光線的亮度達(dá)不到檢測模塊設(shè)定的閾值時(shí)，do和ao端輸出高電平，當(dāng)檢測外界的環(huán)境中檢測光線的亮度達(dá)到超過設(shè)定閾值時(shí)，do和ao端輸出低電平。

2.4電機(jī)的選擇

選擇了步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用uln2003驅(qū)動(dòng)，電機(jī)減速帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪的減速，噪音極低，能夠很好地適應(yīng)日常家居的使用，減少了噪音對(duì)于生活工作起居的破壞性影響。

2.5電路圖

電路設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖主要由三部分組成，分別是無線傳送模塊、光敏傳感器模塊、電機(jī)執(zhí)行結(jié)構(gòu)和數(shù)碼管顯示模塊。無線傳送模塊收發(fā)無線信號(hào)，并利用解碼芯片進(jìn)行無線通信;光敏傳感器模塊利用光敏電阻檢測光照度通過數(shù)模轉(zhuǎn)化利用三極管給單片機(jī)，單品機(jī)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);數(shù)碼顯示模塊將溫濕度檢測的溫濕度信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)通過數(shù)碼管顯示。

3 軟件設(shè)計(jì)

移動(dòng)用戶端的APP設(shè)計(jì)主要目的在于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，通過手機(jī)，用戶可以控制衣架的上升或下降，或者控制衣架分段式旋轉(zhuǎn)，使衣物能夠擁有最大的陽光照射面積。同時(shí)，用戶也能通過手機(jī)APP預(yù)約衣架升起或下降的時(shí)間，使衣架具有非常高的實(shí)用性和智能性。

4項(xiàng)目創(chuàng)新特色概述

衣架結(jié)構(gòu)具有小車和導(dǎo)軌組合成的結(jié)構(gòu)采用傳動(dòng)機(jī)制自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下前后的自由移動(dòng);衣架驅(qū)動(dòng)裝置控制系統(tǒng)采用混合式傳感器和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的輸出力矩大、動(dòng)態(tài)控制性能好，步進(jìn)電機(jī)距角小、較好地提高了精度。通過單片機(jī)、傳感器、電機(jī)完美結(jié)合，衣架結(jié)構(gòu)可自由移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)日光跟蹤控制功能;基于單片機(jī)的傳感器具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，通過app遠(yuǎn)程傳感器檢測并且實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

5結(jié)論

筆者采取一種通過以51單片機(jī)為控制核心與多種模塊及手機(jī)APP結(jié)合來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)監(jiān)測調(diào)節(jié)晾衣架，該裝置可以通過太陽照射角度自動(dòng)旋轉(zhuǎn)衣架，使衣物受光面積達(dá)到最大化。旋轉(zhuǎn)衣架采用分段式，旋轉(zhuǎn)機(jī)制更加靈活自如，并且可以給普通用戶帶來更多的便利。因此本設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的自我檢測調(diào)節(jié)能力，且制作成本低，能夠被廣大用戶所采用。通過該設(shè)計(jì)的應(yīng)用使人們的生活更加的智能化和便利化。

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