新型智能晾曬裝置的研究與設計

吳克　徐千棟　劉昊　袁金娟　童小琴

摘要：隨著人們對生活質量的要求越來越高，智能家居產業的發展也越來越快。晾曬裝置是老百姓日常生活中密不可分的物品。傳統的晾曬裝置大致可分為兩類，一類是固定式的，一類是簡單的可伸縮的，這類可伸縮的晾曬裝置，主要分為上下升降式和前后拉伸式。傳統晾曬裝置的弱點主要是需要手動操作，無法感知周圍環境變化，無法與智能家居系統融合。針對傳統晾曬裝置的弱點，文章提出了一種新型的全自動智能晾曬裝置，該裝置可實現全自動控制，能夠感知周圍環境變化并自動作出響應，能夠與外界智能融合。

關鍵詞：環境感知;全自動;智能晾曬

一、傳統晾曬裝置的現狀

小到每個家庭，大到洗衣工廠，日常生產生活中，都離不開晾曬衣物。晾曬裝置看似簡單，但是卻跟人們的生活緊密聯系，一個智能的、便捷的晾曬裝置，必將給人們的生活帶來很大的便利，大大提升人們的生活質量。

傳統的晾曬裝置，大致上有固定式和伸縮式兩大類。固定式的晾曬裝置，最常見的就是晾衣架和晾衣桿;伸縮式的晾曬裝置，本質上還是晾衣架和晾衣桿，只是在固定式的晾衣架和晾衣桿的基礎上，增加了簡易的機械聯動部件，使晾衣架和晾衣桿具有前后拉伸或者上下升降的功能。

無論是固定式的，還是伸縮式的晾曬裝置，它們的共同弱點都是需要手動操作，費時費力，此外，它們無法感知周圍的環境變化，遇到雨雪天氣，很容易導致晾曬的衣物淋雨淋雪。傳統的晾曬裝置不具備任何的“智能性”，無法融入智能家居系統。在當今講究萬物互聯的智能家居時代，傳統的晾曬裝置已無法滿足新時代家居智能化的要求，研發新型的智能晾曬裝置是大勢所趨。

二、新型智能晾曬裝置的整體架構

與傳統晾曬裝置相比，新型智能晾曬裝置的核心特點就是“智能”，這種“智能”主要體現為以下三個方面：第一，全自動控制，新型智能晾曬裝置是基于PLC的自動控制系統，不需要人工手動進行操作;第二，自動感知周圍環境變化，新型智能晾曬裝置基于各類傳感器采集到的周圍環境數據，能夠自動的對周圍環境的變化作出綜合判斷;第三，萬物互聯，新型智能晾曬裝置具備物聯網的通信能力，能夠與物互聯，與人互聯。

基于新型智能晾曬裝置的特點，它的整體架構主要包括以下幾個部分：環境感知部分，主要由各類傳感器組成，環境感知部分相當于智能晾曬裝置的“眼睛”和“耳朵”;自動控制部分，主要由PLC和各類外圍裝置組成，這些外圍裝置主要包括晾衣架，晾衣桿，聯動裝置等;智能聯網部分，這個部分主要是實現智能晾曬裝置與外界的互聯，包括與其他“智能”裝置的互聯和與用戶的互聯。此外，智能晾曬裝置還包括風干器和紫外線殺菌裝置，風干器用于在惡劣天氣的情況下晾曬衣物，紫外線殺菌裝置用于對晾曬的衣物進行除菌，通常情況下，風干器和紫外線殺菌器會配合使用。

新型智能晾曬裝置的整體架構，如圖1所示。

PLC控制器是智能晾曬裝置的中樞，各類傳感器是智能晾曬裝置的輸入，聯動裝置、晾衣架和晾衣桿共同組成了實際的晾曬部件，風干器和紫外線殺菌器構成了晾曬的輔助部件，網絡提供了智能晾曬裝置與外界互聯的能力。

三、新型智能晾曬裝置的邏輯設計

新型智能晾曬裝置的最大特點就是遇到雨雪天氣，在無需人為干預的情況下，自動的將衣物收進室內，避免衣物淋雨或者淋雪。要實現這一目的，新型智能晾曬裝置必需具備兩個能力：第一，能夠及時有效的判斷出下雨和下雪的天氣變化;第二，能夠自動的控制整個裝置的縮進，將衣物收進室內。

新型智能晾曬裝置是一種環境感知型的智能裝置，它主要使用各類傳感器來采集周圍環境的各項指標參數，這些傳感器包括風速傳感器，光照傳感器，雨滴傳感器和濕度傳感器。這些傳感器用于智能晾曬裝置感知周圍環境變化，智能晾曬裝置會將傳感器采集到的各類數據輸入PCL控制器中進行綜合判斷，PLC控制器根據判斷的結果，通過聯動裝置來控制晾衣架和晾衣桿的收縮和旋轉。PLC控制器根據傳感器采集到的數據進行綜合判斷，進而控制晾衣架和晾衣桿的收縮和旋轉的軟件邏輯，如圖2所示。

風速傳感器用來測量當前的風速，風速傳感器采集的是模擬的電流或者電壓的變化，通過換算可以得知實際的風速（單位是米/秒）。當風速超過閾值時，可以認為起風了。風速傳感器輸入到PLC控制器中的數據是電流值或者電壓值，PLC控制器通過比較風速傳感器輸入的電流值/電壓值是否超過設定的閾值，來判斷是否起風了。

光照傳感器用來測量當前的光照強度，光照傳感器的基本原理是通過將光照強度轉換為電壓值，經過電路處理后，輸出一定范圍的電壓或者電流。光照傳感器輸入PLC控制器的數據是電壓值或者電流值，PLC控制器通過比較光照傳感器輸入的電壓值/電流值是否低于設定的閾值，來判斷天氣是否轉陰了。

雨滴傳感器用來檢測當前是否下雨（下雪）以及雨量（雪量）的大小，雨滴傳感器將雨量（雪量）的變化轉換為電壓值/電流值，輸入PLC控制器，PLC控制器通過比較雨滴傳感器輸入的電壓值/電流值是否超過設定的閾值，來判斷是否下雨（下雪）了。

濕度傳感器用來測量當前空氣中的濕度，濕度傳感器將采集到的空氣濕度變化轉換為電壓值或者電流值，輸入PLC控制器，PLC控制器通過比較濕度傳感器輸入的電壓值/電流值是否超過設定的閾值，來判斷當前控制的潮濕程度。

PLC控制器會根據上述四類傳感器輸入的電壓值/電流值與閾值的比較結果，來綜合判斷當前的天氣變化。如果PLC控制器判斷當前下雨/下雪了，就會通過聯動裝置自動控制晾衣架和晾衣桿的收縮和旋轉，將衣物收進室內，從而避免衣物淋雨/淋雪。

用戶可以設置新型智能晾曬裝置的各類傳感器的閾值。當智能晾曬裝置接入智能家居系統后，智能晾曬裝置的各類傳感器采集到的數據，也可以傳遞給智能家居系統，以供其他的“智能”裝置使用。

PLC控制器是新型智能晾曬裝置的核心，它一方面接收各類傳感器采集到的數據，進行綜合判斷，以確定是否下雨（下雪）了，進而通過聯動裝置，自動的控制晾衣架和晾衣桿進行收縮和旋轉;另一方面用戶可以通過PLC控制器來設置各類傳感器的閾值，同時智能晾曬裝置還可以通過網絡與智能家居系統相連接，從而達到萬物互聯的目的。

紫外線殺菌器和風干器，用于在惡劣天氣下的晾曬，比如在雨雪天氣，智能晾曬裝置無法在室外進行晾曬，在室內進行晾曬時，便可以開啟風干器和紫外線殺菌器，進而模擬室外晾曬的環境。

聯動裝置和晾衣架以及晾衣桿，組成了智能晾曬裝置的主體晾曬部件，智能晾曬裝置通過PLC控制器來自動控制聯動裝置，進而控制晾衣架和晾衣桿的伸縮和旋轉。

網絡部分用于智能晾曬裝置與外界的互聯，智能晾曬裝置通過物聯網可以接入到智能家居系統中，以實現萬物互聯。

新型智能晾曬裝置通過各類傳感器來感知周圍環境變化，通過PLC控制器來實現全自動控制，通過網絡來實現與外界的互聯。

四、結語

晾曬裝置是與老百姓的生活緊密聯系的物品，一個智能的，便捷的晾曬裝置必將給老百姓的生活帶來很大的便利。本文提出的環境感知型全自動智能晾曬裝置，能夠感知周圍環境的變化，遇到天氣變化，可以自動的控制晾衣架和晾衣桿收縮和旋轉，同時，該裝置通過網絡還可以接入智能家居系統，從而實現萬物互聯。

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*基金項目：2020年國家級大學生創新創業訓練項目（項目編號202013235001）。

（作者單位：武漢科技大學城市學院）