多元控制懸臂式晾衣架的設(shè)計(jì)與制作

羅杰勇　曹剛　丁俊偉　申奧　楊育熙

摘 要：當(dāng)今社會(huì)發(fā)展迅速，人們對(duì)生活水平的要求也水漲船高，而智能家居可以?xún)?yōu)化生活品質(zhì)，逐漸受到人們的青睞。晾衣架作為一種必要的家具用品，開(kāi)始逐漸由傳統(tǒng)控制向智能控制發(fā)展。為了使人們更加便捷地晾曬衣物，本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制作了多元控制懸臂式晾衣架，對(duì)傳統(tǒng)外飄式衣架進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)并加以智能化控制。本研究自主設(shè)計(jì)的晾衣架以單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)雨量傳感器對(duì)天氣情況進(jìn)行感知;天氣信息由雨量傳感器送給單片機(jī)，由它進(jìn)行判斷;晾衣架自動(dòng)運(yùn)行的依據(jù)來(lái)源于單片機(jī)對(duì)天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);下雨時(shí)，晾衣桿收回，以防止衣物被淋濕，天晴時(shí)，其可以伸出，讓衣物進(jìn)行晾曬。用戶(hù)也可通過(guò)手機(jī)APP控制晾衣桿的工作模式。此外，手機(jī)APP擁有天氣預(yù)報(bào)提示的功能，輔助用戶(hù)進(jìn)行衣物晾曬。本設(shè)計(jì)意在消除傳統(tǒng)晾衣架的弊端，給出一個(gè)更加方便家用、實(shí)用新型的晾衣架方案。

關(guān)鍵詞：外飄式;智能家居;多元控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TS959.9;TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）06-0081-03

Design and Manufacture of Multi-control Cantilever Drying Rack

LUO Jieyong CAO Gang DING Junwei SHEN Ao YANG Yuxi

（Jianghan University，Wuhan Hubei 430056）

Abstract： Today's society develops rapidly， and? living standards of? people's requirementsare also rising， and smart homes can optimize the quality of life and are gradually being favored by people. As a necessary furniture item， drying racks have gradually developed from traditional control to intelligent control. In order to allow people to dry clothes more conveniently， the team has designed and produced a multi-control cantilever drying rack， innovatively designed and intelligently controlled the traditional floating hanger. The drying rack independently designed in this study uses a single-chip microcomputer as the control core， and the weather conditions are sensed through the rainfall sensor; the weather information is sent to the single-chip microcomputer from the rainfall sensor， which is judged by it; the automatic operation of the drying rack comes from the real-time monitoring of the weather by the single-chip; when it rains， the clothes rail is retracted to prevent the clothes from getting wet， when it is fine， the clothes rail can be extended to allow the clothes to dry. The user can also control the working mode of the clothes rail through the mobile phone APP. In addition， the mobile APP has a weather forecast function to assist users in drying clothes. This design is intended to eliminate the drawbacks of traditional drying racks and provide a more convenient and practical new drying rack solution for household use.

Keywords： floating type;smart home;multiple control

目前，市場(chǎng)上的外飄式晾衣架大多采用手動(dòng)操作控制，若遇上下雨天氣，家中沒(méi)人，則晾曬的衣物就會(huì)被雨水淋濕，使用起來(lái)十分不方便。同時(shí)，手動(dòng)控制伸縮效率低，耗費(fèi)時(shí)間和精力。本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的多元控制懸臂式晾衣架有效地解決上述問(wèn)題。基于單片機(jī)的智能晾衣架系統(tǒng)能夠自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)獲取天氣情況，進(jìn)而控制裝置的伸縮[1-2]。與此同時(shí)，該裝置配備手機(jī)移動(dòng)客戶(hù)端APP，從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。其創(chuàng)新點(diǎn)如下。

一是依靠傳感器檢測(cè)外界氣象參數(shù)，以單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，自動(dòng)調(diào)節(jié)晾衣架運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能控制[3-5]。二是可聯(lián)網(wǎng)獲取天氣情況，智能調(diào)整工作狀態(tài)，提高工作效率。三是通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端控制，可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的操控，彌補(bǔ)了大多數(shù)晾衣架不便實(shí)行遠(yuǎn)距離人工控制、只能當(dāng)場(chǎng)手動(dòng)操作的不足[6-7]。四是節(jié)省室內(nèi)空間，目前，大多數(shù)晾衣架安裝于室內(nèi)陽(yáng)臺(tái)并且采用垂直升降，此裝置將衣架伸出窗外，節(jié)省大量室內(nèi)空間，并且非常穩(wěn)定可靠。

1 晾衣架總體設(shè)計(jì)

1.1 晾衣架總體框架

本文設(shè)計(jì)的多元控制懸臂式晾衣架的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1與圖2所示，晾衣架主體固定于墻壁表面，其中裝載著晾衣桿、控制核心模塊、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和開(kāi)關(guān)電源等硬件[8-9]。晾衣桿通過(guò)剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行伸縮，剪叉式結(jié)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的絲桿旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。單片機(jī)作為控制核心，通過(guò)與雨量傳感器的連接，可以接收來(lái)自外界的信息，如天氣情況信息，這樣即可對(duì)天氣情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制家中的晾衣架。遮雨棚由舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，傘骨可將傘布以均勻角度展開(kāi)，下雨時(shí)展開(kāi)可以防止衣物被淋濕。

1.2 系統(tǒng)工作流程

智能晾衣架兼顧自動(dòng)與手動(dòng)兩個(gè)方面。在自動(dòng)模式下，雨滴傳感器感知是否下雨，若下雨，則給單片機(jī)發(fā)送信息，單片機(jī)將此信息傳送給驅(qū)動(dòng)器來(lái)啟動(dòng)電機(jī)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)將晾衣架伸出或收回。手動(dòng)模式是指用戶(hù)通過(guò)手機(jī)APP來(lái)進(jìn)行操作，點(diǎn)擊APP內(nèi)相應(yīng)按鍵，即可控制晾衣架。同時(shí)，手機(jī)APP也提供了可將晾衣架的兩種模式自由切換的功能，方便用戶(hù)自定義。

2 晾衣架控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的各個(gè)部件模塊如圖3所示，其中，STC89C52單片機(jī)為控制核心，其余各功能模塊促進(jìn)系統(tǒng)完善。

2.1 樣機(jī)工作原理

當(dāng)雨水滴落在傳感器上時(shí)，雨滴傳感器將信號(hào)傳輸給ESP8266，單片機(jī)會(huì)發(fā)出信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，由驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲桿帶動(dòng)剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行平移，從而自動(dòng)收回晾衣架。此外，系統(tǒng)可以同時(shí)控制遮雨棚，控制原理與晾衣桿相同。下雨時(shí)，晾衣桿收回，而遮雨棚伸出，防止衣物被打濕;下雨過(guò)后，感應(yīng)器檢測(cè)到?jīng)]有雨水，于是自行將遮陽(yáng)棚收回，晾衣架伸出，繼續(xù)晾曬衣物。

為了讓用戶(hù)更加便捷地操作晾衣架，本設(shè)計(jì)采用第三方手機(jī)APP來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，將晾衣架控制模塊通過(guò)WiFi連接到手機(jī)上，接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。手機(jī)APP通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令到服務(wù)器，服務(wù)器再把指令轉(zhuǎn)送給設(shè)備，設(shè)備按照指令進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，這樣即可實(shí)現(xiàn)人在手機(jī)APP上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制家中的晾衣架。晾衣架可c采用人為控制方式，也可自動(dòng)工作。

另外，此產(chǎn)品也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)天氣狀況，自行判斷是否應(yīng)該伸縮晾衣桿，即用戶(hù)不使用APP，晾衣架也可以自動(dòng)運(yùn)行。此產(chǎn)品可選用輕便的材料制造，同時(shí)在結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行強(qiáng)度與剛度校核，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這樣可安全固定在墻上。

2.2 模型設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)模型前，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)考慮了諸多現(xiàn)存問(wèn)題，并以解決這些現(xiàn)存問(wèn)題為首要目的，設(shè)計(jì)多元控制懸臂式晾衣架的各部分結(jié)構(gòu)和功能。

最終，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)確定以下方案，如圖4所示。

2.3 感應(yīng)裝置

感應(yīng)裝置用來(lái)檢測(cè)天氣情況，雨量檢測(cè)模塊由電路板和控制板組成。電路板中的電阻與濕度成反比，濕度越高，即雨下得越大，電路板的電阻越低，導(dǎo)致輸出電壓跟著降低，控制板將此模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。

工作原理如下：晴天時(shí)，電路板濕度極低，其具有很高的電阻，開(kāi)始下雨時(shí)，雨水會(huì)使?jié)穸壬仙娮枳冃。敵鲭妷簻p小，低于一定程度時(shí)，控制板輸出低電平，否則維持在高電平狀態(tài)。根據(jù)此信息，系統(tǒng)即可判斷是否下雨。

2.4 剪叉式機(jī)械傳動(dòng)裝置

剪叉式機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)由4節(jié)伸縮桿組成，如圖5所示。伸縮桿之間以及伸縮桿和兩個(gè)固定架之間采用螺栓和螺帽進(jìn)行固定，同時(shí)運(yùn)用軸承減小摩擦力。伸縮桿由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)，注重輕量化，沒(méi)有發(fā)揮功能的部位被

挖空，減少質(zhì)量，降低成本。伸縮桿也和電機(jī)絲桿的導(dǎo)軌連接件連接，由電機(jī)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力，帶動(dòng)導(dǎo)軌連接件移動(dòng)，使得剪叉臂伸縮，達(dá)到伸縮衣架的目的。控制系統(tǒng)可以控制電機(jī)輸出功率，從而控制衣架伸縮的快慢。

整個(gè)剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)在模型設(shè)計(jì)中充分考慮了安全問(wèn)題，在細(xì)節(jié)上下了很多功夫，在強(qiáng)度和剛度校核允許的情況下，采用鏤空設(shè)計(jì)，以減小摩擦和減輕質(zhì)量。電機(jī)密封，杜絕短路。同時(shí)，剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在測(cè)試中不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞等問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目的受眾人群為一天中較長(zhǎng)時(shí)間不在家的上班族，他們經(jīng)常會(huì)因?yàn)槊τ诠ぷ鞫浭樟酪录苌系囊路瑢?dǎo)致衣服受潮或被雨淋濕。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本項(xiàng)目研究了一種利用單片機(jī)與傳感技術(shù)的智能化晾衣架，即多元控制懸臂式晾衣架。這個(gè)設(shè)計(jì)主要利用雨滴傳感器和單片機(jī)之間的相互作用，單片機(jī)在這個(gè)設(shè)計(jì)中的作用是處理信息和控制各個(gè)部件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本項(xiàng)目建立了智能晾衣系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)就是操作簡(jiǎn)單、占地面積小、省時(shí)省力，達(dá)到了節(jié)約時(shí)間、使人們的生活方式更加便捷的目的。

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