智能晾衣架

◆福建省詔安第一中學 吳靜怡 沈懷斌

傳統手動晾衣架存在諸多弊端，比如，不能有效應對各種天氣變化、過于笨重、晾曬的衣物若水分過多持續滴水對他人造成困擾、功能單一等。為了讓人們晾曬衣物更方便，有更好的晾曬體驗，我們進行了對晾衣架的智能化探究。

一、設計思路

有了設計智能晾衣架的想法后，我們搜尋了一些市面上常見晾衣架的類型及圖片，對照了各種樣式，最終確定了這樣一套晾曬裝置。

1.用兩個馬達提供動力，采用傳送帶式滑輪結構，方便移動晾衣架。

2.用繩索晾曬衣物，且將其收納后靠近天花板，晾曬時其可伸到房間外面，讓室內保持干爽。

3.在繩索下方安裝可折疊的防水布，當繩索將衣物移到室外晾曬時將帶動防水布展開，避免衣物滴水影響他人。

4.安裝菱形收縮結構，衣物晾曬時放下，不用時上升，并安裝紅外感應器，在5m左右感應到人體后菱形收縮結構自動上升，防止人們不小心撞到。

5.安裝光敏傳感器和雨滴傳感器，在下雨天或夜晚，光敏傳感器和雨滴傳感器接收到外界環境參數，將信息傳遞給主控器，主控器驅動馬達運轉，自動將衣物收回屋內，直到天氣轉晴，驅動馬達重新晾曬。

6.在裝置上方設計烘干及紫外線殺菌裝置，讓衣物在陰雨天也能快速晾干。

7.配置太陽能充電板，設有大容量電池儲電，保證晾衣架用電自給自足。

8.設計手機App連接智能晾衣架。

圖1 智能晾衣架設計思路

二、制作過程

我們利用積木式配件及一些簡易的傳感器搭建一個簡易模型，利用學校提供的材料包及自購材料，通過組裝及編程控制，完成模型的搭建。

1.步驟一

我們選用銷、轉接件、直梁等配件。搭建一個長方體，15孔直梁為長，11孔直梁為寬，9孔直梁為高，作為房屋模型。在一個大長方形的兩條高上，用銷連接馬達，并在兩個馬達上安裝旋轉輪作為主動輪。室內模型部分就完成了。

搭建室外部分時，最初在一個單獨的直梁拼搭而成的長方形上方用轉接件連接從動輪，發現重心不穩易倒塌，于是在其底部用轉接件和銷連接3孔直梁用作支撐。接著我們把單面的長方形與“房屋模型”連接成一個大長方體，一部分模擬室外晾曬，另一部分為室內遮陰。最后用兩根橡皮筋分別連接主動輪和從動輪，模擬晾曬的衣桿。至此，模型拼接完成。

2.步驟二

要實現智能晾衣架的設想功能，編程尤為重要。剛開始，我們借助Scratch軟件以及學校購買配置的資源包進行初步操作。資源包里沒有雨水傳感器，只能先單獨使用光敏傳感器，用光線的強弱模擬晴雨天。

3.步驟三

在裝置中加入紅外傳感器，用紅外遙控器可控制“晾衣架”工作，以遙控手動模式代替手機App物聯網模式。

4.步驟四

完成光敏傳感器所控的自動模式和紅外傳感器的手動模式，兩個程序均可單獨運行，接下來要把兩種程序綜合在一起，且避免兩個程序之間互相影響。

5.步驟五

因為主控板接口不足，我們便嘗試將已調試好的光敏傳感器轉化成雨水傳感器，之后編程，調試成功后連接總程序，替換原先的光敏編程。這樣，作品的大致框架便完成了。

6.步驟六

把主控器安裝在房屋模型的“屋頂”上，固定紅外傳感器和雨水傳感器，用魔術貼固定電池，讓所有模塊都能正常運行。隨后，我們還安裝了一個顯示屏，其能及時顯示人們對紅外遙控器或雨水傳感器的操作，通過“（Dry）Hang Clothes（晾衣服）”和“（Wet）Collect Clothes（收衣服）”等文字來提醒用戶。

這樣，一個既可以用紅外控制又可以感應雨水的智能晾衣架就完成了。

圖2 智能晾衣架模型外觀

圖3 智能晾衣架實物構思圖

三、系統設計

系統主要由Arduino Mega2560單片機系統、傳感器模塊、無線收發模塊、電機控制模塊、狀態顯示模塊等組成。

系統分自動模式和手動模式。手動模式由無線收發模塊控制，手機發出控制信號，電路板接收端接收信號并執行。自動模式依靠分析傳感器獲取的環境參數進行控制。

使用時，系統先進行模式判斷，如果是手動模式，則系統根據指令反應，馬達正轉時晾衣架伸出，馬達反轉時晾衣架收回。如果是自動模式，系統會根據環境自動調節工作狀態：天氣晴朗，晾衣架伸出；天氣陰雨，晾衣架收回。

四、系統測試

系統各個模塊組裝完成后，將程序導入進行測試。打開電源，系統默認為自動模式，干燥狀態時馬達正轉，晾衣架伸出。往雨水傳感器上滴水，傳感器檢測到濕度增加，馬達反轉，晾衣架收回。換成手動模式，遙控器按“正轉”即伸出，“反轉”即收回。

五、創新點

加裝防水布，采用馬達→傳送帶→滑輪式傳送與菱形收縮結構結合，采用物聯網信息交流，配備紅外線防撞設施，能根據天氣情況進行晾曬，并使用太陽能板供電，環保節能。

作者心聲

吳靜怡 ：科技擁有無限可能

很感謝有這樣一次實踐機會。在這個過程中，我學會了編程語言，學會了反復質疑推敲，學會了堅持，也意識到自己還需要更加努力學習。在科技創新道路上，我增長了許多知識，領略了許多風景，這將成為我人生中一段難忘的記憶。成功的喜悅、挫折的接踵而至、思維凝澀的愁緒等，都讓我倍感珍惜。

沈懷斌：人機交流的秘密

從生活中發現問題，與同伴討論問題，再到想辦法解決，我從中獲得了成就感。一直很好奇，機器如何與人交流？又如何讀懂我們所說的，并去執行我們預想的動作與任務？

原來，機器也有自己的語言——編程，這也是人與機器交流的橋梁。但機器不懂得隨機應變，因此，在人機交流時，人不僅需要思考如何表達，還需思考機器如何接收人類的想法，如何為機器構建“神經系統”，這就需要我們具備更嚴謹的工作態度和清晰的邏輯思維。

專家點評

對于中學生來說，吳靜怡、沈懷斌同學的智能晾衣架是一件具有一定改進意義的高技術含量作品。通過這個項目的實施，兩位同學的科學探索、技術應用等能力都有一定的提升。但是，怎樣通過真正的創新活動培養自己的原創能力？值得大家思考。

邁克爾·法拉第是英國物理學家、化學家，也是自學成才的著名科學家，他的原始性創新能力極強，原始性創新就是要解決別人未解決的問題。我們該從法拉第身上學習些什么呢？

首先，養成高尚的品格。法拉第具有嚴于律己、寬以待人、淡泊名利等高尚品格，這讓他能不為潮流所動，始終奮斗在自己最感興趣的領域。

其次，將興趣和事業結合，這樣取得成功的機會更多，成本也更低。

再次，大膽提出問題。要想提出有價值的問題，就必須養成獨立思考的好習慣、多問為什么。

最后，善于解決問題。有問題就有了努力的方向，就要千方百計地去解決問題，尤其要不斷思考、嘗試。