基于物聯網的智能防雨晾衣架設計與試驗

張立勇 ， 王文軍

（荊州職業技術學院，湖北 荊州 434020）

1 設計背景

晾衣架在人們的生活中被廣泛使用，目前市場上很多晾衣架都是安裝在室內陽臺上，由于空間內部相對密閉、通風效果差、采光不足，導致衣物晾曬效果不佳[1-3]。雖然有部分廠家生產的晾衣架可以安裝在室外，但是遇到下雨天氣，若無法及時收納衣服會導致淋濕。基于此，研究小組設計了一種基于物聯網的智能防雨晾衣架裝置系統。

2 機械結構

該款智能防雨晾衣架結構三維模型如圖1所示，主要包括U形滑軌晾衣架和伸縮式防雨篷。其中U形滑軌晾衣架主要起收放和晾曬衣服的作用，伸縮防雨篷主要起防雨防淋濕的作用。當晾曬衣物時，防雨篷為收縮閉合狀態，且掛鉤聚攏回縮在滑軌兩端，用戶只需將衣物依次掛在U形架兩端的晾衣掛鉤上，通過遙控或手機APP控制晾衣掛鉤運動，即可使衣物均勻分布在晾衣架上。收取衣物時，通過遙控或手機APP讓晾曬好的衣物依次回收到U形架兩端起始位，便可取下衣物。在衣物晾曬的過程中，如果遇到下雨而來不及收取衣物時，通過雨滴傳感器可以自動實現防雨篷打開，防止衣物被淋濕。當不下雨時，防雨篷縮回，繼續晾曬。該裝置實物模型如圖2所示。

圖1 智能防雨晾衣架三維模型

圖2 智能防雨晾衣架裝置

3 電氣設計

3.1 系統原理

智能防雨晾衣裝置系統原理如圖3所示，該系統包括兩種運行模式，即手動模式和自動模式[4]。手動模式狀態下，防雨篷可通過按鍵開關控制防雨篷的打開和閉合，按下打開按鈕時，防雨篷打開伸展，實現防雨功能。按下閉合按鈕時，或者通過手機APP按鈕，防雨篷閉合收縮。當需要晾曬衣物時，按下展開按鈕開關，或者通過手機APP，使U形滑軌中的掛鉤展開，實現晾衣功能。按下縮回按鈕時，U形滑軌中的掛鉤縮回，實現收衣功能。自動模式狀態下，由物聯網平臺收集雨滴傳感器數據，通過對采集到的模擬數值與預設標定模擬值進行比對判斷，當模擬數值小于預設值時，觸發防雨篷電機正轉，進而打開防雨篷，實現自動防雨功能。當模擬數值大于預設值時，觸發防雨篷電機反轉，進而收縮防雨篷，實現晾曬功能。

圖3 系統原理框圖

3.2 系統組成及硬件連接

智能晾衣架系統主要由遠程通信、環境感知、控制系統、機械控制四部分組成[5-7]，系統框圖如圖4所示。

圖4 系統框圖

1）遠程通信主要由WiFi通信、手機APP、按鍵控制組成，利用手機對ESP8266模塊進行網絡配置[8-9]，進而可以通過手機遠程控制或按鍵遙控控制晾衣架。

2）環境感知系統由雨量傳感器實現，可讀取外界雨量大小，然后將模擬信號發送給單片機，通過數據分析比較，進而實現防雨篷的自動打開和閉合。

3）控制系統主要包括單片機和物聯網開關，主控芯片采用 STC89C52RC 單片機，對接收到的傳感器信號進行判斷比較，從而控制物聯網開關的閉合。

4）機械控制部分主要由U形滑軌電機和防雨篷電機組成，U形滑軌電機的正反轉可以實現滑軌上晾衣掛鉤的縮回和展開，防雨篷電機的正反轉可以實現防雨篷的打開和關閉。

晾衣架控制系統電路硬件模塊連接如圖5所示，主要由八路繼電器、M4物聯網模塊、單片機、電源線、雨水傳感器等硬件組成。系統工作時，雨量傳感器實時采集雨量數據，采集到的模擬信號將傳送給單片機，單片機對采集到的信號數據與標定值進行比較，根據判斷邏輯控制對應繼電器的開閉，進而控制防雨篷電機和滑軌電機的正反轉[10]。

圖5 控制系統電路硬件模塊連接

3.3 軟件設置

參照晾衣架智能防雨系統原理框圖，在手機物聯網管理平臺APP界面進行參數設置和模式管理，在物聯網管理平臺設定好的智能防雨晾衣系統界面如圖6所示。該界面可以實時監控雨滴傳感器AINO的信號值。

圖6 手機APP界面圖

4 試驗

4.1 淋雨試驗

為了驗證晾衣架智能防雨系統方案的可行性，在室內利用噴水壺定點噴射傳感器進行淋雨模擬試驗，試驗材料和噴水試驗效果如圖7所示，雨滴傳感器安裝位置與水平夾角為45°，試驗過程中，每秒用噴壺向傳感器定向噴射1次，連續噴射1分鐘，然后停止噴射，靜置5分鐘后再次噴射，查看傳感器反饋的信號曲線圖，并觀察雨篷打開狀態。按照上述步驟重復進行6次測試，物聯網管理平臺反饋的雨滴傳感器信號曲線圖如圖8所示。

圖7 試驗材料和噴水試驗效果

圖8 雨滴傳感器信號曲線圖

參考雨滴傳感器信號曲線圖8，將每次淋雨測試時雨滴傳感器反饋的模擬量的最大值和最小值進行記錄，當防雨篷處于圖9（a）和圖9（b）時，則分別判定防雨篷為打開狀態和關閉狀態，得到雨滴傳感器數據表，如表1所示。

圖9 防雨篷狀態圖

表1 雨滴傳感器數據表

4.2 試驗結果分析

由圖8和表1分析可知，連續噴水時，雨滴傳感器檢測到雨滴，其檢測數據模擬量傳感器立刻發生變化，模擬量數值不斷降低，從初始255降低至90以下，繼續噴水時，其數值不再發生較大變化，且防雨篷打開。當停止噴水時，雨滴傳感器數值緩慢回升，且回升數模擬量最大值不超過180，此時防雨篷收回。當繼續向傳感器噴水時，其模擬量數值繼續下降，通過6次測試數據對比發現，雨滴傳感器檢測到水滴時，其模擬量最小值低于90以下，模擬量最大值不高于180，但是隨著時間延長，雨滴傳感器上的水逐漸蒸發以后，其模擬量會達到220以上。因此，防雨篷自動打開和關閉的邏輯判斷條件為：防雨篷打開時，雨滴傳感器模擬量通道數值AINO<90；防雨篷關閉時，雨滴傳感器模擬量通道數值AINO>180。

5 結論

1）晾衣架的防雨篷遇水能自動打開和回縮，驗證了基于物聯網系統智能防雨系統設計方案的可行性。

2）該裝置淋雨試驗結果表明，防雨篷自動打開和關閉的邏輯判斷條件為：防雨篷打開時，雨滴傳感器目標參數值AINO<90，防雨篷關閉時，雨滴傳感器目標參數值AINO>180。

3）該裝置解決了戶外晾曬淋雨的問題。下雨時，通過雨滴傳感器檢測到雨水，控制防雨篷自動打開，避免衣物淋濕。基于物聯網系統，當室外下雨時，由于工作來不及收納衣物時，可以通過手機APP遠程控制防雨篷的打開和關閉，實現防雨的功能。通過試驗初步驗證了該裝置的實用性。