一種智能電動晾衣機的設計探究

摘要：隨著現代城市的快速發展，很多人已經沒有足夠的精力處理日常事務。例如：如何在天氣晴朗的日子里把衣物曬干就成了一個難題。為了解決這一問題，人們著手研究如何讓一臺“活”的晾衣機可以幫助人們將衣物整理好。在綜合研究了幾種智能家庭系統后，對MCU進行智能控制的研究后，得出了更好的設計思想：采用STC89C52單片機來實現對數據的采集和存儲；同時，使用傳感器來探測晾衣機周圍的溫度、光照強度和是否下雨，并由單片機將探測到的信息與預置的值相結合，然后做出判定，驅動電動機正向或反向轉動，實現對衣服的智能化晾曬。另外，系統可以設置手動、自動、定時3種工作方式，以滿足不同使用者的需求。

關鍵詞：晾衣機；STC89C52；自動控制；傳感器

DesignExplorationofanIntelligentElectricClothesDryer

ZHAOZhichaoYUZhengtaoNIJun*LIUTaoLVZhao

ZhejiangHooeasySmartTechnologyCo.，Ltd.，Jinhua，ZhejiangProvince，321015China

Abstract：Withtherapiddevelopmentofmoderncities，manypeoplehavenothaveenoughenergytodealwiththeirdailyaffairs.Forexample，howtodryclothesonsunnydayshasbecomeaproblem.Tosolvethisproblem，peoplebegantostudyhowtomakea"living"clothesdryerthatcanhelpustidyupclothes，AftercomprehensiveresearchonseveralintelligenthomesystemsandintelligentcontrolofMCU，abetterdesignideaisproposed：UsingSTC89C52microcontrollertoachievedatacollectionand storage;Atthesametime，sensorsareusedtodetectthetemperature，lightintensity，andwhetherthereisrainaroundtheclothesdryer.Themicrocontrollercombinesthedetectedinformationwiththepresetvalues，andthenmakesajudgmenttodrivethemotortorotateintheforwardorreversedirection，achievingintelligentclothesdrying.Inaddition，thesystemcanalsosetupmanual，automaticandscheduledthreeworkingmethods，tomeettheneedsofdifferentusers.

KeyWords：Intelligentclothesdryer;STC89C52;Automaticcontrol;Sensor

隨著科學技術的發展和社會的發展，人民的物質生活也在逐步改善，對高品質生活的追求越來越強烈，智慧生活也漸漸走進了人們的視線。家電、照明、防盜報警燈等是智能生活的重要組成部分，這也推動了各國在智能家庭領域進行了更多的研究，推動了人類邁向真正的智慧生活[1]。然而，在各種關于智能家居的研究中，國內對戶外衣物晾曬并未給予足夠的關注和研究，大部分還是以室內陽臺晾曬為主。

• 研究現狀

晾衣可能是人們目前日常生活中常做的事情，所以，晾衣機也成了人們生活中的必需品，推動生活的智能化[2-5]。國內外研究學者對晾衣機做了很多研究。WANGX等人[6]制作了一款晾衣機，具有自動掛衣、伸出晾衣、烘干、自動升降、定時、消毒等功能。StastnaM等人[7]設計出了一個基于GPS或Wi-Fi模塊以實現烘干衣物的App，通過GPS定位用戶位置后采用吸收空氣水分的計算方式，給用戶提供晾衣方案。WongYQ等人[8]對衣物無法充分得到晾曬的情況分析后提出了一種擁有風扇模式加熱模式、風扇和加熱模式及交替模式的晾衣機。在智能化越來越普及的情況下，人們的生活模式也在隨之變化：智能窗簾、智能家電、智能晾衣機等智能化高科技產品相繼推出，并越來越貼近消費者的內心[9-10]。近年來，智能晾衣機作為眾多智能家居中的一個分支，深受消費者的喜愛。

本設計可以通過按鈕實現自動模式和手動模式的切換，在自動模式下，溫濕度和光照強度傳感器對室外的溫度和光線狀況進行探測，獲得當前的天氣信息，并將此信息傳送給微處理器。在此基礎上，單片機將探測到的數據與預定值進行對比，并做出判定，驅動電機動作，向前或向后旋轉，實現對衣服“晾衣”和“收衣”的智能化晾曬。

2.系統設計

2.1系統設計框架圖

從圖1中可以看出，該系統的整體設計框架，該系統采用STC89C52單片機作為主要核心模塊，利用溫度、濕度傳感器、光敏電阻等輔助監測設備對外部環境進行監測，并將采集的數據傳送到微處理器，由微處理器驅動電機旋轉，從而實現對衣服的晾衣和收衣。

2.2系統組成

該系統由單片機控制、溫濕度檢測模塊、光照強度檢測模塊、雨滴檢測模塊、電機傳動模塊、按鍵開關及顯示等模塊構成。其中，溫濕度檢測模塊用于對晾衣機附近環境溫度和濕度信號進行實時監測；光照強度檢測模塊用于獲取戶外衣架附近的光線信息；雨滴檢測模塊可以通過雨滴掉落后改變電容值來判斷外界的天氣；單片機對接收到檢測模塊的信號處理后，將結果輸出到電機傳動模塊，推動電機正向或反向轉動，以驅動晾衣機完成“晾衣”“收衣”等動作；按鈕切換組件用于設定3種工作方式，以及在人工模式下，通過按壓晾衣機上的各種按鈕，達到“晾衣”“收衣”等功能；顯示模塊主要用于顯示室外溫度、濕度和時間等數據。

2.3控制系統核心選擇

本文選用STC89C52單片機來實現對數據的采集和存儲，配合新型的自動晾衣機結構。STC89C52單片機采用8位架構，具有良好的性能和較低的功耗。系統穩定可靠，抗干擾性好。具有良好的程序編制能力及性格特點，在許多工控領域及嵌入式應用中均能發揮良好的控制作用。

2.4溫濕度檢測模塊選擇

溫濕度傳感器設計人員選用DHT11傳感器，它集溫度和濕度測量于一身，并將其作為一個數字信號來進行測量。盡管程序比較煩瑣，但是它的周邊線路非常簡單，可以從MCU的IO端口上直接讀出。

2.5光照強度檢測模塊選擇

光照強度檢測模塊，設計人員利用光敏電阻器進行。光敏電阻器的阻值與所處的周圍光線的強弱有關，并且隨著光線的強弱而改變。將該阻值轉換為電壓信號，再通過電壓對比電路進行對比，獲得電平信號，從而了解外界光線強度。該光敏電阻器的設計比較簡單，工作穩定，通過一個簡易的加工線路就可以滿足該系統的需要。

2.6雨滴傳感器選擇

雨滴傳感器功能是對有無降水以及雨量大小進行探測。在本設計中采用了一種結構簡單，使用壽命長，輸出信號良好的雨滴傳感器YD-A1。它由5.0cm×4.0cm面積超大電極感應，使用寬電壓LM393比較器，雨滴滴落在電極上會改變電容值，通過電容量的變化，確定是否有雨滴降落。容量式雨滴傳感器對環境中的濕度變化非常敏感，并且能夠提供高精度的雨滴檢測，適合應用于智能電動晾衣機。

3.機械系統設計

3.1智能電動晾衣機的結構設計

現在市場上的晾衣機功能和種類層出不窮，種類繁多，市場上常見的晾衣機采用的是剪刀式鉸接方式來驅動晾衣桿伸開或收縮，其結構示意圖如圖2所示。這個晾衣機主要的操作模式為手動操作，須手動去操作剪刀鉸架完成展開和收縮。無法隨著外界天氣的變化而去完成晾衣收衣動作，而且無法切換模式，這是其智能化程度低的一個重要體現。

考慮到傳動的精準度，設計人員采用螺紋絲桿傳動方式，將以上兩種方式結合起來，所設計的智能電動晾衣機整體結構的設計如圖3。

3.2智能電動晾衣機的工作原理

從智能電動晾衣機實現的工作原理如圖4所示。本設計可以在自動控制模式和人工操作模式下切換，在自動控制模式下，通過單片機發出指令信號，電動機正向運轉時圓錐齒輪帶動絲桿，帶動下傳動桿沿導向柱向上移動，使兩個鉸接剪刀間距縮小，從而將伸縮衣架組件展開，達到晾衣目的。當電動機反向運轉時，同樣通過圓錐齒輪帶動絲桿，帶動下傳動桿沿導向柱向下移動，使兩個鉸接剪刀間距增大，從而將伸縮衣架組件收縮，達到收衣目的。在人工操作模式下，可通過手柄的正向或反向旋轉來達到晾衣和收衣操作。

4.結語

經過對系統的長時間運行和各種條件下的測試，可以得出以下結論。

（1）系統在正常工作狀態下，通過傳感器能夠準確地檢測室外環境的溫度、濕度、光照強度及降雨等情況，并將信號傳輸和預設的條件進行對比后自動切換晾衣和收衣模式。

（2）系統的人性化設計使操作變得更加簡便，用戶只需通過簡單的按鍵操作，即可實現在手動和自動兩種工作模式之間切換。

（3）系統具有較高的智能化水平，能夠根據環境變化實時自動進行調整，從而實現節能和便捷的目的。

（4）經過多次測試和調試，系統的性能得到了充分驗證，滿足了我們預期的設計目標。

參考文獻

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[3]李澤軍，倪俊，王琳，等.基于TRIZ創新的高性能烘干晾衣機設計[J].科技資訊，2024，22（4）：116-123.

[4]王亞飛.電動晾衣機自動送檢裝置的研制[D].杭州：浙江理工大學，2021.

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[7]StastnaM，DvorakJ，SelamatA，etal.Predictionofconditionsfordryingclothesbasedonareaandtemperaturedata[J].Springer，Cham，2017（LNCS10486）：57-69.

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[10]蔡偉強，劉玉剛，黃曉新，等.淺談家居智能化發展[J].科學技新，2019（32）：83-84.