基于室外晾衣架的智能防护装置设计

2020-04-10陈梦瑶罗文强吴锦钰金炜航胡益峰

现代信息科技 2020年1期

陈梦瑶罗文强吴锦钰金炜航胡益峰

摘要：设计一款具有防护功能的室外智能晾衣装置，根据雨滴、光照、风力等各类传感器来判别是否进行启动收护装置。同时，可利用手机端APP操控衣架的伸缩及防护罩的工作状态，实现对衣物的保护。该系统由单片机控制电路、电机及其驱动电路、衣架装置、护罩装置、温湿度检测电路、雨滴检测电路、光照检测电路、Wi-Fi模块及手机端APP和Web端等组成。

关键词：单片机;智能衣架;收护装置

中图分类号：TP368.12;TS959.9 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）01-0044-03

Abstract：An outdoor intelligent clothes airing device with protective function is designed to judge whether to start the protective device according to rain drop，light，wind and other sensors. At the same time，the mobile phone APP can be used to control the stretching of the hanger and the working state of the protective cover，so as to realize the protection of clothing. The system is composed of MCU control circuit，motor and its driving circuit，hanger device，shield device，temperature and humidity detection circuit，raindrop detection circuit，light detection circuit，Wi-Fi module，mobile phone APP，Web terminal，etc.

Keywords：single chip microcomputer;intelligent clothes rack;collection and protection device

0 引言

傳统的晾衣架不能有效对晾衣环境进行快速探测，对于晾在阳台外面的衣物被风吹掉、被雨水淋湿等现象不能规避，且自动升降晾衣架的升降式结构会限制晾衣架的自动调整能力。云南师范大学、浙江好易点智能科技有限公司等研发了多功能电动晾衣机，通过控制电动机的正反转实现晾衣架的自动伸缩，达到下雨收衣雨停晾衣的效果[1，2]。在上述的研究中，实现对晾衣环境的精准捕获和晾衣架自动伸缩处理，是电动晾衣架设计与研发的重点和难点。本文设计并实现了一种新型电动晾衣架，在采用伸缩式晾衣架设计的基础上增加了电动防护罩装置，不仅实现了对晾衣环境的精确捕获，还具备全天候工作、智能晾衣的优势。

1 总体设计

系统主要由单片机控制电路、电机及其驱动电路、护罩装置、雨滴监测电路、温湿度检测电路、光照检测电路、Wi-Fi通信装置及手机端APP等组成。通过各传感器模块，对光照、温湿度、雨滴进行检测，并将数据发送给STM32单片机进行判断，来控制电机正转反转，实现防护罩的打开与关闭;同时利用Wi-Fi模块与家庭无线网络互联，实现远程手机或电脑的交互操控[1]。

智能晾衣架总体设计如图1所示，由主控制模块STM 32F103芯片、无线通信模块、多种传感器模块、步进电机及其驱动电路、服务器、客户端、手机终端APP等组成。

利用手机端APP查看由智能晾衣架控制系统发送来的传感器监测数据，也可以通过其选择执行不同的控制功能，并将相应的控制信息通过互联网传送到家庭Wi-Fi无线网络，转发至主控STM32单片机模块，进而由核心控制模块根据程序设定实现对护衣罩的实时无线遥控功能。

（a）衣架结构

（b）半护罩状态

（c）全护罩状态

护罩及衣架结构如图2（a）所示，由左右两侧的导轨，防护材料，电机及传动机构等组成。半罩状态及全罩状态的示意图如图2（b）、图2（c）所示。

2 系统硬件设计

2.1 电机控制模块

步进电机在电机应用上能更快速地改变状态与转速，根据普通家庭晾晒衣服的重量情况，选用一种市面上有售的大力矩混合式步进电机，外型与尺寸如图3所示。

（a）侧视图

（b）正视图

电机为两相四线，步距角1.8°，最大电流5 A，输出力矩可达8 N·m，满足晾衣杆速度与拉力要求。同时步进电机有较高的精度，其精度可以达到每步误差在这一步的3%～4%，而且步进电机的误差不会积累[2]。

2.2 传感器检测模块

2.2.1 温湿度传感器

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式湿敏元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷[3]。

2.2.2 光敏传感器CY-30

光敏传感器CY-30是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器，采用BH1750FVI芯片，内置16bit的A/D转换器，直接数字输出，采用IIC总线传输方式，可以与单片机I/O口直接相连。

2.2.3 Arduino雨滴传感器

Arduino雨滴传感器AO模拟输出，可以连接单片机检测滴在上面的雨量大小。DOTTL数字输出可以连接单片机检测是否有雨，配置电位器可调节灵敏度[4]。

通过调节电位器设置一个合适的灵敏度，当检测到有雨时，DOTTL数字输出给单片机，单片机接收到信号后通过电机来控制护衣罩的打开。

2.2.4 风速传感器

风动开关传感器模块。在30～50 s后，检测过程结束，如果环境中风力未达到预设值（默认8 m/s，相当于6级大风），则红灯熄灭，继电器断开，OUT+、OUT-无电压输出。如果环境中有风达到预定值，则红灯亮起，继电器闭合，OUT+、OUT-输出12V DC电压。通过检测电参数的变化从而进行控制。LED1绿灯为输入电源指示灯，常亮;LED2红灯为输出指示灯即工作指示灯，亮起表示输出端OUT+、OUT-有输出、风动开关工作，熄灭则输出端无输出，风动开关处于待机状态。

3 STM32软件设计

以STM32為控制中心，结合各类传感器检测数据，通过控制电机转动以实现护衣罩的自动开启与关闭功能。图4为STM32的程序流程图。

本设计的APP界面如图5所示，运行智能衣架APP，在文本框中输入服务器IP地址，点击网络连接按钮，与服务器建立连接。连接好服务器后，点击开启手动控制，然后选择想要实现的功能，再点击发送指令按钮，将指令发送给服务器，完成控制。APP还能实时显示STM32采集的环境信息。

4 整体测试

通过对智能护衣系统控制系统各模块的性能成功测试，软件程序与硬件系统能够比较好地联动起来;能够实现信息的交互，即APP与Web能控制护衣罩开关，也能接收到STM32发送过来的温湿度信息。STM32可以感受到外界环境的变化，从而控制护衣罩的开关;也可用手动的方式进行护衣罩开关。

5 结论

本设计护衣装置符合当前人们对晾衣架这种生活必需品智能化的需求，该装置集手动与自动于一体，有效地防止了突发天气对衣物损害，满足了大部分家庭室外晾衣护衣的需求。本设计若完善研发，产业化推进，极具市场前景。

参考文献：

[1] 付麟杰，商春雪，李斌，等.具有环境感知功能的智能晾衣架 [J].物联网技术，2017，7（4）：25-29+32.

[2] 李雷刚，黄飞挺，马双斌.多功能电动晾衣机设计研究 [J].科技与企业，2014（6）：318.

[3] 杨幸.应用于智能家居的物联网控制系统设计 [D].大连：大连理工大学，2017.

[4] TB6600步进电机驱动器使用手册 [EB/0L].[2019-10-20].https：//wenku.baidu.com/view/f25014d4804d2b160a4ec001.html.