自动收衣系统设计研究

摘要：文章所述设计是一种基于单片机控制的自动收衣系统，通过雨量传感器、风速传感装置来控制电动机的正反转，达到晾衣架的伸缩效果，下雨自动收衣，雨后自动晾衣，实现自动晾收衣服。文章从设计框图、硬件线路及程序等方面来说明自动收衣系统的功能与设计过程。

关键词：自动收衣系统；单片机；雨量传感器；风速传感装置；自动收缩 文献标识码：A

中图分类号：TP368 文章编号：1009-2374（2015）19-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.016

1 概述

随着社会的进步、经济的发展，人们的生活水平越来越高，人们也越来越青睐各种智能化、自动化家具产品。目前人们所使用的晾衣架多为不能随外界环境变化而自动收缩的传统类型。假如住户有事在外，那么如果下雨或者刮大风，传统类型的晾衣架就达不到使晾晒的衣物避雨、避风的功能。目前市场上各种品牌的不同档次的电动晾衣架很多，其电动工作方式大多是垂直升降型，操作方式大多数是使用手动按钮控制或无线遥控操作。而本文设计的自动收衣系统能根据天气情况自动晾晒衣物，下雨或刮大风时能自动把衣物收回阳台遮雨篷以避免雨水淋湿衣物或大风吹走衣物的功能。

2 自动收衣系统的结构

本产品主要由处理器、主控面板、雨量传感器模块、风速传感装置模块、电源模块、减速电机等模块组成（详细系统框图见图1）。

图1 系统框图

2.1 自动收衣系统的传动机构

本设计的自动晾衣架与晾衣架相配套的遮雨布安装在阳台，机械部分是在普通不锈钢管晾衣架两端各安装一个滑轮和光轴，再穿入钢丝绳，由电机控制其上升/下降，另一个电机控制不锈钢管向前/向后运转，达到晾衣架的伸缩和上升、下降的效果。左、右两侧支架的前后端分别安装有限位开关，控制其运动行程，当螺母运动到极限位置时，限位开关动作，使电动机停止运行。

2.2 自动收衣系统的工作原理

本文从实用角度出发，设计了自动控制和手动控制两种工作模式，且可自动在自动控制和人工控制两种工作模式之间切换。在自动控制模式下，该系统可以实时感知天气变化，实时控制晾衣架的自动伸缩。当天晴时，通过温湿传感器和风速传感器检测户外空气的温度、湿度和风速，并将信号传递给单片机，将接收到的信号进行分析之后，单片机发出相应的控制信号驱动电机使晾衣架伸出，当晾衣架完全伸出时，限位开关动作并将信号传递给单片机，使晾衣架停止继续伸出，从而达到晴天自动晒衣的功能。下雨或刮大风的时候，利用雨量、风速传感器检测雨滴和风速，并将信号传递给单片机，单片机发出相应的控制信号驱动电机使晾衣架收回，当晾衣架完全收回时，限位开关动作并将信号传递给单片机，使晾衣架停止继续收缩，从而达到雨天自动收衣的功能。在人工控制模式下，通过人机对话，可人工控制晾衣架的伸缩。当用户需要收回衣服时，只需按下收衣按钮，即可将衣服收回；当用户需要晾晒衣服时，只需按下晒衣按钮，即可将衣服伸出晾晒。此外，为保护传感器使晾衣架能够正常工作，当晾衣架工作在人工控制模式时，温湿度传感器和风速传感器会自动停止工作，这样既节约了电能，又延长了传感器的使用寿命。

图2

3 硬件电路设计说明

3.1 单片机控制模块

P2.6、P2.5：该两个按钮是带锁的白色按钮；P2.4、P2.3：该两个按钮是不带锁的黑色按钮；P2.2、P2.0：是给1602作为写入数据，读出数据用的；P1.0、P1.1：是用来分别导通2个接触器J1和J2；P1.2：当雨量传感器有反转信号时候，这个I/O口设置为低电平，然后LED红灯就会导通；P1.4：雨量传感器的信号线；P3.4：测量光电传感器的脉冲数。

3.2 电机模块

当继电器J1闭合时：J1常闭触头断开并且常开触头闭合。此时，电流通过LED灯DS3和电机M1。当继电器J2闭合时：J2常闭触头断开并且常开触头闭合。此时，电流通过LED灯DS2和电机M1。若电机J1和J2同时得电，LED灯和电机都不动作。

3.3 雨量检测模块

图3

VCC通过上拉电阻R15回到P1.4等待三极管Q3导通。

当有导电物体碰到雨量传感器的时候，三极管Q3就会被导通，P1.4的电平拉低，单片机就得到一个反转信号，同时M2电机开始运转，加快雨量传感器的风干。

3.4 风力检测模块电路

二极管部分：VCC通过1K电阻限流，然后导通红外的LED二极管再回到负极。三极管部分：VCC经过上拉电阻10K，回到TL0保持高电平，等到三极管导通。当红外LED被导通时，三极管得到电流信号导通，TL0就被拉到低电平，当有障碍物阻挡红外LED灯的时候，三极管就会断开，TL0又被拉到高电平。利用这个通断的原理，通过不同导通频率来检测出风力。

4 自动收衣系统的软件设计

系统软件设计包括主程序设计和多个子程序设计。

图4

5 试验及应用验证

该自动收衣系统样机做成并安装好后，对其进行了模拟降雨试验，通过人工加湿的方式反复进行了多次试验，其中有98%次成功实现智能收衣，保证衣物未被雨水淋湿。

6 结语

本文设计的基于单片机的自动收衣系统，以直流电机作为动力源带动滑轮机构从而实现电动晾衣和收衣功能，直流电机采用继电器电路进行控制，操作方便，同时通过雨量传感器检测天气的变化并自动控制直流电机运转，实现降雨时自动收衣的功能。经过试验及实际应用验证表明，该系统安装使用方便，智能检测雨滴、风速、湿度等因素，自动收衣晾衣成功率高，可实现无人监控，具有较好的应用前景。本设计已获得两项国家实用新型专利，编号：201420438559.8，名称：《一种基于雨量检测和风速检测的智能晾衣装置》；编号：201420438602.0，名称：《一种风速传感装置》。

参考文献

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[2] 张策.机械原理与机械设计（上、下）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 王桂荣，李宪芝.传感器原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.

[4] 杨友平.基于89C51实现智能晾衣架控制系统设计

[J].机械工程与自动化，2011，（12）.

作者简介：彭金莉（1985-），女，广东广州人，广州市公用事业高级技工学校教师，电子技术讲师，研究方向：电子技术。

（责任编辑：周 琼）