智能晒衣杆系统设计

2019-05-07李志远汪华斌罗中良

日用电器 2019年4期

李志远汪华斌曾志罗中良

（1.惠州市仲恺高新区项目管理运营有限公司惠州 516009）

（2.惠州学院电子信息与电气工程学院惠州 516007）

引言

随着社会的进步，人民的生活水平不断提高，人们对于很多家居产品要求升级到自动化、智能化和网络化。智能晾衣架就是针对传统晒衣杆固定在阳台或者窗外可能遭遇风吹雨淋而进行升级的智能化产品。目前，国内的智能型晒衣架主要是安装在阳台顶部，通过电路、开关等控制其收缩或是展开，主要目的还是为了美观以及避免使用撑衣杆，只能说是利用了机电一体化的控制，智能程度还是比较低。本问设计的智能晒衣杆是能够根据外界的天气情况，检测周围环境的温度、湿度以及光照等，自动调节其收缩或是展开状态。当住户不在家的时候，还可以通过短信的方式实时监测周围环境，并能够利用手机直接控制晒衣杆的收缩以及展开。

1 总体设计方案

结合光照、温湿度、雨水等环境因素对晾衣的影响和对晒衣的要求，本文设计设计的智能晒衣架功能包括：

1）监测下雨情况，确保接收到雨滴的时候能够有足够的时间将衣物收好；

2）检测并根据环境光照好坏、湿度是否过大等情况能够自动收起和自动伸出晾晒；

3）具有远程控制功能，满足业主自己根据环境和需求控制晒衣杆的收起和伸出等。

根据功能需求，系统总体设计方案如图1所示。

系统主要由单片机构成，通过检测外部环境参数进而实现晒衣架的工作与执行，并能够通过短信进行控制系统的晒衣杆的收起和伸出，结合我国建筑的阳台或窗户的外观形状，设计了晾衣杆外部结构如图2所示。

由于传感器是需要实时检测外部环境参数的，因此需要时刻放置于室外，同时设计中采用步进电机与两行程开关进行位置控制，保证晒衣的安全，避免步进电机开环控制导致的系统故障，为系统拥有高的可靠性提供了有力保障。

2 系统硬件设计

系统中MCU采用51系列单片机，GSM采用串行通信口，温湿度传感器采用单总线方式。光照强度、伸展和收起位置采用行程开关、、伸缩杆电机控制等分别与MCU的I/O口连接，主要MCU电路设计图如图3所示。

图1 系统设计方案图

图2 晒衣杆外部结构原理图

图3 系统主控电路及接口

图4 SIM800外部引脚接口图

2.1 GSM通讯模块与接口电路设计

设计中选用的GSM模块为SIM800C，其引脚功能图如图4所示。模块与MCU接口采用串口通讯方式，即TXD、RXD分别与MCU的RXD、TXD对应连接。

2.2 温湿度检测与接口电路设计

考虑到实际晒衣对温湿度测量精度要求不严格，故设计中采用选用性价比较好的温湿度集成传感器DHT-11作为温湿度检测模块，其湿度检测范围为相对湿度20 %～95 %，温度为0～50 ℃，传感器与MCU连接方式如图5所示。

2.3 环境光照强度检测电路设计

光照强度检测的方式有很多，如光敏二极管、光敏三极管以及光敏电阻等，这些器件都有一个共同的特性，那就是能够根据外部光照强度进行信号的输出。设计中采用线性度较好的光敏电阻作为系统的光照强度传感器，设计电路如图6所示。

设计中考虑到实际环境光照的变化和电路系统内部噪声会导致光照强度检测误差较大。电路设计中特别采用硬件+软件滤波的方法，其中硬件滤波电路采用一阶无源低通滤波；而软件滤波采用中值滤波算法，经测试检测性能较好。

2.4 伸缩杆步进电机驱动设计

设计中采用MX1508驱动芯片作为步进电机驱动控制，其为低压的运动控制应用的直流电机驱动解决方案。驱动芯片内电路部集成了两通道采用N沟和P沟功率MOSFET设计的H桥驱动电路，该电路具备较宽的工作电压范围（2～9.6 V）。芯片内置过热保护电路。通过驱动电路的负载电流远大于电路的最大持续电流时，受封装散热能力限制，电路内部芯片的结温将会迅速升高，一旦超过设定值 (典型值150 ℃)，内部电路将立即关断输出功率管，切断负载电流，避免温度持续造成的安全隐患。MX1508与MCU接口连线图如图7所示。