STM32智能化技术下晾晒棚的设计与开发

车文龙，吴夏芝

（蚌埠学院理学院光电实验中心，安徽蚌埠，233030）

0 引言

目前我国关于环境因素自调节技术与控制系统的研究相对缺乏，阻碍了智能化工业晾晒棚的设计与研发，进而使相关领域的发展受到制约。因此，为了全力推进我整体工业技术水平，结合STM32智能化技术对晾晒棚进行更加完善的设计与开发，通过对环境变化的监控来维持良好的棚内条件，实现晾晒棚的现代化建设。

1 晾晒棚应用概述

晾晒棚中的曲臂装置与机械装置在受到弹簧作用力的影响下，产生伸缩张力，使晾晒棚的棚面进行收缩运动，曲臂装置能够完成8°-70°的角度调整，利用手动曲柄与遥控操纵进行系统控制。晾晒棚的制备材料有铝合金、锌合金、钢板、聚丙烯PP以及ABS树脂，其中螺蛳与螺栓是通过钢材料制备而成，最长能够延伸出4米。考虑到晾晒棚的曲臂自重较大，需要将其设置在较为牢固的墙体上，且能够得到实际使用的范围是由局限性的。现有的晾晒棚所具备的功能较为单一，在复杂天气情况下不具备智能使用条件。基于此，再以STM32为核心的基础上，设计并开发出智能程度高的晾晒棚具有现实意义[1]。

2 晾晒棚构建元素的确定

2.1 STM32智能化技术下晾晒棚基础支撑结构

智能化晾晒棚是通过X型剪式伸缩机构进行组建的，其通国三个型剪式伸缩机构相互连接，共同组成一套独臂，棚面就是通过左、右两套独臂撑起来的。双臂与墙垂直，与墙近一侧的型剪式伸缩机构进行固定，同时保证另一端能够完成移动动作，完成晾晒棚的打开与闭合。同时，通过使另一段进行位移运动，来改变晾晒棚向外衍生的长度。与曲臂结构相比，X型剪式机构的质量更轻，对墙体的依靠性没有那么强，且日常维护较为便捷，可靠性更强，能够应用在两层以上的建筑中。曲臂结构下的晾晒棚，由于结构组成较为复杂，所以无论是电控还是人工，操作与维护都较为困难，且对二层以上建筑物的适应度较低。因此，在对晾晒棚进行设计时，重点研究了支撑结构的伸缩性能，减少对外部环境的依赖与影响。

2.2 动力设备

晾晒棚利用减速电机获取动力支撑，在晾晒棚的两侧配置之久减速电机，将靠近墙的X型剪式机构可移动的一端与齿条相互连接，在直流减速电机中安装齿轮，之后将其嵌入齿条，以此利用对减速电机旋转动作的控制来调节晾晒棚的打开与闭合。通过外部温湿度监测控制处理器判断外部环境，当湿度达到控制数值，减速电机正转，低于规定数值后，减速电机反转。同时，在齿条的两侧设置相应的相位开关，规避减速电机过渡旋转的现象。直流减速电机具有较强的力矩，能够完整带动晾晒棚的开合动作。直流减速机的可靠性更好，在传动简单的基础上，还具备力矩大、振幅小、能耗低的优势[2]。

2.3 电源的选择

关于晾晒棚的供电方式，选取的是市面上应用较为广泛且应用技术较为成熟的锂电池。选择锂电池的原有有以下几点。首先，锂电池单位密度所储存能量比其他电池种类更高即相同质量的电池，锂电池可以提供更多的能量；其次，锂电池电压平台较高。任何电池类型在充、放电的过程中都会出现一定程度的电压波动，从而导致硬件的非正常损耗。但是，锂电池所产生的波动相对较小、较稳定，实际应用效能由于其他种类的电池；再次，锂电池的自放电率较低。在制备电池材料中，会存在一定的杂质，电池材料中的杂质会降低电池的放电负荷，造成过多能量的流失。锂电池则具备较长的保质期；最后，锂电池不具备记忆效应。经过长时间使用，电池内部会出现结晶物质，造成此物质的出现是由于放电不完全，进而使电池容量出现暂时性的减少，但是由于锂电池不具备记忆效应，所以锂电池的使用寿命长于其他种类的电池。

3 晾晒棚系统的规划与检验

3.1 硬件控制系统的设计

智能化晾晒机的控制系统以STM32为核心，建立在ARM核的32位微控制器的基础上。STM32单片机具备更强的输出能力与扩展能力，同时运转速率快、芯片保护性能强，有效减轻了晾晒棚系统中软、硬件的负载。

为实现晾晒棚的智能化开合，设计引入湿敏传感器，利用对外界湿度的变化监测，调节控制电机的转向，如果外部正处于下雨环境，则湿度相对较大，设计程序中规定湿度超出标准数值则控制电机进行正转活动，打开晾晒棚，保证棚内的干燥程度；当监测出外部湿度相对较低，则将晾晒棚收回。利用限位开关来控制电机的正反转，电机中齿条转至规定位置将会触碰到限位开关，通过限位开关将电机进行关闭，等候外部环境的再次变化。

3.2 软件控制系统的设计

智能化晾晒棚软件控制系统属于物联网技术范畴，所以本系统框架是建立在物联网三层结构的基础上，系统机构共分成3部分，分别是感知层、网络层以及应用层，软件系统控制架构如图1所示。

图1 晾晒棚软件系统控制架构

智能化晾晒棚的控制系统中的最低层是感知层，通过在棚内设置传感器与摄像头，并为设备传输回的数据信息建立收集数据信息与实施画面检测的功能模块。其中传感器包括温/湿度传感器、二氧化碳传感器、光照传感器等一系列环境监测传感器，并将相关数据信息传输至云服务器中。控制继电器还包括控制棚内电气设备的相关部件，例如加热器、电磁阀、电机等，当系统监测判断出数据存在异常情况，则通过网络层传达相应的控制指令，利用指令来控制电机的启动。

网络层在晾晒棚软件控制系统中处于中间位置，将Modbus现场总线通信技术于WiFi网络技术进行有机融合，形成混合网络，其中的关键性设备时通信模块与数据网关。网络层的任务是将感知层收集到的外部环境数据信息传达至应用层，并把应用层才发的指令传达给感知层里的控制器，在整体系统中起着上传下达的连接作用[3]。

晾晒棚软件控制系统中的最高层是应用层，应用层能够完成系统功能与环境数据的可视化，提供给用户相应的功能服务。应用层通过Web服务器、MySQL数据库以及第三方接入云平台共同搭建而成，能够实现对信息的发布传达与数据的分析管理。其中，Web服务器是建立在thinkPHP5.0开发框架的基础上，控制管理人员能够直接利用网页进行远程数据监测，实时查看棚内数据的变化，并结合实际情况展开设备调节。

4 结语

基于STM32智能化技术对晾晒棚进行科学有效的系统设计与设备开发，提升了晾晒棚对内、外部环境的实时监测，在解决传统晾晒棚应用单一、复杂、造价高等问题的基础上，结合传感器、直流减速电机、锂电池等元件的支撑，设计并开发出先进性的智能晾晒棚。通过智能晾晒棚的有效调节，为内部空间创造出更加优质的环境与条件。