多元控制悬臂式晾衣架的设计与制作

罗杰勇　曹刚　丁俊伟　申奥　杨育熙

摘 要：当今社会发展迅速，人们对生活水平的要求也水涨船高，而智能家居可以优化生活品质，逐渐受到人们的青睐。晾衣架作为一种必要的家具用品，开始逐渐由传统控制向智能控制发展。为了使人们更加便捷地晾晒衣物，本团队设计并制作了多元控制悬臂式晾衣架，对传统外飘式衣架进行创新设计并加以智能化控制。本研究自主设计的晾衣架以单片机作为控制核心，通过雨量传感器对天气情况进行感知;天气信息由雨量传感器送给单片机，由它进行判断;晾衣架自动运行的依据来源于单片机对天气的实时监测;下雨时，晾衣杆收回，以防止衣物被淋湿，天晴时，其可以伸出，让衣物进行晾晒。用户也可通过手机APP控制晾衣杆的工作模式。此外，手机APP拥有天气预报提示的功能，辅助用户进行衣物晾晒。本设计意在消除传统晾衣架的弊端，给出一个更加方便家用、实用新型的晾衣架方案。

关键词：外飘式;智能家居;多元控制

中图分类号：TS959.9;TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）06-0081-03

Design and Manufacture of Multi-control Cantilever Drying Rack

LUO Jieyong CAO Gang DING Junwei SHEN Ao YANG Yuxi

（Jianghan University，Wuhan Hubei 430056）

Abstract： Today's society develops rapidly， and  living standards of  people's requirementsare also rising， and smart homes can optimize the quality of life and are gradually being favored by people. As a necessary furniture item， drying racks have gradually developed from traditional control to intelligent control. In order to allow people to dry clothes more conveniently， the team has designed and produced a multi-control cantilever drying rack， innovatively designed and intelligently controlled the traditional floating hanger. The drying rack independently designed in this study uses a single-chip microcomputer as the control core， and the weather conditions are sensed through the rainfall sensor; the weather information is sent to the single-chip microcomputer from the rainfall sensor， which is judged by it; the automatic operation of the drying rack comes from the real-time monitoring of the weather by the single-chip; when it rains， the clothes rail is retracted to prevent the clothes from getting wet， when it is fine， the clothes rail can be extended to allow the clothes to dry. The user can also control the working mode of the clothes rail through the mobile phone APP. In addition， the mobile APP has a weather forecast function to assist users in drying clothes. This design is intended to eliminate the drawbacks of traditional drying racks and provide a more convenient and practical new drying rack solution for household use.

Keywords： floating type;smart home;multiple control

目前，市场上的外飘式晾衣架大多采用手动操作控制，若遇上下雨天气，家中没人，则晾晒的衣物就会被雨水淋湿，使用起来十分不方便。同时，手动控制伸缩效率低，耗费时间和精力。本团队设计的多元控制悬臂式晾衣架有效地解决上述问题。基于单片机的智能晾衣架系统能够自动联网获取天气情况，进而控制装置的伸缩[1-2]。与此同时，该装置配备手机移动客户端APP，从而实现手动操作。其创新点如下。

一是依靠傳感器检测外界气象参数，以单片机控制步进电机运行，自动调节晾衣架运行状态，实现智能控制[3-5]。二是可联网获取天气情况，智能调整工作状态，提高工作效率。三是通过手机客户端控制，可以实现较远距离的操控，弥补了大多数晾衣架不便实行远距离人工控制、只能当场手动操作的不足[6-7]。四是节省室内空间，目前，大多数晾衣架安装于室内阳台并且采用垂直升降，此装置将衣架伸出窗外，节省大量室内空间，并且非常稳定可靠。

1 晾衣架总体设计

1.1 晾衣架总体框架

本文设计的多元控制悬臂式晾衣架的机械结构如图1与图2所示，晾衣架主体固定于墙壁表面，其中装载着晾衣杆、控制核心模块、步进电机、电机驱动器和开关电源等硬件[8-9]。晾衣杆通过剪叉式机械结构进行伸缩，剪叉式结构的动力来源为步进电机，步进电机的丝杆旋转提供动力。单片机作为控制核心，通过与雨量传感器的连接，可以接收来自外界的信息，如天气情况信息，這样即可对天气情况进行监测。同时，用户可通过手机APP远程控制家中的晾衣架。遮雨棚由舵机驱动，伞骨可将伞布以均匀角度展开，下雨时展开可以防止衣物被淋湿。

1.2 系统工作流程

智能晾衣架兼顾自动与手动两个方面。在自动模式下，雨滴传感器感知是否下雨，若下雨，则给单片机发送信息，单片机将此信息传送给驱动器来启动电机，电机旋转将晾衣架伸出或收回。手动模式是指用户通过手机APP来进行操作，点击APP内相应按键，即可控制晾衣架。同时，手机APP也提供了可将晾衣架的两种模式自由切换的功能，方便用户自定义。

2 晾衣架控制系统硬件设计

控制系统的各个部件模块如图3所示，其中，STC89C52单片机为控制核心，其余各功能模块促进系统完善。

2.1 样机工作原理

当雨水滴落在传感器上时，雨滴传感器将信号传输给ESP8266，单片机会发出信号给驱动器，由驱动器控制电机进行转动，从而使电机丝杆转动，丝杆带动剪叉式机械结构进行平移，从而自动收回晾衣架。此外，系统可以同时控制遮雨棚，控制原理与晾衣杆相同。下雨时，晾衣杆收回，而遮雨棚伸出，防止衣物被打湿;下雨过后，感应器检测到没有雨水，于是自行将遮阳棚收回，晾衣架伸出，继续晾晒衣物。

为了让用户更加便捷地操作晾衣架，本设计采用第三方手机APP来实现远程操作，将晾衣架控制模块通过WiFi连接到手机上，接入网络服务器。手机APP通过网络发送指令到服务器，服务器再把指令转送给设备，设备按照指令进行相应动作，这样即可实现人在手机APP上通过网络控制家中的晾衣架。晾衣架可c采用人为控制方式，也可自动工作。

另外，此产品也可以通过网络获取当地实时天气状况，自行判断是否应该伸缩晾衣杆，即用户不使用APP，晾衣架也可以自动运行。此产品可选用轻便的材料制造，同时在结构方面进行强度与刚度校核，确保结构稳定，这样可安全固定在墙上。

2.2 模型设计方案

设计模型前，设计团队考虑了诸多现存问题，并以解决这些现存问题为首要目的，设计多元控制悬臂式晾衣架的各部分结构和功能。

最终，设计团队确定以下方案，如图4所示。

2.3 感应装置

感应装置用来检测天气情况，雨量检测模块由电路板和控制板组成。电路板中的电阻与湿度成反比，湿度越高，即雨下得越大，电路板的电阻越低，导致输出电压跟着降低，控制板将此模拟信号转换为数字信号输出。

工作原理如下：晴天时，电路板湿度极低，其具有很高的电阻，开始下雨时，雨水会使湿度上升，电阻变小，输出电压减小，低于一定程度时，控制板输出低电平，否则维持在高电平状态。根据此信息，系统即可判断是否下雨。

2.4 剪叉式机械传动装置

剪叉式机械传动结构由4节伸缩杆组成，如图5所示。伸缩杆之间以及伸缩杆和两个固定架之间采用螺栓和螺帽进行固定，同时运用轴承减小摩擦力。伸缩杆由设计团队自主设计，注重轻量化，没有发挥功能的部位被

挖空，减少质量，降低成本。伸缩杆也和电机丝杆的导轨连接件连接，由电机丝杆的转动提供动力，带动导轨连接件移动，使得剪叉臂伸缩，达到伸缩衣架的目的。控制系统可以控制电机输出功率，从而控制衣架伸缩的快慢。

整个剪叉式机械结构在模型设计中充分考虑了安全问题，在细节上下了很多功夫，在强度和刚度校核允许的情况下，采用镂空设计，以减小摩擦和减轻质量。电机密封，杜绝短路。同时，剪叉式机械结构自身结构稳定，在测试中不会产生结构损坏等问题。

3 结语

本项目的受众人群为一天中较长时间不在家的上班族，他们经常会因为忙于工作而忘记收晾衣架上的衣服，导致衣服受潮或被雨淋湿。为了解决这个问题，本项目研究了一种利用单片机与传感技术的智能化晾衣架，即多元控制悬臂式晾衣架。这个设计主要利用雨滴传感器和单片机之间的相互作用，单片机在这个设计中的作用是处理信息和控制各个部件的正常运转。本项目建立了智能晾衣系统，其最大的特点就是操作简单、占地面积小、省时省力，达到了节约时间、使人们的生活方式更加便捷的目的。

参考文献：

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