基于物联网技术的双碳型智慧晾衣架

◎湖南省株洲市二中初中部2103班 全柯睿 邓力铖

本期点评专家

谭迪熬 中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家，中国发明协会中小学创造教育分会会长，科技创新教育特级教师，教育部国培计划专家库专家。

随着生活节奏越来越快，人们花在晾晒衣服上的时间越来越少，雨天常常无法及时收回衣服。同时，随着“双碳”理念的提出，人们越来越重视对绿色能源的利用。鉴于此，我们发明了基于物联网技术的双碳型智慧晾衣架。

一、工作原理

1.能源供应

智能晾衣架的能源一般有三种来源：一种是市电，一种是自行提供，一种是蓄电池。本装置响应国家“双碳”政策，利用“高楼风”发电。

2.智能控制

本装置利用风力发电机驱动电机，利用单片机作为中央处理器，通过物联网技术远程控制移动终端，完成晾衣架的伸展、收回。

正常情况下，当达到预设时间且光敏传感器模块读取到的光照强度高于预设值时，时钟模块发出指令使直流电机转动，晾衣架机械系统工作，完成衣服的晾晒。当雨滴传感器读取到的雨量值大于预设值时，单片机接收到收衣服的信号，同时发出指令使直流电机转动，带动晾衣架机械系统工作，收回衣服。

为满足使用者个性化的需求，我们在系统中加入了通信模块，利用移动终端对系统进行控制。

二、系统结构

整个系统由风力发电机、开发板、光敏传感器模块、雨滴感应模块、远程终端、时钟模块、故障模块和各类电子元器件组成，系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

三、硬件设计

1.晾衣架

晾衣架的机械部分采用三连杆结构，由风力发电机、电机、滑轮、缆绳、控制箱（内部集成单片机、光敏传感器模块、远程终端、通信模块、时钟模块、雨滴感应模块、故障模块）等组成，如图2、图3所示。

图2 晾衣架侧视图

图3 晾衣架正视图

晾衣服的工作流程为：电机驱动滑轮正向旋转，释放缆绳，在重力作用下，晾衣架伸展，实现衣服晾晒。收衣服的工作流程为：电机驱动滑轮逆向旋转，收紧缆绳，晾衣架收拢，收回衣服。

2.风力发电机

选用SMC-F300H垂直轴微型风力发电机，它能在风向不定的情况下持续稳定运行，对安装环境的要求较一般风力发电机要低，具有适应性强、风速低、风能利用率高的特点，非常适用于居民聚集区。

3.电机

选用精密N20直流减速电机，它采用全金属齿轮结构，力矩更大，更牢靠，噪声更低。

三、控制系统

本装置的控制系统包括主控芯片、电机驱动模块、通信模块、雨滴感应模块、光敏传感器模块、故障模块等。

1.主控芯片

主控芯片采用STC12C5A60S2单片机，它具有高速、低功耗、超强抗干扰等特点。

2.电机驱动模块

电机驱动模块利用L298N驱动芯片对电机进行控制。通过主控芯片的I/O输入对其控制电平进行设定，即可驱动电机正、反转，操作简单、稳定性好。

3.通信模块

单片机通过无线传输模块与移动终端连接。无线传输模块采用体积小、功耗低的ESP8266芯片。

4.雨滴感应模块

雨滴感应模块采用稳定性好、可靠性高的DHT11数字温湿度复合传感器，能同时获取温度与湿度两个数据。

5.光敏传感器模块

光敏传感器模块采用NHZD10传感器，它具有结构牢固、密封性好、稳定性好、测量精度高、抗干扰能力强等特点。

6.故障模块

故障模块包括电流传感器和位置传感器。

当天气和预设时间满足条件而电机未转动时，电流传感器感应不到电流，电流传感器发送故障信息给单片机。位置传感器被设置于蜗轮蜗杆传动机构中，当晾衣架未到达相应位置时，位置传感器发送故障信息给单片机。

电流传感器和位置传感器分别与单片机连接，单片机通过无线传输模块发送故障信息至用户手机。

四、软件设计

我们通过设定程序，使装置实现以下功能。

1.自动晾晒

利用时钟模块，设置8：00晾晒，18：00收回。晾晒期间，晾衣架通过雨滴感应模块实时监测天气是否下雨，遇雨则收回衣服；通过光敏传感器模块检测是否出太阳，如出太阳则晾晒衣服。

2.个性化设置

本装置利用物联网技术实现个性化设置，用户可以根据自己的需求提前设置晾晒衣服的起止时间。

3.设备故障报警

当装置出现故障时，会自动发送故障信息给用户，提醒用户进行手动操作或及时维修。

五、实验验证

为验证装置的性能，我们在不同时段、不同气候条件下对装置进行了多次情景模拟实验。实验数据表明，该装置能达到预定目标。

专家点评

全柯睿、邓力铖同学的“基于物联网技术的双碳型智慧晾衣架”是一件具有社会首创性的创新实践项目。从选题来看，它是一件“老题新做”的作品。文中技术应用的内容较多，研究过程也较为严谨，体现了指导老师想通过实施项目激发学生科研潜质的初衷。同时，这个项目的完成也充分展现了两位同学的探究能力和对相关技术的应用能力。

值得商榷是：其一，现在很多晾衣架都有烘干功能，花这么多的精力来研究这个老课题，是否有必要？即使有必要，也应在研究背景中给出分析数据，让人信服。其二，该项目名称中的“物联网技术”“双碳型”“智慧”等概念，一方面确实会让人眼前一亮，但另一方面也有博人眼球之嫌。