一种新型智能晾衣装置的设计与实现

摘要：针对天黑或突发下雨时能够自动收回衣服设计了一款智能晾衣装置。该装置以STC89C52RC单片机作为系统的控制核心，以温度传感电路、湿度传感器、光敏传感器、风速传感器和重力传感器作为系统的检测模块，辅以蓝牙模块，通过对环境光信号及湿度信号的检测和判断，控制电机进行缩回和升降功能，实现对晾衣装置的智能控制。该装置具有低成本、可装配性较好、操作简单等优点，具有较好的市场前景。

关键词：晾衣装置STC89C52RC单片机智能家居传感器

中图分类号：TS959.9；TB472文献标识码：A

DesignandImplementationofaNewIntelligentClothesDryingDevice

YAOJiaWANGYouyouWUAihua

ElectronicandInformationEngineeringDepartmentofChangshaSocialWorkCollege，

Changsha，Hu’nanProvince，410004China

Abstract：Anintelligentclothesdryingdeviceisdesignedtoautomaticallyretractclotheswhenitgetsdarkorsuddenlyrains.ThedeviceusesSTC89C52RCone-chipcomputerasthecontrolcoreofthesystem，temperaturesensingcircuit，humiditysensor，lightsensor，windspeedsensor，gravitysensorasthedetectionmoduleofthesystem，supplementedbyBluetoothmodule.Throughthedetectionandjudgmentofambientlightsignalandhumiditysignal，themotoriscontrolledtoretractandlift，achievingtheintelligentcontroloftheclothesdryingdevice.Thedevicehastheadvantagesoflowcost，goodassembly，andsimpleoperation，andhasagoodmarketprospect.

KeyWords：Clothesdryingdevice;STC89C52RCone-chipcomputer;Smarthome;Sensor

南方的天气变化无常，经常出现万里晴空后一会又阴雨遍布的情况，大风、雨水、雾气等不确定因素对衣物晾晒的影响较大。大多数人是在前一天晚上或当天早上进行衣物晾晒，上班后面对天气变化只能束手无策，给衣服晾晒带来极大的不便，影响了人们生活的品质。目前，人们生活中所采用的晾衣装置多为固定晾衣杆或手动机械式升降晾衣杆，随着经济和科技水平的不断发展，人们对美好生活提出了更高的要求，智能家居也愈发被人们所重视。随着智能家居的快速发展，晾衣架向着自动化方向发展，越来越多的电动晾衣架应运而生[1]。综合现有市场上的电动晾衣架，大多数为室内电动升降晾衣架，采用遥控器控制，不能伸出室外进行衣物晾晒，且自动控制的程度较低，缺少多变天气情况下及时从窗外收回的控制方式。设计一种能够针对外界环境变化控制回收的晾衣装置，以最大可能地减少天气变化对衣物晾晒的影响，可有效提升人们的家居生活品质。

1智能晾衣架整体方案设计

晾衣架多采用四连杆机构和丝杆装置来实现伸缩和升降功能，此类结构较为轻巧，安装方便，具有节省空间和可靠性高的特点[2]。智能晾衣装置的常用控制方案一般有两种：方案一，在装置上安装湿度检测模块，通过对环境中的湿度变化判断是否进行回收，但系统不能很好地判断是否进入夜晚，回收衣服不够及时；方案二，在装置上安装光敏电路，当外界光线变弱时，系统回收晾晒的衣物，此设计可以及时地在夜晚回收衣服，但是对于突发的雨况不能进行判断：两种方案都存在着部分的缺陷[3]。本设计在此基础上，结合温度检测模块、风速传感器、重力传感器及可操作性及经济性原则来完成对晾衣装置的收回控制。

本装置以STC89C52RC单片机为控制核心，配合温度传感器、湿度传感器、光敏传感器、风速传感器不重力传感器进行检测，通过蓝牙模块来完成对电机运动的控制[4-5]。智能晾衣装置能够根据外界环境因素的变化来控制电机进行收回，例如：当检测到外界环境的日照强度或温度和湿度低于某一定值时，控制电机进行收回；当检测干燥参数超过预值时，控制电机进行收回；当外界温度湿度和光照均不低于设置定值时，保持正常晾晒，在保证晾晒质量的条件下，实现最优的晾晒时长。

2智能晾衣装置机械结构设计

智能晾衣装置的机械结构如图1所示，由晾衣杆、升降电机、连接机架、折叠架、连接固定板等零件组成。两边为构造相同的升降机构，安装在窗户两侧，由电机带动实现室内升降；伸缩装置安装在升降机构之间，通过电机带动晾衣杆伸出和缩回窗外。具体结构如图1所示。

2.1升降机构

升降机构由连杆机架和连杆固定板组成。连杆机架上设计3个通孔，连接固定板中间设计了丝杆螺母，一端与电机相连，另外一端穿过连杆机架；连杆机架与连杆固定板通过两个光轴连接，电机带动丝杆动作，从而带动固定板沿两光轴上下移动。晾衣杆通过直线道轨与两个升降电机连接，电机与对应光敏限位和机械限位连接，实现到达预定位置停止，从而实现控制升降功能。如图2所示。

2.2伸缩机构

伸缩机构如图3所示。伸缩结构固定于直线导轨侧面，伸缩机构与2个伸缩电机连接，伸缩机构由上、下交叉折叠架构成；折叠架上的第一个连杆与伸缩滑块连接，使伸缩滑块移动时带动折叠架伸出和缩回。伸缩电机与对应光敏限位和机械限位连接，到达预定位置停止，实现控制伸缩功能；伸缩机构前端装有晾衣杆，下面装有固定卡扣。

3智能晾衣架控制系统设计

3.1控制系统设计

本装置的控制核心采用扩展型单片机STC89C52RC，高速、低功耗且具有较强的抗干扰性，可以满足本系统的需要[6-7]。整个智能晾衣架的控制部分大致分为以下模块：光敏传感器模块、雨滴传感器模块、电机驱动模块、最小系统模块、蓝牙转串口模块、按钮模块、升降和伸缩限位模块电路及照明灯控制模块。

系统检测部分由环境检测传感器、重力传感器等组成。晾衣架两端设置重力传感器，窗户外设置温度传感器、湿度传感器和风速传感器；控制面板集成电机线路和各传感器电路，连接至STC89C52RC单片机；单片机采用无线“蓝牙”技术连接手机端，通过提前预定好的蓝牙面板，实现手机端远程控制升降。当衣服收回时，系统可控制紫外线灯进行杀菌处理。

无线控制是为了能够实现智能家居的远程遥控，使本装置可以在遥控状态下完成一些工作。在本装置中，采用HC-05蓝牙模块，并将其设置为从机模式；用安卓端APP连接系统上的蓝牙模块，通过发送蓝牙信号来控制晾衣架升降和伸缩电机的运动。

中控处理器作为控制中心，联络着其他各个模块，各个模块的数据均返回中控系统中进行处理分析，再做出相应的控制动作，其中，光敏和雨滴传感器模块作为检查单元，电机驱动模块和照明灯控制模块作为执行单元。综合上述内容，系统总控制设计框图如图4所示。

3.2晾衣架控制模式

智能晾衣架用遥控器和手机APP蓝牙进行控制，操作面板安装在墙面合适位置，按钮盒上设置有停止按钮、升降按钮、伸缩按钮、LED紫外线灯按钮等。

3.2.1遥控器手动控制

为了避免家里小孩误按晾衣架的遥控器导致设备出现故障，所以，手动模式只在手机APP蓝牙界面才可以控制。手动模式下，可以按键操作实现上升、下降、伸出和缩回并在任意位置停止，实现夜间照明灯控制，屏蔽光线传感器（关闭天黑收衣）和打开光线传感器（打开天黑收衣），自动上升并晒出（自动按钮），缩回下降按钮。

3.2.2遥控器自动控制

操作面板上的按钮默认为手动模式，当用户按下晒出按钮时，晾衣架会上升，并且会根据传感器检测当前的天气，根据天气控制晾衣架是否晒出。（1）晴天：晾衣架将衣物全部晒出；（2）雨天：晾衣架不会将衣物晒出；（3）刮风：晾衣架不会将衣物晒出；（4）天黑：晾衣架将衣物收回（该光线传感器可以在手机App蓝牙界面关闭）。当按下收回按钮，晾衣架会将衣物收回，并且将衣物下降至合适高度以方便用户取挂。

3.2.3蓝牙控制

蓝牙控制端包含停止按键、开灯按键、关灯按键、手动上升按键、手动伸出按键、手动收回按键、关闭天黑收衣按键、打开天黑收衣按键和上升并智能模式按键。在智能模式下，此晾衣架装置在雨天和黑夜条件下会自动缩回。在晾好衣服后，可以按下升伸按钮，晾衣架装置就可以自动上升和伸出；在想收衣服时，按下缩降按钮，晾衣架装置便自动缩回和下降；按下停止开关，可在任意状态下停止晾衣架装置的运行。在回收衣服后，可以使用LED紫外线灯进行杀菌。在光线昏暗的条件下，可使用LED紫外线灯用于照明。在使用蓝牙端手机控制时，可切换智能模式，也可屏蔽或开启黑夜收回模式。晾衣架在此蓝牙控制模式下还可以进行定时控制，即设定伸出晾晒开始的时间和缩回屋内结束晾晒的时间，提供给用户多种选择。

3.2.4衣物干燥时间控制

目前，随着生活水平的提高和衣物材质的提升，部分衣物晒干后不能长时间暴晒，否则容易产生衣物变形或变黄等问题，因此，确定衣物正常的晾晒时间有其必要性。晾衣架被设定为智能模式后，中控提前根据温度和湿度情况预设好干燥时间。当将衣物放置到晾衣架上时，将采集到的重力数据传送到中控处理器中，与预设的干燥时间计算出衣物的重力变化速率，以此来判定衣物的干燥程度，通过与设定好的干燥标准进行对比，确定剩余晾晒的时间，时间结束后，控制晾衣杆缩回屋内，达到精确控制晾晒时间的目的，最大程度地保证晾晒效果。

4智能晾衣装置样机制作

根据以上的设计，对此智能晾衣装置进行了实物模型制作，制作完成的实物如图5所示。具体样机模型参数和元器件选择如下。

（1）模型总长780mm，总宽560mm，总高1500mm。（2）机构总长750mm，总宽240mm，总高920mm。（3）升降机构的行程区间：0～420mm。（4）伸出机构的行程区间：0～400mm。（5）晾衣杆：直径8mm，长度700mm。（6）产品中控制器选择STC89C52RC型号单片机。（7）电机驱动模块采用L298N驱动控制芯片，芯片内置多个三极管和电阻搭建的两个H桥电路，能够通过低电压触发控制高电压；结合主控制器使用的单片机，单片机输出0～5V逻辑电压，控制芯片带动12V蜗轮蜗杆减速电机运行，程序设计后，能够让驱动芯片调节电机转速，可满足设计要求。

5结语

本文设计的智能晾衣架装置以单片机为核心部件，温度传感器、湿度传感器、重力传感器等为检测部件，配合蓝牙装置，以达到对晾衣装置的收回控制设计。本装置在各部件和软件上均选择了稳定和可靠的设计，保证了装置运行的稳定性。两侧机构为镜像设计，零件多为标准件，易于加工、性价比高、可装配性与工艺性好，便于安装操作，在智能家居的开发和应用中具有良好的前景。

参考文献

[1]张微.基于Arduino的自动雨控晾衣架算法优化设计[J].中国集成电路，2023，32（6）：58-61.

[2]陈毅龙.智能防雨晾衣架设计与研究[J].机械设计与制造，2023（9）：221-225.

[3]白福由，何庆.一种智能翻转式晾晒装置的创新设计[J].机械装备研发，2021，52（9）：112-113.

[4]吴波，刘财勇.晴雨晾衣架控制系统设计[J].电子制作，2022，30（24）：39-41.

[5]杨显斌.基于物联网的智能晾衣架设计[J].价值工程，2023，42（32）：77-79.

[6]林关成.基于STC89C52单片机的智能晾衣架控制系统设计[J].计算机与数字工程，2021，49（1）：55-58，147.

[7]李民靖，郝东来.基于OneNET的家居智能晾衣架系统设计[J].物联网技术，2023，13（11）：68-71.