自動伸縮升降晾衣架的創(chuàng)新設(shè)計

王嘉琪

摘 要：隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人們的生活也日新月異。對便捷、舒適生活的不斷追求使越來越多的智能化、自動化產(chǎn)品進入人們的生活。在雨天或太陽暴曬等惡劣天氣情況下，不能及時把所晾曬衣物收回是一直以來困擾上班族的難題，同時傳統(tǒng)的晾衣架難以解決人們的現(xiàn)實問題。鑒于此，基于菱形四連桿機構(gòu)，綜合應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)、單片機控制技術(shù)等創(chuàng)新設(shè)計一款自動伸縮升降晾衣架，溫濕度傳感器和光照傳感器將檢測到的信號發(fā)送給單片機，單片機發(fā)出指令驅(qū)動直線步進電機運行，進而通過組合菱形四連桿機構(gòu)伸縮實現(xiàn)自動回收衣物；單片機同時控制升降裝置，通過鋼絲繩拉動掛衣桿，實現(xiàn)了晾衣架的自動升降，方便使用者取放衣物。自動伸縮升降晾衣架實現(xiàn)了無人在家也可自動完成衣服的晾曬，便捷了人們的生活，提高了對快節(jié)奏生活方式的適應(yīng)能力。

關(guān)鍵詞：自動晾衣架；伸縮菱形四連桿；傳感器

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A

0.前言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展以及科學技術(shù)的日新月異，人們的生活質(zhì)量得到了不斷地提高。人們對生活便捷性、舒適性等的不斷追求，也促使越來越多的高科技、智能化生活用品出現(xiàn)在生活中。而同時，隨著生活節(jié)奏的加快，也為人們帶來很多煩惱。如對上班族，或者當我們出門在外時，往往會面臨在雨天或太陽暴曬之時不能及時把所晾曬衣物收回的問題。衣物被淋雨或者被暴曬，不僅會損壞衣物，降低衣物壽命和質(zhì)量，更影響了我們的生活，如出行等。目前，人們所使用的晾衣架多為傳統(tǒng)晾衣架，或者僅能實現(xiàn)升降而不能隨外界環(huán)境變化及時收回衣物，這顯然不能滿足人們生活的實際需求。市場上已有的智能晾衣架通常只能實現(xiàn)簡單的水平或垂直伸縮變化，并未實現(xiàn)完全的自動化和智能化，且有一定的操作要求，對一些少年或老年人的人性化設(shè)計不夠。根據(jù)調(diào)查，家庭主婦中僅有38%的智能晾衣架用戶認為現(xiàn)在的智能晾衣架人性化程度很好。鑒于此，基于菱形四連桿機構(gòu)，綜合應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)、單片機控制技術(shù)等創(chuàng)新設(shè)計出一款自動伸縮升降晾衣架，不僅實現(xiàn)晾衣架在雨天或暴曬等情況下的自動伸縮回收衣物，也實現(xiàn)了晾衣架的自動升降，方便使用者取放衣物，具有很強的實用價值。

1.自動伸縮升降晾衣架技術(shù)簡介

自動伸縮升降晾衣架主要涉及菱形四連桿機構(gòu)、傳感器檢測技術(shù)、單片機控制技術(shù)，下面分別對其作簡要介紹。

1.1 菱形四連桿機構(gòu)

菱形四連桿機構(gòu)屬于連桿機構(gòu)，其由兩根中間鉸接，可在平面內(nèi)相互轉(zhuǎn)動的連桿組成。兩連桿作為機構(gòu)折疊變化的對象，鉸點約束連桿的變化，折疊過程既連桿圍繞鉸點旋轉(zhuǎn)，最后達到指定位置。組合菱形四連桿機構(gòu)常用于剪叉式升降機，可展收機構(gòu)中，具有承載力大，結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)等特點。

1.2 傳感器檢測技術(shù)

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。光照傳感器是一種用于檢測光照強度的傳感器，溫濕度傳感器是一種用于檢測溫度量和濕度量的傳感器，它們可將光照強度、溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測量處理的電信號。

1.3 單片機控制技術(shù)

單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。單片機控制技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其核心技術(shù)是單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計。單片機控制技術(shù)隨著材料科學、工藝技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展與進步，電路系統(tǒng)向著集成度極高的方向發(fā)展。

2.自動伸縮升降晾衣架的工作原理、組成及工作模式

2.1 晾衣架的工作原理

自動伸縮升降晾衣架基于菱形四連桿機構(gòu)，利用組合菱形四連桿機構(gòu)可伸縮的特點，將其作為實現(xiàn)晾衣架伸縮功能的主要機械部件。溫濕度傳感器和光照傳感器作為晾衣架的“眼睛”，主要用于監(jiān)測外部環(huán)境的變化，并將信息傳遞給晾衣架的“大腦”單片機控制器。當天氣驟變下雨或者太陽暴曬等時，溫濕度傳感器和光照傳感器將檢測到的信號數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機，單片機發(fā)出指令驅(qū)動直線步進電機運行，進而通過伸縮菱形四連桿實現(xiàn)在雨天或暴曬等情況下的自動伸縮回收衣物。當使用者需要晾曬或者收回衣物時，單片機可以控制升降裝置收緊或者放松鋼絲繩，進而通過鋼絲繩拉動掛衣桿，使升降菱形四連桿收縮或伸展，實現(xiàn)晾衣架的自動升降，方便使用者取放衣物。

2.2 晾衣架的組成及工作模式

自動伸縮升降晾衣架主要包括機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩部分。如圖1所示為晾衣架的結(jié)構(gòu)簡圖。

機械系統(tǒng)主要包括：直線步進電機、升降裝置、基座、伸縮菱形四連桿、滑輪、鋼絲繩、升降菱形四連桿、掛衣桿等。晾衣架基座通過膨脹螺絲來固定在墻壁上。伸縮菱形四連桿右端下部鉸接于基座，伸縮菱形四連桿右端上部通過滑塊與基座連接，連桿與滑塊鉸接，滑塊與基座凹槽形成移動副，滑塊在直線步進電機的驅(qū)動下在基座凹槽內(nèi)滑動，實現(xiàn)菱形四連桿機構(gòu)的伸縮，即圖1所示的晾衣架結(jié)構(gòu)簡圖。

衣架的伸縮。鋼絲繩的一端與掛衣桿連接，一端接于升降裝置（即鋼絲繩收放裝置）。單片機控制升降裝置收緊或者放松鋼絲繩，使升降菱形四連桿收縮或伸展，實現(xiàn)了晾衣架的自動升降，方便使用者取放衣物。晾衣架采用鋁合金材質(zhì)。鋁合金易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好，密度低，強度較高，采用鋁合金材質(zhì)有利于減輕晾衣架自身的重量，同時有利于節(jié)約成本，易于加工制造?？刂葡到y(tǒng)主要包括單片機控制器、溫濕度傳感器、光照傳感器等。單片機采用ATMEL公司的AT89C52，溫濕度傳感器采用DHT11，光照傳感器采用TSL2561。

自動伸縮升降晾衣架主要具有兩種工作模式：自動控制模式和人工操作模式。在自動控制模式中，晾衣架根據(jù)溫濕度傳感器和光照傳感器實時采集的外部天氣環(huán)境信息來對晾衣架的伸縮進行自動化控制。如果當前光照強度良好，晾衣架的直線步進電機會帶動晾衣架進行伸展，而當晾衣架完全伸展時，單片機會向直線步進電機發(fā)出停止指令以停止晾衣架的伸展。如果天氣驟變下雨或者太陽暴曬時，直線步進電機會驅(qū)動晾衣架進行收縮，而當晾衣架完全收回時，單片機會向直線步進電機發(fā)出停止指令以停止晾衣架的收縮。在晾衣架伸展或收縮時，單片機也會實時控制升降裝置，調(diào)整掛衣桿的高度，方便人們晾曬衣物和收回衣物。在人工操作模式中，使用者通過按下“伸展”或者“收縮”按鈕來控制衣架的伸縮狀態(tài)，通過“升高”或者“降低”按鈕來調(diào)整掛衣桿的高度。

3.創(chuàng)新點及展望

自動伸縮升降晾衣架實現(xiàn)了在雨天或暴曬等情況下自動回收衣物，使得無人在家自動完成衣服晾曬成為可能，它極大地便捷了人們的生活，特別是對于廣大上班族，提高了他們對快節(jié)奏生活方式的適應(yīng)能力。其主要創(chuàng)新點在于：①實現(xiàn)智能化的晾曬衣物，實現(xiàn)在雨天或暴曬等惡劣天氣情況下衣物的自動回收。②實現(xiàn)晾衣架自動“伸縮”和“升降”的綜合：該晾衣架不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動回收衣物，同時能夠自動調(diào)節(jié)晾衣架高度，方便使用者收放衣物，特別是老年和兒童使用者，人性化程度較高。展望未來，我們相信晾衣架的自動化、智能化程度一定會越來越高，會更加完美的為人們地美好生活服務(wù)。

參考文獻

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