多元控制懸臂式晾衣架的設(shè)計與制作

羅杰勇　曹剛　丁俊偉　申奧　楊育熙

摘 要：當(dāng)今社會發(fā)展迅速，人們對生活水平的要求也水漲船高，而智能家居可以優(yōu)化生活品質(zhì)，逐漸受到人們的青睞。晾衣架作為一種必要的家具用品，開始逐漸由傳統(tǒng)控制向智能控制發(fā)展。為了使人們更加便捷地晾曬衣物，本團(tuán)隊設(shè)計并制作了多元控制懸臂式晾衣架，對傳統(tǒng)外飄式衣架進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計并加以智能化控制。本研究自主設(shè)計的晾衣架以單片機(jī)作為控制核心，通過雨量傳感器對天氣情況進(jìn)行感知;天氣信息由雨量傳感器送給單片機(jī)，由它進(jìn)行判斷;晾衣架自動運(yùn)行的依據(jù)來源于單片機(jī)對天氣的實時監(jiān)測;下雨時，晾衣桿收回，以防止衣物被淋濕，天晴時，其可以伸出，讓衣物進(jìn)行晾曬。用戶也可通過手機(jī)APP控制晾衣桿的工作模式。此外，手機(jī)APP擁有天氣預(yù)報提示的功能，輔助用戶進(jìn)行衣物晾曬。本設(shè)計意在消除傳統(tǒng)晾衣架的弊端，給出一個更加方便家用、實用新型的晾衣架方案。

關(guān)鍵詞：外飄式;智能家居;多元控制

中圖分類號：TS959.9;TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，市場上的外飄式晾衣架大多采用手動操作控制，若遇上下雨天氣，家中沒人，則晾曬的衣物就會被雨水淋濕，使用起來十分不方便。同時，手動控制伸縮效率低，耗費(fèi)時間和精力。本團(tuán)隊設(shè)計的多元控制懸臂式晾衣架有效地解決上述問題?；趩纹瑱C(jī)的智能晾衣架系統(tǒng)能夠自動聯(lián)網(wǎng)獲取天氣情況，進(jìn)而控制裝置的伸縮[1-2]。與此同時，該裝置配備手機(jī)移動客戶端APP，從而實現(xiàn)手動操作。其創(chuàng)新點如下。

一是依靠傳感器檢測外界氣象參數(shù)，以單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，自動調(diào)節(jié)晾衣架運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)智能控制[3-5]。二是可聯(lián)網(wǎng)獲取天氣情況，智能調(diào)整工作狀態(tài)，提高工作效率。三是通過手機(jī)客戶端控制，可以實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的操控，彌補(bǔ)了大多數(shù)晾衣架不便實行遠(yuǎn)距離人工控制、只能當(dāng)場手動操作的不足[6-7]。四是節(jié)省室內(nèi)空間，目前，大多數(shù)晾衣架安裝于室內(nèi)陽臺并且采用垂直升降，此裝置將衣架伸出窗外，節(jié)省大量室內(nèi)空間，并且非常穩(wěn)定可靠。

1 晾衣架總體設(shè)計

1.1 晾衣架總體框架

本文設(shè)計的多元控制懸臂式晾衣架的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1與圖2所示，晾衣架主體固定于墻壁表面，其中裝載著晾衣桿、控制核心模塊、步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器和開關(guān)電源等硬件[8-9]。晾衣桿通過剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行伸縮，剪叉式結(jié)構(gòu)的動力來源為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的絲桿旋轉(zhuǎn)提供動力。單片機(jī)作為控制核心，通過與雨量傳感器的連接，可以接收來自外界的信息，如天氣情況信息，這樣即可對天氣情況進(jìn)行監(jiān)測。同時，用戶可通過手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制家中的晾衣架。遮雨棚由舵機(jī)驅(qū)動，傘骨可將傘布以均勻角度展開，下雨時展開可以防止衣物被淋濕。

1.2 系統(tǒng)工作流程

智能晾衣架兼顧自動與手動兩個方面。在自動模式下，雨滴傳感器感知是否下雨，若下雨，則給單片機(jī)發(fā)送信息，單片機(jī)將此信息傳送給驅(qū)動器來啟動電機(jī)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)將晾衣架伸出或收回。手動模式是指用戶通過手機(jī)APP來進(jìn)行操作，點擊APP內(nèi)相應(yīng)按鍵，即可控制晾衣架。同時，手機(jī)APP也提供了可將晾衣架的兩種模式自由切換的功能，方便用戶自定義。

2 晾衣架控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)的各個部件模塊如圖3所示，其中，STC89C52單片機(jī)為控制核心，其余各功能模塊促進(jìn)系統(tǒng)完善。

2.1 樣機(jī)工作原理

當(dāng)雨水滴落在傳感器上時，雨滴傳感器將信號傳輸給ESP8266，單片機(jī)會發(fā)出信號給驅(qū)動器，由驅(qū)動器控制電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而使電機(jī)絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿帶動剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行平移，從而自動收回晾衣架。此外，系統(tǒng)可以同時控制遮雨棚，控制原理與晾衣桿相同。下雨時，晾衣桿收回，而遮雨棚伸出，防止衣物被打濕;下雨過后，感應(yīng)器檢測到?jīng)]有雨水，于是自行將遮陽棚收回，晾衣架伸出，繼續(xù)晾曬衣物。

為了讓用戶更加便捷地操作晾衣架，本設(shè)計采用第三方手機(jī)APP來實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，將晾衣架控制模塊通過WiFi連接到手機(jī)上，接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。手機(jī)APP通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送指令到服務(wù)器，服務(wù)器再把指令轉(zhuǎn)送給設(shè)備，設(shè)備按照指令進(jìn)行相應(yīng)動作，這樣即可實現(xiàn)人在手機(jī)APP上通過網(wǎng)絡(luò)控制家中的晾衣架。晾衣架可c采用人為控制方式，也可自動工作。

另外，此產(chǎn)品也可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取當(dāng)?shù)貙崟r天氣狀況，自行判斷是否應(yīng)該伸縮晾衣桿，即用戶不使用APP，晾衣架也可以自動運(yùn)行。此產(chǎn)品可選用輕便的材料制造，同時在結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行強(qiáng)度與剛度校核，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這樣可安全固定在墻上。

2.2 模型設(shè)計方案

設(shè)計模型前，設(shè)計團(tuán)隊考慮了諸多現(xiàn)存問題，并以解決這些現(xiàn)存問題為首要目的，設(shè)計多元控制懸臂式晾衣架的各部分結(jié)構(gòu)和功能。

最終，設(shè)計團(tuán)隊確定以下方案，如圖4所示。

2.3 感應(yīng)裝置

感應(yīng)裝置用來檢測天氣情況，雨量檢測模塊由電路板和控制板組成。電路板中的電阻與濕度成反比，濕度越高，即雨下得越大，電路板的電阻越低，導(dǎo)致輸出電壓跟著降低，控制板將此模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出。

工作原理如下：晴天時，電路板濕度極低，其具有很高的電阻，開始下雨時，雨水會使?jié)穸壬仙?，電阻變小，輸出電壓減小，低于一定程度時，控制板輸出低電平，否則維持在高電平狀態(tài)。根據(jù)此信息，系統(tǒng)即可判斷是否下雨。

2.4 剪叉式機(jī)械傳動裝置

剪叉式機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)由4節(jié)伸縮桿組成，如圖5所示。伸縮桿之間以及伸縮桿和兩個固定架之間采用螺栓和螺帽進(jìn)行固定，同時運(yùn)用軸承減小摩擦力。伸縮桿由設(shè)計團(tuán)隊自主設(shè)計，注重輕量化，沒有發(fā)揮功能的部位被

挖空，減少質(zhì)量，降低成本。伸縮桿也和電機(jī)絲桿的導(dǎo)軌連接件連接，由電機(jī)絲桿的轉(zhuǎn)動提供動力，帶動導(dǎo)軌連接件移動，使得剪叉臂伸縮，達(dá)到伸縮衣架的目的?？刂葡到y(tǒng)可以控制電機(jī)輸出功率，從而控制衣架伸縮的快慢。

整個剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)在模型設(shè)計中充分考慮了安全問題，在細(xì)節(jié)上下了很多功夫，在強(qiáng)度和剛度校核允許的情況下，采用鏤空設(shè)計，以減小摩擦和減輕質(zhì)量。電機(jī)密封，杜絕短路。同時，剪叉式機(jī)械結(jié)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在測試中不會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞等問題。

3 結(jié)語

本項目的受眾人群為一天中較長時間不在家的上班族，他們經(jīng)常會因為忙于工作而忘記收晾衣架上的衣服，導(dǎo)致衣服受潮或被雨淋濕。為了解決這個問題，本項目研究了一種利用單片機(jī)與傳感技術(shù)的智能化晾衣架，即多元控制懸臂式晾衣架。這個設(shè)計主要利用雨滴傳感器和單片機(jī)之間的相互作用，單片機(jī)在這個設(shè)計中的作用是處理信息和控制各個部件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本項目建立了智能晾衣系統(tǒng)，其最大的特點就是操作簡單、占地面積小、省時省力，達(dá)到了節(jié)約時間、使人們的生活方式更加便捷的目的。

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