談 敏

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，江蘇江陰 214405）

0 引言

隨著科學(xué)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人民生活水平的提高。人們對(duì)家庭生活舒適性和智能化的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，晾衣架作為每個(gè)家庭的家居必須用品，自然也需要滿足人們更舒適性、智能化的需求。晾衣架的基本作用是在天氣情況允許的情況下晾曬人們的衣物，但目前，常規(guī)的晾衣架多采用固定形式缺乏相應(yīng)的調(diào)節(jié)功能，僅有的調(diào)節(jié)功能也只是上下升降移動(dòng)、且需要通過(guò)手動(dòng)控制；當(dāng)晾衣桿上掛滿衣物時(shí)，調(diào)節(jié)吃力不夠方便；同時(shí)，上下升降調(diào)節(jié)無(wú)論如何調(diào)節(jié)，衣物所受到的日照是恒定的，無(wú)法主動(dòng)調(diào)節(jié)衣物方位使得其接收更多的陽(yáng)光以便更快、更好的晾曬衣物。這給人們的日常生活帶來(lái)了極大的不便[1-2]。為方便人們的日常生活，滿足人們的特殊需求，本文設(shè)計(jì)了一款基于STC12C5A60S2單片機(jī)的戶外型智能晾衣架，該型晾衣架可以在手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式下進(jìn)行切換。在自動(dòng)模式下，陰天或傍晚時(shí)，該型晾衣架可將戶外晾曬的衣服自動(dòng)收回，晴天時(shí)，可將需晾曬的衣服自動(dòng)伸出；在手動(dòng)模式下，可人工控制晾衣架的伸縮，此外，考慮到停電等特殊情況，專門增設(shè)手柄以使晾衣架可正常工作。

1 智能晾衣架的機(jī)構(gòu)和工作原理

圖1 智能晾衣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1，智能晾衣架的機(jī)構(gòu)包含有主支座、輔支座。主支座上安裝有電機(jī)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸連接有螺桿。輔支座上安裝有滑軌，滑軌為開(kāi)口向上的U形結(jié)構(gòu)，晾衣桿的一端通過(guò)軸承套裝有滑輪，所述滑輪滑動(dòng)行走于滑軌的U形槽內(nèi)。且滑軌上安裝有溫度傳感器、濕度傳感器和光敏傳感器。螺桿和滑軌平行設(shè)置，晾衣桿的一端滑動(dòng)設(shè)置于滑軌內(nèi)，另一端上固定連接有滑塊，且滑塊通過(guò)其上設(shè)置的螺孔旋置于螺桿上。螺桿的兩端均設(shè)置有限位開(kāi)關(guān)。主支座還安裝有手動(dòng)開(kāi)關(guān)和無(wú)線開(kāi)關(guān)模塊。晾衣桿上沿其長(zhǎng)度方向設(shè)置有多個(gè)用于掛衣架的通孔。

圖2 智能晾衣系統(tǒng)的局部縱剖圖

本智能晾衣架工作原理是通過(guò)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)螺桿4轉(zhuǎn)動(dòng)后，滑塊8能夠帶動(dòng)晾衣桿6實(shí)現(xiàn)左右平行，同時(shí)滑軌5為開(kāi)口向上的U形結(jié)構(gòu)，晾衣桿6的一端通過(guò)軸承套裝有滑輪7，該滑輪7滑動(dòng)行走于滑軌5的U形槽內(nèi)，且螺桿4的兩端均設(shè)置有限位開(kāi)關(guān)，且限位開(kāi)關(guān)與控制板相連接，從而防止滑塊8位移過(guò)量。

滑軌5上安裝有傳感器10，所述傳感器10與控制板相連接，且傳感器10包含有溫度傳感器、濕度傳感器和光敏傳感器，從而在使用時(shí)可將滑軌5的左端設(shè)置于屋檐等遮蔽物下方，滑軌5安裝有傳感器10的右端位于戶外，當(dāng)傳感器10檢測(cè)到光照強(qiáng)度高且溫度高時(shí)，移動(dòng)晾衣桿6至戶外，當(dāng)光照弱或者溫度低或者濕度大時(shí)（此時(shí)為陰天或晚上或下雨天），將晾衣桿6移動(dòng)至屋檐等遮蔽物下方，從而實(shí)現(xiàn)了智能控制。進(jìn)一步的，主支座1還安裝有手動(dòng)開(kāi)關(guān)和無(wú)線開(kāi)關(guān)模塊，手動(dòng)開(kāi)關(guān)用于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制，無(wú)線開(kāi)關(guān)模塊便于用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計(jì)的有益效果是能夠?qū)崿F(xiàn)左右平移，使得衣物處于最佳的陽(yáng)光晾曬位置上；同時(shí)，當(dāng)增加傳感器等智能傳感元器件后，能夠使得整個(gè)系統(tǒng)在無(wú)人看管的情況下主動(dòng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，從而提高了其智能化[3]。

2 智能晾衣架的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

圖3為本智能晾衣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)框圖。

智能晾衣架控制模式通過(guò)紅外遙控切換，分為智能和手動(dòng)兩種工作模式。

在智能模式下，各傳感器檢測(cè)當(dāng)前的溫、濕度值以及光照強(qiáng)度的值，并在LCD12864顯示屏上顯示，同時(shí)可以通過(guò)紅外遙控器來(lái)設(shè)定溫、濕度以及光照強(qiáng)度的比較值，STC12A60S2單片機(jī)作為主控單元可以根據(jù)程序設(shè)計(jì)來(lái)判定天氣情況，從而智能控制晾衣架收回晾曬[4]；和在手動(dòng)模式下，紅外遙控可以直接控制電機(jī)的電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)晾衣架的收回還是晾曬。

3 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

基于STC12A60S2單片機(jī)的智能晾衣架紅外遙控控制系統(tǒng)，采用紅外遙控切換手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，通過(guò)控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制晾衣架的收回或晾曬，并且可以用LED燈指示運(yùn)行模式狀態(tài)；利用限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制電機(jī)停止，防止過(guò)卷，利用帶字庫(kù)的LCD12864液晶屏顯示相關(guān)信息，方便對(duì)晾衣架智能控制信息顯示[5]。圖4為本智能晾衣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)圖。

圖4 智能晾衣系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件電原理圖

本控制系統(tǒng)采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采集溫濕度，該傳感器的組成有兩個(gè)部分，一個(gè)是NTC檢測(cè)溫度的元器件還有一個(gè)是來(lái)測(cè)試濕度的電阻式測(cè)濕元器件。這是一種溫濕度傳感器，DATA數(shù)據(jù)口和STC12A60S2單片機(jī)單總線數(shù)據(jù)通信。

光敏電阻模塊用來(lái)采集光照強(qiáng)度，該傳感器內(nèi)有一個(gè)光敏電阻，光敏電阻模塊的AO端的模擬輸出量隨著光照強(qiáng)度變強(qiáng)而變低，STC12A60S2單片機(jī)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換來(lái)獲得更準(zhǔn)確的光照數(shù)值。

紅外遙控模塊采用NEC編碼紅外遙控格式，接收頭為HX1838型。紅外輸出形式為數(shù)字量輸出，用戶碼為00-FF，遙控器鍵位碼如圖5所示。

圖5 遙控器鍵位碼

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用L298N驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊供電的有兩個(gè)，分別是5 V和12 V；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源電壓范圍為5～35 V。最大功耗是20 W。

L298N能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，本文中只需用到其中一組。且不需要調(diào)速，使能端接高使用。對(duì)IN1和IN2進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)IN1和IN2都為00時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行，當(dāng)兩者是10或01時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)[6]。

4 控制系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主程序主要是讀出并且處理DHT11測(cè)到的當(dāng)前溫、濕度值以及光敏電阻傳感器測(cè)到的當(dāng)前光照值，并顯示溫濕度和光照的值[7]。

當(dāng)遙控按下手動(dòng)、自動(dòng)切換鍵時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行工作模式的切換。如果是手動(dòng)，指示燈亮，用遙控的兩個(gè)按鍵來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；如果是自動(dòng)，指示燈滅，這時(shí)就要根據(jù)溫濕度和光照的采集值和設(shè)定值來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

遙控器具有溫度設(shè)定值加、減，濕度設(shè)定值加、減，以及光照設(shè)定值加、減的設(shè)定功能。

圖6 主程序流程圖

5 系統(tǒng)調(diào)試

各個(gè)模塊及元器件都連接好后，用USB型串口線連接電腦USB接口，把軟件程序下載到單片機(jī)，按下上電按鈕，LCD12864會(huì)顯示六個(gè)數(shù)值，分別是溫濕度值和光照值及設(shè)定的比較值，系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試穩(wěn)定，性能良好[8]。

控制系統(tǒng)控制狀況分晴天和陰天兩種情況下，電機(jī)在程序控制下可以控制晾衣架的自動(dòng)收回或晾曬。

圖7 控制系統(tǒng)硬件測(cè)試電路

6 結(jié)論

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，和人民群眾對(duì)美好生活的向往，尤其是智能便捷的生活方式的最求，晾衣架作為每個(gè)家庭的家居必須用品，自然也需要不斷更新和進(jìn)步，同時(shí)單片機(jī)的應(yīng)用已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，因此，采用單片機(jī)做控制器，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作的智能晾衣架的研究具有一定的社會(huì)使用價(jià)值，可以預(yù)見(jiàn)，隨著單片機(jī)性能的進(jìn)一步提高，它的應(yīng)用將更趨廣泛。

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