張弛 黃玉芬 李遼輝 鞠佳良 袁茂恩

摘 要： “太陽能旋轉(zhuǎn)晾衣架”是一種基于綠色能源使用的智慧家居設(shè)計，它采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)做為供電系統(tǒng)，通過動態(tài)檢測光強(qiáng)、風(fēng)速和濕度智能設(shè)定工作模式，控制獨(dú)創(chuàng)的“環(huán)形”設(shè)計的旋轉(zhuǎn)晾衣機(jī)構(gòu)，充分沐浴陽光，達(dá)到最佳的晾曬效果。本設(shè)計控制部分是基于Arduino開發(fā)平臺，通過傳感器采集外部信息控制晾衣架的旋轉(zhuǎn)周期，保證衣物的向陽面循環(huán)轉(zhuǎn)換，使衣物均勻晾曬，同時整個系統(tǒng)采用太陽能電池板供電系統(tǒng)供電，實(shí)現(xiàn)智能家居的綠色應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)晾衣架；Arduino平臺；傳感器；綠色能源；智能家居；

項 目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（2018，遼寧科技學(xué)院）項目名稱：太陽能旋轉(zhuǎn)晾衣架

1前言

隨著科學(xué)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，人們對家居產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)出對其智能化、科學(xué)化、人文化的需求。經(jīng)過在晾衣架銷售行業(yè)的調(diào)研結(jié)果表明，人們越來越傾向選擇電動性型晾衣架，因其具有風(fēng)干、消毒、方便摘取等特性。我們設(shè)計的系統(tǒng)不是顛覆現(xiàn)有成型電動晾衣架的設(shè)計格局，而是希望將我們設(shè)計的創(chuàng)新點(diǎn)融入其中，提高晾衣架產(chǎn)品的品質(zhì)。一方面通過獨(dú)特的環(huán)形旋轉(zhuǎn)使前后衣物達(dá)到均衡晾曬，另一方面通過太陽能電池板為晾衣架系統(tǒng)供電，減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)智能家居的綠色應(yīng)用。

2系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1設(shè)計方案

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)功能是根據(jù)光線強(qiáng)度的變化，將晾曬的衣物自動環(huán)形旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)均勻晾曬，整個系統(tǒng)供電部分為小型太陽能電池板供電系統(tǒng)。本系統(tǒng)由晾衣裝置控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動和供電系統(tǒng)三部分組成，采用Arduino開發(fā)平臺作為控制核心，由檢測外部信號進(jìn)行處理，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)晾衣裝置的智能化和節(jié)能化。

2.2實(shí)施方案

（1）、晾衣裝置控制部分

由控制器、光傳感器、電機(jī)驅(qū)動、風(fēng)速傳感器和雨滴傳感器、液晶顯示模塊等組成。創(chuàng)新點(diǎn)是將實(shí)時光強(qiáng)與設(shè)定好的光強(qiáng)閾值進(jìn)行對比判斷，根據(jù)光照強(qiáng)弱動態(tài)調(diào)整衣架環(huán)形旋轉(zhuǎn)，降低能耗，延長設(shè)備的使用壽命。本系統(tǒng)可設(shè)置不同種類衣物的晾曬模式，預(yù)計晾干時間，然后進(jìn)行語音提醒。

晾衣裝置運(yùn)行模式分為智能感應(yīng)模式和手動模式。當(dāng)設(shè)置為智能感應(yīng)模式時，光線傳感模塊會測量出實(shí)時的光照強(qiáng)度，根據(jù)設(shè)定好的光強(qiáng)閾值進(jìn)行判斷。當(dāng)設(shè)置為手動模式時，設(shè)置固定的轉(zhuǎn)動周期，達(dá)到一種較為均衡的狀態(tài)。

（2）機(jī)械傳動部分

機(jī)械部分為環(huán)形旋轉(zhuǎn)可升降結(jié)構(gòu)，這是本裝置機(jī)械部分設(shè)計的創(chuàng)新點(diǎn)。它由減速電機(jī)提供動力，通過電機(jī)與四個同步輪的配合帶動同步帶環(huán)形轉(zhuǎn)動，由電動推桿完成衣架的升降動作。本設(shè)計巧妙地利用電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動從而帶動導(dǎo)軌轉(zhuǎn)動，解決了承重問題同時使整個系統(tǒng)運(yùn)行的更加順利。我們將系統(tǒng)的環(huán)形旋轉(zhuǎn)設(shè)計為四個轉(zhuǎn)輪，一個主動輪，其余為從動輪，這樣可以增加晾曬面積，使衣物不發(fā)生碰撞。機(jī)械部分實(shí)物如圖2所示。

（3）供電部分

供電部分由太陽能電池板、太陽能自動追蹤系統(tǒng)、太陽能控制器、光伏逆變器和鉛酸蓄電池組成。創(chuàng)新點(diǎn)是能動態(tài)追蹤太陽位置的變化，計算太陽位置，動態(tài)調(diào)整太陽能電池板朝向和角度，提高太陽能利用率。供電部分也可以為家居低功率負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)綠色能源的充分利用。

3整體測試

（1）運(yùn)行測試

我們選取單衣、毛衣、羽絨服三種衣物類別，在室溫25℃條件下，對傳統(tǒng)晾衣架與本裝置進(jìn)行試驗(yàn)對比結(jié)果見表1。

（2）能耗計算

我們選取1.8平米太陽能板每日工作12h，發(fā)電量約為2.8kwh，本裝置每日耗電量約為0.16kwh，富余的電能可用于陽臺照明，室內(nèi)四盞燈同時照明20h，手機(jī)充電90次等。

本裝置設(shè)計制作完成后進(jìn)行了多次運(yùn)行測試。在晾干效率方面均比市面上現(xiàn)有產(chǎn)品有較大幅度的提高；在能耗方面，本裝置采用節(jié)能設(shè)置，耗電低，每日富余的電能可為陽臺及室內(nèi)照明設(shè)備，手機(jī)等低功率設(shè)備提供能源供給。

4系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）獨(dú)創(chuàng)的環(huán)形旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計：既考慮了系統(tǒng)的有效承重和順暢轉(zhuǎn)動，又兼顧了作品的科學(xué)性、美觀性和實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)雙桿晾衣架意義上前后桿衣物的轉(zhuǎn)動和位置調(diào)換，不僅保護(hù)了衣物，而且加快了晾曬速度。本項目的環(huán)形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有市場上沒有的，新穎而又實(shí)用。

（2）智能化和人性化的控制系統(tǒng)設(shè)計：一方面根據(jù)太陽光的強(qiáng)弱，智能調(diào)整衣物的轉(zhuǎn)動周期，光強(qiáng)時循環(huán)轉(zhuǎn)動衣物實(shí)現(xiàn)了均勻晾曬、快速晾曬、防止暴曬的目的，光弱時晾衣裝置進(jìn)入“休眠”的節(jié)能狀態(tài)；另一方面可根據(jù)不同種類衣物（單衣、毛衣、羽絨服），計算預(yù)計晾干時間，通過語音播報提醒用戶檢查并及時收回衣物。

（3）綠色能源利用和供給模式設(shè)計：采用小型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，不僅為晾衣裝置提供電能還可為家居低功率用電設(shè)備供電。

5結(jié)語

本設(shè)計中的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計突破了傳統(tǒng)晾衣架的結(jié)構(gòu)設(shè)計的局限性，預(yù)計與一些智能晾衣架的生產(chǎn)企業(yè)研討，將本設(shè)計中的創(chuàng)新點(diǎn)融入到成型的市場產(chǎn)品中，同時系統(tǒng)采用清潔能源供電，節(jié)能降耗。希望我們的創(chuàng)新設(shè)計夠給千千萬萬的家庭帶來人性化、智能化、節(jié)能化生活品質(zhì)，以小家庭輻射全社會，為節(jié)能減排事業(yè)做出一份小小的貢獻(xiàn)。今后，我們打算將該產(chǎn)品與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)物物相聯(lián)、物物相息，打造更為節(jié)能、智能、人性化的先進(jìn)產(chǎn)品。

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