章煜佳 羅文強 金 航 楊欽洋 陳祥軍 陳超娣 楊金偉*

（臺州學(xué)院，浙江 臺州318000）

隨著經(jīng)濟從高速發(fā)展到高質(zhì)量發(fā)展的新時代，智能化是中國謀求高質(zhì)量發(fā)展主要方案之一。[1]智能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對經(jīng)濟發(fā)展、社會進(jìn)步等方面產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。[2]人們對于智能化的需求也在不斷推動著技術(shù)的改革與進(jìn)步。根據(jù)大量調(diào)研表明，大部分學(xué)生公寓陽臺是半封閉式的，陽臺晾衣是學(xué)生生活中必不可少的一部分，但天氣多變，出門在外的同學(xué)們往往無法第一時間趕回公寓而導(dǎo)致衣物淋濕，對生活帶來不便及煩惱?，F(xiàn)有的產(chǎn)品如智能晾衣架大多都未能對衣物起到保護(hù)作用。本文主要研究陽臺的防護(hù)問題，通過傳感器自動檢測、手機APP 或開關(guān)按鈕來實現(xiàn)智能衣物防護(hù)裝置的開啟與關(guān)閉。

1 工作原理

系統(tǒng)設(shè)有風(fēng)力、光敏等傳感器，根據(jù)風(fēng)速或光照度暗度來判別是否進(jìn)行自動啟動防護(hù)裝置。系統(tǒng)主要由單片機控制電路，電機及其驅(qū)動電路，護(hù)罩裝置，雨滴監(jiān)測電路，風(fēng)速檢測電路，光照檢測電路，WIFI 通信裝置及手機端APP 等組成。在風(fēng)速、光照暗度達(dá)到預(yù)定值后，自動開啟護(hù)衣系統(tǒng)，也可通過手機APP 遠(yuǎn)程控制來開啟。系統(tǒng)原理框圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

護(hù)罩裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示，由上下兩導(dǎo)軌，防護(hù)材料，電機傳動機構(gòu)等組成。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 電機控制模塊

該模塊主要控制衣罩的收放，選用奧科AM-X03 開合電機作為執(zhí)行電機，具有自動設(shè)定記憶行程、轉(zhuǎn)速可調(diào)等功能。

圖2 護(hù)罩裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 電機實物圖

2.2 傳感器模塊

2.2.1 光線檢測電路

將光敏電阻與10k 左右的電阻串聯(lián)，然后連接到電壓比較器的正輸入端，所選用的電壓比較器型號為LM393。LM393 的負(fù)輸入端與一只滑動變阻器連接。當(dāng)光照的強度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也隨之變化，則LM393 正負(fù)輸入端的電壓亦會變化。當(dāng)連接光敏電阻的正輸入端電壓大于負(fù)輸入端電壓時，PA1 口就會輸出，使得LED0 點亮。所設(shè)計光照檢測電路如圖4所示。

圖4 光照檢測電路

2.2.2 風(fēng)速傳感電路

在30～50 秒后,檢測過程結(jié)束,如果環(huán)境中風(fēng)力未達(dá)到預(yù)設(shè)值（默認(rèn)8m/s，相當(dāng)于6 級大風(fēng)），則紅燈熄滅, 繼電器斷開，OUT+、OUT- 無電壓輸出。如果環(huán)境中有風(fēng)達(dá)到預(yù)定值，則紅燈亮起，繼電器閉合，OUT+、OUT- 輸出12V DC 電壓。通過檢測電參數(shù)的變化從而進(jìn)行控制。

LED1 綠燈為輸入電源指示燈，常亮；LED2 紅燈為輸出指示燈即工作指示燈，亮起表示輸出端OUT+、OUT- 有輸出、風(fēng)動開關(guān)工作，熄滅則輸出端無輸出，風(fēng)動開關(guān)處于待機狀態(tài)。風(fēng)動開關(guān)傳感器模塊，如圖5 所示。

圖5 風(fēng)速傳感電路模塊

2.2.3 雨滴檢測電路

雨滴檢測模塊是利用濕度方式檢測有無水分的傳感器，用于下雨狀況的監(jiān)測。應(yīng)用中將傳感器放置在窗戶內(nèi)，當(dāng)有雨水滴到檢測面上時，檢測面的濕度將增大，隨之電壓升高，并轉(zhuǎn)成數(shù)字信號和模擬信號輸出。雨滴傳感器實物如圖6 所示。

圖6 雨滴傳感器

2.3 WiFi 遠(yuǎn)程控制模塊

系統(tǒng)采用ESP8266-12FWIFI 模塊作為連接單片機與智能手機的橋梁，WiFi 模塊有8 個引腳，不同的引腳有不同的作用，同時又相互影響。模塊中CH-PD 處于低電平使得供電模塊關(guān)閉，處于高電平是正常工作狀態(tài)，因此需將模塊的CH-PD 引腳和VCC 相連。這里的串口RXD、TXD 與WiFi 模塊直接相連，不需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。它可以利用實現(xiàn)無線通信，可通過手機等移動控制終端來進(jìn)行指令操作。同時，該模塊可以使用現(xiàn)代常用的智能云設(shè)備等免費的云平臺。并可以同時穩(wěn)定存放多個設(shè)備的通訊信息。

圖7 WiFi 模塊

3 STM32 單片機軟件設(shè)計

經(jīng)過測試，軟件程序與硬件系統(tǒng)能夠比較好的聯(lián)動起來；能夠?qū)崿F(xiàn)信息的交互，即app 能控制窗戶開關(guān)，也能接收到下位機發(fā)送過來的溫濕度信息。下位機可以感受到外界環(huán)境的變化（如下雨）從而進(jìn)行窗戶的開關(guān)；也可用手動的方式進(jìn)行窗戶開關(guān)。系統(tǒng)的軟件流程如圖8 所示。

圖8 軟件流程圖

本系統(tǒng)實現(xiàn)的Android 手機遠(yuǎn)程控制主要基于的是WIFI模塊實現(xiàn)的局域網(wǎng)內(nèi)控制，手機端作為客戶端與STM32 相連。手機端通過發(fā)送一串?dāng)?shù)字指令給STM 來實現(xiàn)開關(guān)窗等功能的實現(xiàn)。故APP 設(shè)計完成后還需測試其是否能和STM32 服務(wù)端實現(xiàn)正常的通信。本設(shè)計的APP 界面如圖9 所示，使用時手機需先連接服務(wù)端建立的WIFI 信號，然后打開APP,點擊網(wǎng)絡(luò)連接按鈕，與服務(wù)器建立連接。連接好服務(wù)器后，點擊開啟智能，然后選擇想要實現(xiàn)的功能,再點擊發(fā)送指令按鈕，將指令發(fā)送給服務(wù)器，完成控制。

圖9 手機APP 控制界面

4 系統(tǒng)測試

本裝置的軟硬件設(shè)計完成后，分別需要對其各部分功能進(jìn)行測試。本設(shè)計制作了一個簡易室內(nèi)環(huán)境模型（如圖10 所示），設(shè)計了一個簡易的陽臺，電機、傳感器采用前文提到的各個模塊，用來模擬智能窗系統(tǒng)驗證各部分功能是否實現(xiàn)。

圖10 裝置模型圖

5 結(jié)論

本文論述的智能衣物防護(hù)裝置，能夠自動檢測環(huán)境，如遇突發(fā)的惡劣天氣能夠及時對衣物進(jìn)行防護(hù)。同時，實現(xiàn)了利用手機APP 對裝置進(jìn)行遙控。集智能化、人性化、自動化于一體；可移植性強，適用范圍廣；材料易得成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)；安裝、使用簡單，便于推廣，具有一定現(xiàn)實意義和可開發(fā)價值。