专用于学生公寓阳台的智能防护装置研制

章煜佳 罗文强 金 航 杨钦洋 陈祥军 陈超娣 杨金伟*

（台州学院，浙江 台州318000）

随着经济从高速发展到高质量发展的新时代，智能化是中国谋求高质量发展主要方案之一。[1]智能产业快速发展，对经济发展、社会进步等方面产生重大而深远的影响。[2]人们对于智能化的需求也在不断推动着技术的改革与进步。根据大量调研表明，大部分学生公寓阳台是半封闭式的，阳台晾衣是学生生活中必不可少的一部分，但天气多变，出门在外的同学们往往无法第一时间赶回公寓而导致衣物淋湿，对生活带来不便及烦恼。现有的产品如智能晾衣架大多都未能对衣物起到保护作用。本文主要研究阳台的防护问题，通过传感器自动检测、手机APP 或开关按钮来实现智能衣物防护装置的开启与关闭。

1 工作原理

系统设有风力、光敏等传感器，根据风速或光照度暗度来判别是否进行自动启动防护装置。系统主要由单片机控制电路，电机及其驱动电路，护罩装置，雨滴监测电路，风速检测电路，光照检测电路，WIFI 通信装置及手机端APP 等组成。在风速、光照暗度达到预定值后，自动开启护衣系统，也可通过手机APP 远程控制来开启。系统原理框图如图1 所示。

图1 系统原理框图

护罩装置的结构示意图如图2 所示，由上下两导轨，防护材料，电机传动机构等组成。

2 系统硬件设计

2.1 电机控制模块

该模块主要控制衣罩的收放，选用奥科AM-X03 开合电机作为执行电机，具有自动设定记忆行程、转速可调等功能。

图2 护罩装置结构示意图

图3 电机实物图

2.2 传感器模块

2.2.1 光线检测电路

将光敏电阻与10k 左右的电阻串联，然后连接到电压比较器的正输入端，所选用的电压比较器型号为LM393。LM393 的负输入端与一只滑动变阻器连接。当光照的强度发生变化时，光敏电阻的阻值也随之变化，则LM393 正负输入端的电压亦会变化。当连接光敏电阻的正输入端电压大于负输入端电压时，PA1 口就会输出，使得LED0 点亮。所设计光照检测电路如图4所示。

图4 光照检测电路

2.2.2 风速传感电路

在30～50 秒后,检测过程结束,如果环境中风力未达到预设值（默认8m/s，相当于6 级大风），则红灯熄灭, 继电器断开，OUT+、OUT- 无电压输出。如果环境中有风达到预定值，则红灯亮起，继电器闭合，OUT+、OUT- 输出12V DC 电压。通过检测电参数的变化从而进行控制。

LED1 绿灯为输入电源指示灯，常亮；LED2 红灯为输出指示灯即工作指示灯，亮起表示输出端OUT+、OUT- 有输出、风动开关工作，熄灭则输出端无输出，风动开关处于待机状态。风动开关传感器模块，如图5 所示。

图5 风速传感电路模块

2.2.3 雨滴检测电路

雨滴检测模块是利用湿度方式检测有无水分的传感器，用于下雨状况的监测。应用中将传感器放置在窗户内，当有雨水滴到检测面上时，检测面的湿度将增大，随之电压升高，并转成数字信号和模拟信号输出。雨滴传感器实物如图6 所示。

图6 雨滴传感器

2.3 WiFi 远程控制模块

系统采用ESP8266-12FWIFI 模块作为连接单片机与智能手机的桥梁，WiFi 模块有8 个引脚，不同的引脚有不同的作用，同时又相互影响。模块中CH-PD 处于低电平使得供电模块关闭，处于高电平是正常工作状态，因此需将模块的CH-PD 引脚和VCC 相连。这里的串口RXD、TXD 与WiFi 模块直接相连，不需要进行电平转换。它可以利用实现无线通信，可通过手机等移动控制终端来进行指令操作。同时，该模块可以使用现代常用的智能云设备等免费的云平台。并可以同时稳定存放多个设备的通讯信息。

图7 WiFi 模块

3 STM32 单片机软件设计

经过测试，软件程序与硬件系统能够比较好的联动起来；能够实现信息的交互，即app 能控制窗户开关，也能接收到下位机发送过来的温湿度信息。下位机可以感受到外界环境的变化（如下雨）从而进行窗户的开关；也可用手动的方式进行窗户开关。系统的软件流程如图8 所示。

图8 软件流程图

本系统实现的Android 手机远程控制主要基于的是WIFI模块实现的局域网内控制，手机端作为客户端与STM32 相连。手机端通过发送一串数字指令给STM 来实现开关窗等功能的实现。故APP 设计完成后还需测试其是否能和STM32 服务端实现正常的通信。本设计的APP 界面如图9 所示，使用时手机需先连接服务端建立的WIFI 信号，然后打开APP,点击网络连接按钮，与服务器建立连接。连接好服务器后，点击开启智能，然后选择想要实现的功能,再点击发送指令按钮，将指令发送给服务器，完成控制。

图9 手机APP 控制界面

4 系统测试

本装置的软硬件设计完成后，分别需要对其各部分功能进行测试。本设计制作了一个简易室内环境模型（如图10 所示），设计了一个简易的阳台，电机、传感器采用前文提到的各个模块，用来模拟智能窗系统验证各部分功能是否实现。

图10 装置模型图

5 结论

本文论述的智能衣物防护装置，能够自动检测环境，如遇突发的恶劣天气能够及时对衣物进行防护。同时，实现了利用手机APP 对装置进行遥控。集智能化、人性化、自动化于一体；可移植性强，适用范围广；材料易得成本低，便于大规模生产；安装、使用简单，便于推广，具有一定现实意义和可开发价值。