智能晾衣架

◆福建省诏安第一中学 吴静怡 沈怀斌

传统手动晾衣架存在诸多弊端，比如，不能有效应对各种天气变化、过于笨重、晾晒的衣物若水分过多持续滴水对他人造成困扰、功能单一等。为了让人们晾晒衣物更方便，有更好的晾晒体验，我们进行了对晾衣架的智能化探究。

一、设计思路

有了设计智能晾衣架的想法后，我们搜寻了一些市面上常见晾衣架的类型及图片，对照了各种样式，最终确定了这样一套晾晒装置。

1.用两个马达提供动力，采用传送带式滑轮结构，方便移动晾衣架。

2.用绳索晾晒衣物，且将其收纳后靠近天花板，晾晒时其可伸到房间外面，让室内保持干爽。

3.在绳索下方安装可折叠的防水布，当绳索将衣物移到室外晾晒时将带动防水布展开，避免衣物滴水影响他人。

4.安装菱形收缩结构，衣物晾晒时放下，不用时上升，并安装红外感应器，在5m左右感应到人体后菱形收缩结构自动上升，防止人们不小心撞到。

5.安装光敏传感器和雨滴传感器，在下雨天或夜晚，光敏传感器和雨滴传感器接收到外界环境参数，将信息传递给主控器，主控器驱动马达运转，自动将衣物收回屋内，直到天气转晴，驱动马达重新晾晒。

6.在装置上方设计烘干及紫外线杀菌装置，让衣物在阴雨天也能快速晾干。

7.配置太阳能充电板，设有大容量电池储电，保证晾衣架用电自给自足。

8.设计手机App连接智能晾衣架。

图1 智能晾衣架设计思路

二、制作过程

我们利用积木式配件及一些简易的传感器搭建一个简易模型，利用学校提供的材料包及自购材料，通过组装及编程控制，完成模型的搭建。

1.步骤一

我们选用销、转接件、直梁等配件。搭建一个长方体，15孔直梁为长，11孔直梁为宽，9孔直梁为高，作为房屋模型。在一个大长方形的两条高上，用销连接马达，并在两个马达上安装旋转轮作为主动轮。室内模型部分就完成了。

搭建室外部分时，最初在一个单独的直梁拼搭而成的长方形上方用转接件连接从动轮，发现重心不稳易倒塌，于是在其底部用转接件和销连接3孔直梁用作支撑。接着我们把单面的长方形与“房屋模型”连接成一个大长方体，一部分模拟室外晾晒，另一部分为室内遮阴。最后用两根橡皮筋分别连接主动轮和从动轮，模拟晾晒的衣杆。至此，模型拼接完成。

2.步骤二

要实现智能晾衣架的设想功能，编程尤为重要。刚开始，我们借助Scratch软件以及学校购买配置的资源包进行初步操作。资源包里没有雨水传感器，只能先单独使用光敏传感器，用光线的强弱模拟晴雨天。

3.步骤三

在装置中加入红外传感器，用红外遥控器可控制“晾衣架”工作，以遥控手动模式代替手机App物联网模式。

4.步骤四

完成光敏传感器所控的自动模式和红外传感器的手动模式，两个程序均可单独运行，接下来要把两种程序综合在一起，且避免两个程序之间互相影响。

5.步骤五

因为主控板接口不足，我们便尝试将已调试好的光敏传感器转化成雨水传感器，之后编程，调试成功后连接总程序，替换原先的光敏编程。这样，作品的大致框架便完成了。

6.步骤六

把主控器安装在房屋模型的“屋顶”上，固定红外传感器和雨水传感器，用魔术贴固定电池，让所有模块都能正常运行。随后，我们还安装了一个显示屏，其能及时显示人们对红外遥控器或雨水传感器的操作，通过“（Dry）Hang Clothes（晾衣服）”和“（Wet）Collect Clothes（收衣服）”等文字来提醒用户。

这样，一个既可以用红外控制又可以感应雨水的智能晾衣架就完成了。

图2 智能晾衣架模型外观

图3 智能晾衣架实物构思图

三、系统设计

系统主要由Arduino Mega2560单片机系统、传感器模块、无线收发模块、电机控制模块、状态显示模块等组成。

系统分自动模式和手动模式。手动模式由无线收发模块控制，手机发出控制信号，电路板接收端接收信号并执行。自动模式依靠分析传感器获取的环境参数进行控制。

使用时，系统先进行模式判断，如果是手动模式，则系统根据指令反应，马达正转时晾衣架伸出，马达反转时晾衣架收回。如果是自动模式，系统会根据环境自动调节工作状态：天气晴朗，晾衣架伸出；天气阴雨，晾衣架收回。

四、系统测试

系统各个模块组装完成后，将程序导入进行测试。打开电源，系统默认为自动模式，干燥状态时马达正转，晾衣架伸出。往雨水传感器上滴水，传感器检测到湿度增加，马达反转，晾衣架收回。换成手动模式，遥控器按“正转”即伸出，“反转”即收回。

五、创新点

加装防水布，采用马达→传送带→滑轮式传送与菱形收缩结构结合，采用物联网信息交流，配备红外线防撞设施，能根据天气情况进行晾晒，并使用太阳能板供电，环保节能。

作者心声

吴静怡 ：科技拥有无限可能

很感谢有这样一次实践机会。在这个过程中，我学会了编程语言，学会了反复质疑推敲，学会了坚持，也意识到自己还需要更加努力学习。在科技创新道路上，我增长了许多知识，领略了许多风景，这将成为我人生中一段难忘的记忆。成功的喜悦、挫折的接踵而至、思维凝涩的愁绪等，都让我倍感珍惜。

沈怀斌：人机交流的秘密

从生活中发现问题，与同伴讨论问题，再到想办法解决，我从中获得了成就感。一直很好奇，机器如何与人交流？又如何读懂我们所说的，并去执行我们预想的动作与任务？

原来，机器也有自己的语言——编程，这也是人与机器交流的桥梁。但机器不懂得随机应变，因此，在人机交流时，人不仅需要思考如何表达，还需思考机器如何接收人类的想法，如何为机器构建“神经系统”，这就需要我们具备更严谨的工作态度和清晰的逻辑思维。

专家点评

对于中学生来说，吴静怡、沈怀斌同学的智能晾衣架是一件具有一定改进意义的高技术含量作品。通过这个项目的实施，两位同学的科学探索、技术应用等能力都有一定的提升。但是，怎样通过真正的创新活动培养自己的原创能力？值得大家思考。

迈克尔·法拉第是英国物理学家、化学家，也是自学成才的著名科学家，他的原始性创新能力极强，原始性创新就是要解决别人未解决的问题。我们该从法拉第身上学习些什么呢？

首先，养成高尚的品格。法拉第具有严于律己、宽以待人、淡泊名利等高尚品格，这让他能不为潮流所动，始终奋斗在自己最感兴趣的领域。

其次，将兴趣和事业结合，这样取得成功的机会更多，成本也更低。

再次，大胆提出问题。要想提出有价值的问题，就必须养成独立思考的好习惯、多问为什么。

最后，善于解决问题。有问题就有了努力的方向，就要千方百计地去解决问题，尤其要不断思考、尝试。