基于物联网的智能防雨晾衣架设计与试验

张立勇 ， 王文军

（荆州职业技术学院，湖北 荆州 434020）

1 设计背景

晾衣架在人们的生活中被广泛使用，目前市场上很多晾衣架都是安装在室内阳台上，由于空间内部相对密闭、通风效果差、采光不足，导致衣物晾晒效果不佳[1-3]。虽然有部分厂家生产的晾衣架可以安装在室外，但是遇到下雨天气，若无法及时收纳衣服会导致淋湿。基于此，研究小组设计了一种基于物联网的智能防雨晾衣架装置系统。

2 机械结构

该款智能防雨晾衣架结构三维模型如图1所示，主要包括U形滑轨晾衣架和伸缩式防雨篷。其中U形滑轨晾衣架主要起收放和晾晒衣服的作用，伸缩防雨篷主要起防雨防淋湿的作用。当晾晒衣物时，防雨篷为收缩闭合状态，且挂钩聚拢回缩在滑轨两端，用户只需将衣物依次挂在U形架两端的晾衣挂钩上，通过遥控或手机APP控制晾衣挂钩运动，即可使衣物均匀分布在晾衣架上。收取衣物时，通过遥控或手机APP让晾晒好的衣物依次回收到U形架两端起始位，便可取下衣物。在衣物晾晒的过程中，如果遇到下雨而来不及收取衣物时，通过雨滴传感器可以自动实现防雨篷打开，防止衣物被淋湿。当不下雨时，防雨篷缩回，继续晾晒。该装置实物模型如图2所示。

图1 智能防雨晾衣架三维模型

图2 智能防雨晾衣架装置

3 电气设计

3.1 系统原理

智能防雨晾衣装置系统原理如图3所示，该系统包括两种运行模式，即手动模式和自动模式[4]。手动模式状态下，防雨篷可通过按键开关控制防雨篷的打开和闭合，按下打开按钮时，防雨篷打开伸展，实现防雨功能。按下闭合按钮时，或者通过手机APP按钮，防雨篷闭合收缩。当需要晾晒衣物时，按下展开按钮开关，或者通过手机APP，使U形滑轨中的挂钩展开，实现晾衣功能。按下缩回按钮时，U形滑轨中的挂钩缩回，实现收衣功能。自动模式状态下，由物联网平台收集雨滴传感器数据，通过对采集到的模拟数值与预设标定模拟值进行比对判断，当模拟数值小于预设值时，触发防雨篷电机正转，进而打开防雨篷，实现自动防雨功能。当模拟数值大于预设值时，触发防雨篷电机反转，进而收缩防雨篷，实现晾晒功能。

图3 系统原理框图

3.2 系统组成及硬件连接

智能晾衣架系统主要由远程通信、环境感知、控制系统、机械控制四部分组成[5-7]，系统框图如图4所示。

图4 系统框图

1）远程通信主要由WiFi通信、手机APP、按键控制组成，利用手机对ESP8266模块进行网络配置[8-9]，进而可以通过手机远程控制或按键遥控控制晾衣架。

2）环境感知系统由雨量传感器实现，可读取外界雨量大小，然后将模拟信号发送给单片机，通过数据分析比较，进而实现防雨篷的自动打开和闭合。

3）控制系统主要包括单片机和物联网开关，主控芯片采用 STC89C52RC 单片机，对接收到的传感器信号进行判断比较，从而控制物联网开关的闭合。

4）机械控制部分主要由U形滑轨电机和防雨篷电机组成，U形滑轨电机的正反转可以实现滑轨上晾衣挂钩的缩回和展开，防雨篷电机的正反转可以实现防雨篷的打开和关闭。

晾衣架控制系统电路硬件模块连接如图5所示，主要由八路继电器、M4物联网模块、单片机、电源线、雨水传感器等硬件组成。系统工作时，雨量传感器实时采集雨量数据，采集到的模拟信号将传送给单片机，单片机对采集到的信号数据与标定值进行比较，根据判断逻辑控制对应继电器的开闭，进而控制防雨篷电机和滑轨电机的正反转[10]。

图5 控制系统电路硬件模块连接

3.3 软件设置

参照晾衣架智能防雨系统原理框图，在手机物联网管理平台APP界面进行参数设置和模式管理，在物联网管理平台设定好的智能防雨晾衣系统界面如图6所示。该界面可以实时监控雨滴传感器AINO的信号值。

图6 手机APP界面图

4 试验

4.1 淋雨试验

为了验证晾衣架智能防雨系统方案的可行性，在室内利用喷水壶定点喷射传感器进行淋雨模拟试验，试验材料和喷水试验效果如图7所示，雨滴传感器安装位置与水平夹角为45°，试验过程中，每秒用喷壶向传感器定向喷射1次，连续喷射1分钟，然后停止喷射，静置5分钟后再次喷射，查看传感器反馈的信号曲线图，并观察雨篷打开状态。按照上述步骤重复进行6次测试，物联网管理平台反馈的雨滴传感器信号曲线图如图8所示。

图7 试验材料和喷水试验效果

图8 雨滴传感器信号曲线图

参考雨滴传感器信号曲线图8，将每次淋雨测试时雨滴传感器反馈的模拟量的最大值和最小值进行记录，当防雨篷处于图9（a）和图9（b）时，则分别判定防雨篷为打开状态和关闭状态，得到雨滴传感器数据表，如表1所示。

图9 防雨篷状态图

表1 雨滴传感器数据表

4.2 试验结果分析

由图8和表1分析可知，连续喷水时，雨滴传感器检测到雨滴，其检测数据模拟量传感器立刻发生变化，模拟量数值不断降低，从初始255降低至90以下，继续喷水时，其数值不再发生较大变化，且防雨篷打开。当停止喷水时，雨滴传感器数值缓慢回升，且回升数模拟量最大值不超过180，此时防雨篷收回。当继续向传感器喷水时，其模拟量数值继续下降，通过6次测试数据对比发现，雨滴传感器检测到水滴时，其模拟量最小值低于90以下，模拟量最大值不高于180，但是随着时间延长，雨滴传感器上的水逐渐蒸发以后，其模拟量会达到220以上。因此，防雨篷自动打开和关闭的逻辑判断条件为：防雨篷打开时，雨滴传感器模拟量通道数值AINO<90；防雨篷关闭时，雨滴传感器模拟量通道数值AINO>180。

5 结论

1）晾衣架的防雨篷遇水能自动打开和回缩，验证了基于物联网系统智能防雨系统设计方案的可行性。

2）该装置淋雨试验结果表明，防雨篷自动打开和关闭的逻辑判断条件为：防雨篷打开时，雨滴传感器目标参数值AINO<90，防雨篷关闭时，雨滴传感器目标参数值AINO>180。

3）该装置解决了户外晾晒淋雨的问题。下雨时，通过雨滴传感器检测到雨水，控制防雨篷自动打开，避免衣物淋湿。基于物联网系统，当室外下雨时，由于工作来不及收纳衣物时，可以通过手机APP远程控制防雨篷的打开和关闭，实现防雨的功能。通过试验初步验证了该装置的实用性。