智能化晾衣架电控系统设计

摘 要：对基于单片机的智能化晾衣架进行研究，设计了一种新型晾衣架电控系统。采用光敏电阻检测光照强度，采用LY-69型雨滴传感器检测雨水信号。当光照充足且无雨水时，单片机驱动步进电机控制晾衣架伸出；当检测到雨水或者光照强度较低时，则晾衣架会自动收回。同时辅以ESP8266型Wi-Fi模块实现与智能手机的通信，通过手机APP可自由设置光照及雨水阈值，并监测智能晾衣架的工作状态。最后通过测试，结果表明设计方案可行，对于家用产品的智能化有着较好的借鉴作用。

关键词：晾衣架控制；单片机；雨水检测；远程通信

中图分类号：TP23 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）13-0195-04

Design of Electric Control System for Intelligent Clothes-drying Rack

QIAN Li

（Suzhou Higher Vocational School， Suzhou 215009， China）

Abstract： This paper researches the intelligent clothes-drying rack based on single-chip microcomputer， and designs a new type of electrical control system for clothes-drying rack. The light intensity is detected by photoresistor and the rain signal is detected by LY-69 raindrop sensor. When there is enough light and no rain， the single-chip microcomputer drives the stepper motor to control the clothes-drying rack to extend. When the rain is detected or the light intensity is low， the clothes-drying rack will automatically withdraw. At the same time， ESP8266 Wi-Fi module is used to communicate with the smart mobile phone. The light and rain threshold can be set freely through the mobile phone APP， and the working state of the intelligent clothes-drying rack can be monitored. Finally， through the test， the results indicate that the design scheme is feasible， which has a good reference for the household products.

Keywords： clothes-drying rack control; single-chip microcomputer; rain detection; remote communication

0 引 言

由于城市化生活节奏的加快，大部分上班族都是早晨将洗好的衣物挂在晾衣架上，晚上下班回来再收回衣物[1]。然而，传统晾衣架无法应对变化多端的天气，不会随着外界环境变化自动收缩，不仅严重影响晾衣效率，甚至会由于雨水打湿而造成反作用[2]。智能化家庭产品的出现，可有效解决这一问题，设计一款能够识别阴雨天气的智能化晾衣架，针对不同天气状况实现晾衣架的自动收缩[3]，能够避免衣物被雨水打湿，同时提升晾晒效率，给人们生活提供方便。用户只需要将衣服挂在衣架上，打开电源，就能获得一种全新的晾晒体验。因此，智能化晾衣架控制系统的设计具有重要意义。

1 智能晾衣架电控系统的总体方案

1.1 系统功能的需求

本系统需依据天气变化，实现智能晾衣架的自动伸缩。在此基础上，提出一种基于单片机与多传感器的智能晾衣架控制系统，根据天气情况及光照强弱进行自动伸缩的功能，并通过手机APP进行远程控制。因此，本系统的主要需求如下：1）选择灵敏度较高的光照、雨滴检测传感器。2）选择合适的单片机型号编写控制程序，可依据输入信号控制晾衣架的伸缩。3）添加Wi-Fi芯片，实现的手机远程控制。

1.2 系统的总体架构

根据系统的功能需求，设计的系统总体架构框图如图1所示。系统的总体架构主要包括：单片机组成的最小系统、雨滴传感器、光照传感器、Wi-Fi模块、手机APP、电机驱动、限位开关。其中，手机APP和Wi-Fi模块与单片机之间实现的是双向通信，既可以进行信息上传又可以实现命令下发。而电机驱动与限位开关组成晾衣架伸缩的控制系统。

1.3 系统工作原理

智能晾衣架电控系统主要有两个模式，分别是就地模式与远控模式：1）在远控方式下，电控系统可通过无线网络与移动终端（如手机）相连，通过APP可操控晾衣架的步进电机转动，完成伸、缩晾衣架等动作。同时，可以在移动终端上任意转换远控和就地两种工作模式。2）在就地方式下，光照和雨滴传感器会自动侦测即时信息并进行数据处理。在天气晴朗的时候，当阳光照射在光照传感器上，单片机就会接收到光照强的信号，然后发出相应的命令，让步进电机转动把晾衣架伸出来晾晒衣服。反之，在天黑或者下雨时，单片机驱动电机收回衣架。

2 智能晾衣架电控系统的硬件设计

2.1 系统的硬件组成

系统的硬件组成主要包括：1）单片机。智能化晾衣架控制系统设计中，采用了国产STC系列STC89C51单片机，具有成本低、功能强大等优点[4]，能够满足晾衣架电控系统的需求。2）雨滴传感器。采用电极型雨滴传感器LY-69，当有雨水滴落在传感器上，会使传感器表面的导电性发生变化，从而传递雨滴信号[5]。其优点是反应灵敏、具有较好的防水性能[6]。不会因为外界环境变化而导致测量误差。3）光照传感器。采用光敏电阻，光敏电阻体积较小，可靠性高、响应速度快、测试时间短、可重复性好适用于多种严酷条件[7]。4）Wi-Fi模块。采用ESP8266，通过Wi-Fi网关把被控制设备连接到局域网上，再通过已连接到互联网上的设备向指定的IP地址发送指令，实现无地域限制的远程控制[8]。5）电机驱动与限位。步进电机采用ULN2003进行驱动控制，其主要目的在于放大输出电流及功率，单片机并不具备直接驱动电机的能力[9]。而采用YBLX-111限位开关的目的是当晾衣架伸缩到达预定位置后，给单片机一个的停止信号。

2.2 系统的电路设计

如图2所示，为系统的电路原理图。

系统通过光敏检测电路、雨滴传感器进行光照、雨滴等参数采集。其次，分别将参数输入到单片机P1.1口、P1.0口，单片机与晶振电路、复位电路组成单片机最小系统，并读取环境参数，根据设定值进行对比。然后，采集光照强度超出设定光照值，采集雨滴信息小于设定值，则证明光照充足且无雨水时，单片机驱动步进电机控制晾衣架伸出；当采集雨滴值超出设定值或者光照值小于设定值，证明检测到雨水或者光照强度较低时，则晾衣架会自动收回。步进电机控制电路主要由ULN2003进行驱动控制，电机停止信号由限位开关给出，当晾衣架伸出或者收回到达预定点时，限位开关闭合发出停止信号。串口Wi-Fi电路是通过单片机串口与芯片ESP8266相连，实现单片机与移动终端在同一局域网下的信息发送雨接收。

3 智能晾衣架电控系统的软件设计

利用最简单高效的C语言，对智能晾衣架电控系统进行编程，从而达到整体的控制。首先是初始化系统，包括串口、Wi-Fi模块、单片机等初始化。然后，接收串口数据，当检测到串口标志位为1时，此时为远程控制模式，APP对系统进行控制。如果串口标志位不为1，则当前为就地模式。串口发送程序如下：

void fasongshuju（uchar *str）

{

while（*str！='＼0'）

{

SBUF=*str;

while（！TI）;//等待发送完成信号（TI=1）出现

TI=0;

str++;

}

}

图3为系统的软件程序流程图。

在就地模式下，需要检测光强，若光线较弱，电机反转，晾衣架收回；若光线较强，则继续检测雨滴，当检测到雨滴时电机反转，收回衣架；当检测到无雨滴时，电机正传伸出晾衣架，此时程序结束。步进电机转动程序代码如下：

void zz（）

{

unsigned char i;

for （i=0; i<8; i++） //一个周期转3.75*8=30度

{

P2 = RUN1[i]&0x1f; //取数据

delay（2）; //调节转速

zsd1=0;

zsd2=1;

}

}

在远程控制模式下，ESP8266 热点使得单片机以及手机能够顺利进行通信，借助手机APP还能对TCP的连接状态进行设置，从而实现智能晾衣架的控制。

利用E4A开发了手机APP，并利用Java程序设计了智能Config技术。在将手机与Wi-Fi芯片相连接后，由于ESP8266本身支持Smart Config功能[10]，可以利用手机所连接的路由器的名字和密码，使其可以快速地与路由器相连并实现网络。利用WLAN的链接，可以开启APP，接收TA的命令，对数据进行分析，把BCD二进制代码转换成大家熟悉的十进制代码，并将其显示在系统框体内，以实现对交换的实时信息的显示，如图4所示。

4 系统的测试

4.1 测试结果

4.1.1 软件测试

首先对智能晾衣架软件程序进行测试，测试如图5所示。给出了Keil 4.0软件环境下的测试结果，测试结果显示程序代码编译成功。

4.1.2 光照强度测试

系统处于光照下，观察光敏电阻测到的光照强度变化，如图6所示。同时，利用光照强度测光仪进行同步测量。将两者光照进行比较，测试记录如表1所示。

通过上述五组测试数据并经过对比后可以发现，在不同的环境光照下，两种光照测量方式得到的光照强度数值一致，误差为0。测试结果说明本设计的光照检测效果与常规的测光仪几乎没有任何差别。同时，在光照强度小于15 lx时，晾衣架因为光照强度偏低而收回。高于25 lx光照强度时才会展开。试验结果显示系统的步进电机可实现正反转，工况正常。

4.1.3 雨滴检测

将系统处于25 lx以上光照条件下，并对电路进行通电，观察雨滴传感器测到的雨滴变化变化。同时，利用湿度监测仪进行同步雨滴及环境湿度的测量。将两者测量信息进行比较，测试记录如表2所示。

通过上述五组测试数据并经过对比后可以发现，在不同的雨滴或者湿度条件下，两种雨滴或者湿度测量方式得到数据是不一样的。湿度环境与雨滴并不存在一定的相关性。而采用雨滴传感器进行检测，则更加能够针对下雨环境进行判断，有效防止衣物被打湿。

4.1.4 其他情况

光照强且有雨滴：该情况下虽然光照强度大，但是检测到雨滴，步进电机应该反转并收回晾衣架。通过系统测试，步进电机实现反转，系统工作正常。

光照低：此种情况下，由于光敏电阻信号一直处于关闭状态，步进电机反转收回晾衣架，或者不动作。试验表明，该情况下步进电机误动作，晾衣架处于收回状态

4.1.5 远控模式

通过手机将系统置于远控模式下，可根据APP自由设置光照强度限值、雨滴限值，可实现数据的远程监测与控制。

4.2 测试结果分析

通过实物的测试，其结果表明：1）系统可利用光敏电阻和雨滴传感器两种数据检测元件实现输入端数据的采集，利用手机APP实现对光照数据、雨滴等数据的显示。2）系统自动应对光照弱、天晴下雨等一系列环境情况，运用电机驱动实现具有自动晾晒功能。在光线较弱时，步进电机反转自动收回晾衣架；光线较强时，通过检测雨滴情况，判断收回或者伸出晾衣架，若有雨滴仍然收回晾衣架。

5 结 论

本文主要是利用传感器进行环境监测，以单片机为核心，将雨滴检测、光照检测、Wi-Fi模块、步进电机驱动控制等诸多模块组合在一起，从而实现对衣物的智能晾晒功能。该智能化晾衣架不仅实现了雨滴探测和光照探测的采集功能，还实现了远程手机终端的显示与控制功能。在保证工作稳定可靠的前提下，系统设计方案不仅减少了单片机IO的占用，而且使整个系统的硬件结构得到了简化，并为以后的扩充留出了一定的余地。智能的晾衣架意味着更方便的晾晒衣物，可以根据天气状况进行自动晾晒和回收。智能晾衣架可依据就地、远程模式进行切换，具有很强的调节功能，可灵活应对各种气候变化，既方便了人们的生活，又提高了人们的生活质量，具有较强的实际应用价值。

参考文献：

[1] 陈梦雪，李国雨，杨咏兴，等.自动升降旋转式智能衣架设计 [J].机械工程师，2023（7）：66-69.

[2] 张玮伟.一种智能晾衣架的设计与实现 [J].电子技术，2022，51（5）：210-211.

[3] 段明忠.家用智能防雨晾衣架的设计 [J].武汉工程职业技术学院学报，2022，34（1）：27-29.

[4] 杨曾健，杨颖，岳梦攒，等.多功能智能晾衣架的设计 [J].仪表技术，2022（1）：30-32.

[5] 潘学文，赵全友.带遥控的智能晾衣架控制系统的设计 [J].现代工业经济和信息化，2021，11（9）：69-71.

[6] 李钰，张晋轩，莫记鹏.基于Arduino单片机的智能晾衣架的设计 [J].科学技术创新，2020（33）：183-184.

[7]陈毅龙.智能防雨晾衣架设计与研究 [J].机械设计与制造，2023（9）：221-225.

[8] 任森伟，朱丽军，李晨浩，等.基于远程监控的智能晾衣架实验系统研制 [J].科学技术创新，2021（23）：99-100.

[9] 张立勇，王文军.一款伸缩式智能防雨晾衣架设计[J].南方农机，2021，52（8）：149-150.

[10] 林关成.基于STC89C52单片机的智能晾衣架控制系统设计 [J].计算机与数字工程，2021，49（1）：55-58.

作者简介：钱丽（1976—），女，汉族，安徽宿州人，讲师，硕士，研究方向：物理电子技术。