一种智能电动晾衣机的设计探究

摘要：随着现代城市的快速发展，很多人已经没有足够的精力处理日常事务。例如：如何在天气晴朗的日子里把衣物晒干就成了一个难题。为了解决这一问题，人们着手研究如何让一台“活”的晾衣机可以帮助人们将衣物整理好。在综合研究了几种智能家庭系统后，对MCU进行智能控制的研究后，得出了更好的设计思想：采用STC89C52单片机来实现对数据的采集和存储；同时，使用传感器来探测晾衣机周围的温度、光照强度和是否下雨，并由单片机将探测到的信息与预置的值相结合，然后做出判定，驱动电动机正向或反向转动，实现对衣服的智能化晾晒。另外，系统可以设置手动、自动、定时3种工作方式，以满足不同使用者的需求。

关键词：晾衣机；STC89C52；自动控制；传感器

DesignExplorationofanIntelligentElectricClothesDryer

ZHAOZhichaoYUZhengtaoNIJun*LIUTaoLVZhao

ZhejiangHooeasySmartTechnologyCo.，Ltd.，Jinhua，ZhejiangProvince，321015China

Abstract：Withtherapiddevelopmentofmoderncities，manypeoplehavenothaveenoughenergytodealwiththeirdailyaffairs.Forexample，howtodryclothesonsunnydayshasbecomeaproblem.Tosolvethisproblem，peoplebegantostudyhowtomakea"living"clothesdryerthatcanhelpustidyupclothes，AftercomprehensiveresearchonseveralintelligenthomesystemsandintelligentcontrolofMCU，abetterdesignideaisproposed：UsingSTC89C52microcontrollertoachievedatacollectionand storage;Atthesametime，sensorsareusedtodetectthetemperature，lightintensity，andwhetherthereisrainaroundtheclothesdryer.Themicrocontrollercombinesthedetectedinformationwiththepresetvalues，andthenmakesajudgmenttodrivethemotortorotateintheforwardorreversedirection，achievingintelligentclothesdrying.Inaddition，thesystemcanalsosetupmanual，automaticandscheduledthreeworkingmethods，tomeettheneedsofdifferentusers.

KeyWords：Intelligentclothesdryer;STC89C52;Automaticcontrol;Sensor

随着科学技术的发展和社会的发展，人民的物质生活也在逐步改善，对高品质生活的追求越来越强烈，智慧生活也渐渐走进了人们的视线。家电、照明、防盗报警灯等是智能生活的重要组成部分，这也推动了各国在智能家庭领域进行了更多的研究，推动了人类迈向真正的智慧生活[1]。然而，在各种关于智能家居的研究中，国内对户外衣物晾晒并未给予足够的关注和研究，大部分还是以室内阳台晾晒为主。

• 研究现状

晾衣可能是人们目前日常生活中常做的事情，所以，晾衣机也成了人们生活中的必需品，推动生活的智能化[2-5]。国内外研究学者对晾衣机做了很多研究。WANGX等人[6]制作了一款晾衣机，具有自动挂衣、伸出晾衣、烘干、自动升降、定时、消毒等功能。StastnaM等人[7]设计出了一个基于GPS或Wi-Fi模块以实现烘干衣物的App，通过GPS定位用户位置后采用吸收空气水分的计算方式，给用户提供晾衣方案。WongYQ等人[8]对衣物无法充分得到晾晒的情况分析后提出了一种拥有风扇模式加热模式、风扇和加热模式及交替模式的晾衣机。在智能化越来越普及的情况下，人们的生活模式也在随之变化：智能窗帘、智能家电、智能晾衣机等智能化高科技产品相继推出，并越来越贴近消费者的内心[9-10]。近年来，智能晾衣机作为众多智能家居中的一个分支，深受消费者的喜爱。

本设计可以通过按钮实现自动模式和手动模式的切换，在自动模式下，温湿度和光照强度传感器对室外的温度和光线状况进行探测，获得当前的天气信息，并将此信息传送给微处理器。在此基础上，单片机将探测到的数据与预定值进行对比，并做出判定，驱动电机动作，向前或向后旋转，实现对衣服“晾衣”和“收衣”的智能化晾晒。

2.系统设计

2.1系统设计框架图

从图1中可以看出，该系统的整体设计框架，该系统采用STC89C52单片机作为主要核心模块，利用温度、湿度传感器、光敏电阻等辅助监测设备对外部环境进行监测，并将采集的数据传送到微处理器，由微处理器驱动电机旋转，从而实现对衣服的晾衣和收衣。

2.2系统组成

该系统由单片机控制、温湿度检测模块、光照强度检测模块、雨滴检测模块、电机传动模块、按键开关及显示等模块构成。其中，温湿度检测模块用于对晾衣机附近环境温度和湿度信号进行实时监测；光照强度检测模块用于获取户外衣架附近的光线信息；雨滴检测模块可以通过雨滴掉落后改变电容值来判断外界的天气；单片机对接收到检测模块的信号处理后，将结果输出到电机传动模块，推动电机正向或反向转动，以驱动晾衣机完成“晾衣”“收衣”等动作；按钮切换组件用于设定3种工作方式，以及在人工模式下，通过按压晾衣机上的各种按钮，达到“晾衣”“收衣”等功能；显示模块主要用于显示室外温度、湿度和时间等数据。

2.3控制系统核心选择

本文选用STC89C52单片机来实现对数据的采集和存储，配合新型的自动晾衣机结构。STC89C52单片机采用8位架构，具有良好的性能和较低的功耗。系统稳定可靠，抗干扰性好。具有良好的程序编制能力及性格特点，在许多工控领域及嵌入式应用中均能发挥良好的控制作用。

2.4温湿度检测模块选择

温湿度传感器设计人员选用DHT11传感器，它集温度和湿度测量于一身，并将其作为一个数字信号来进行测量。尽管程序比较烦琐，但是它的周边线路非常简单，可以从MCU的IO端口上直接读出。

2.5光照强度检测模块选择

光照强度检测模块，设计人员利用光敏电阻器进行。光敏电阻器的阻值与所处的周围光线的强弱有关，并且随着光线的强弱而改变。将该阻值转换为电压信号，再通过电压对比电路进行对比，获得电平信号，从而了解外界光线强度。该光敏电阻器的设计比较简单，工作稳定，通过一个简易的加工线路就可以满足该系统的需要。

2.6雨滴传感器选择

雨滴传感器功能是对有无降水以及雨量大小进行探测。在本设计中采用了一种结构简单，使用寿命长，输出信号良好的雨滴传感器YD-A1。它由5.0cm×4.0cm面积超大电极感应，使用宽电压LM393比较器，雨滴滴落在电极上会改变电容值，通过电容量的变化，确定是否有雨滴降落。容量式雨滴传感器对环境中的湿度变化非常敏感，并且能够提供高精度的雨滴检测，适合应用于智能电动晾衣机。

3.机械系统设计

3.1智能电动晾衣机的结构设计

现在市场上的晾衣机功能和种类层出不穷，种类繁多，市场上常见的晾衣机采用的是剪刀式铰接方式来驱动晾衣杆伸开或收缩，其结构示意图如图2所示。这个晾衣机主要的操作模式为手动操作，须手动去操作剪刀铰架完成展开和收缩。无法随着外界天气的变化而去完成晾衣收衣动作，而且无法切换模式，这是其智能化程度低的一个重要体现。

考虑到传动的精准度，设计人员采用螺纹丝杆传动方式，将以上两种方式结合起来，所设计的智能电动晾衣机整体结构的设计如图3。

3.2智能电动晾衣机的工作原理

从智能电动晾衣机实现的工作原理如图4所示。本设计可以在自动控制模式和人工操作模式下切换，在自动控制模式下，通过单片机发出指令信号，电动机正向运转时圆锥齿轮带动丝杆，带动下传动杆沿导向柱向上移动，使两个铰接剪刀间距缩小，从而将伸缩衣架组件展开，达到晾衣目的。当电动机反向运转时，同样通过圆锥齿轮带动丝杆，带动下传动杆沿导向柱向下移动，使两个铰接剪刀间距增大，从而将伸缩衣架组件收缩，达到收衣目的。在人工操作模式下，可通过手柄的正向或反向旋转来达到晾衣和收衣操作。

4.结语

经过对系统的长时间运行和各种条件下的测试，可以得出以下结论。

（1）系统在正常工作状态下，通过传感器能够准确地检测室外环境的温度、湿度、光照强度及降雨等情况，并将信号传输和预设的条件进行对比后自动切换晾衣和收衣模式。

（2）系统的人性化设计使操作变得更加简便，用户只需通过简单的按键操作，即可实现在手动和自动两种工作模式之间切换。

（3）系统具有较高的智能化水平，能够根据环境变化实时自动进行调整，从而实现节能和便捷的目的。

（4）经过多次测试和调试，系统的性能得到了充分验证，满足了我们预期的设计目标。

参考文献

[1]王文斌.电动晾衣机行业未来发展浅[J].科技资讯，2019，17（16）：79-80.

[2]黄安川.基于物联技术的智能晾衣机设计研究[J].价值工程，2023，42（4）：51-53.

[3]李泽军，倪俊，王琳，等.基于TRIZ创新的高性能烘干晾衣机设计[J].科技资讯，2024，22（4）：116-123.

[4]王亚飞.电动晾衣机自动送检装置的研制[D].杭州：浙江理工大学，2021.

[5]周亮.智能晾衣机托架的理论力学建模及优化设计[J].日用电器，2023（7）：69-76，92.

[6]WangX，YangJ，ZhaoC.WeatherVxT/oz4wGFhNMqpttZ5/dSfPLuZM2EVn2jw4HtlDvtg=auto-inductiveandmultifunctionaldevice[C]//IEEEAdvancedInformationTechnology，ElectronicandAutomationControlConference.2018：829-834.

[7]StastnaM，DvorakJ，SelamatA，etal.Predictionofconditionsfordryingclothesbasedonareaandtemperaturedata[J].Springer，Cham，2017（LNCS10486）：57-69.

[8]WongYQ，TanRHG，GohYH，etal.Designofgarmenthangerdryer[C]//2010InternationalConferenceonComputerApplicationsandIndustrialElectronics.2010：94-97.

[9]刘海川，陈富海，王立祺.智能化家居发展研究[J].合作经济与科技，2022（9）：95-97.

[10]蔡伟强，刘玉刚，黄晓新，等.浅谈家居智能化发展[J].科学技新，2019（32）：83-84.