摘要：文章所述設計是一種基于單片機控制的自動收衣系統(tǒng)，通過雨量傳感器、風速傳感裝置來控制電動機的正反轉，達到晾衣架的伸縮效果，下雨自動收衣，雨后自動晾衣，實現(xiàn)自動晾收衣服。文章從設計框圖、硬件線路及程序等方面來說明自動收衣系統(tǒng)的功能與設計過程。

關鍵詞：自動收衣系統(tǒng)；單片機；雨量傳感器；風速傳感裝置；自動收縮 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP368 文章編號：1009-2374（2015）19-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.016

1 概述

隨著社會的進步、經濟的發(fā)展，人們的生活水平越來越高，人們也越來越青睞各種智能化、自動化家具產品。目前人們所使用的晾衣架多為不能隨外界環(huán)境變化而自動收縮的傳統(tǒng)類型。假如住戶有事在外，那么如果下雨或者刮大風，傳統(tǒng)類型的晾衣架就達不到使晾曬的衣物避雨、避風的功能。目前市場上各種品牌的不同檔次的電動晾衣架很多，其電動工作方式大多是垂直升降型，操作方式大多數(shù)是使用手動按鈕控制或無線遙控操作。而本文設計的自動收衣系統(tǒng)能根據(jù)天氣情況自動晾曬衣物，下雨或刮大風時能自動把衣物收回陽臺遮雨篷以避免雨水淋濕衣物或大風吹走衣物的功能。

2 自動收衣系統(tǒng)的結構

本產品主要由處理器、主控面板、雨量傳感器模塊、風速傳感裝置模塊、電源模塊、減速電機等模塊組成（詳細系統(tǒng)框圖見圖1）。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.1 自動收衣系統(tǒng)的傳動機構

本設計的自動晾衣架與晾衣架相配套的遮雨布安裝在陽臺，機械部分是在普通不銹鋼管晾衣架兩端各安裝一個滑輪和光軸，再穿入鋼絲繩，由電機控制其上升/下降，另一個電機控制不銹鋼管向前/向后運轉，達到晾衣架的伸縮和上升、下降的效果。左、右兩側支架的前后端分別安裝有限位開關，控制其運動行程，當螺母運動到極限位置時，限位開關動作，使電動機停止運行。

2.2 自動收衣系統(tǒng)的工作原理

本文從實用角度出發(fā)，設計了自動控制和手動控制兩種工作模式，且可自動在自動控制和人工控制兩種工作模式之間切換。在自動控制模式下，該系統(tǒng)可以實時感知天氣變化，實時控制晾衣架的自動伸縮。當天晴時，通過溫濕傳感器和風速傳感器檢測戶外空氣的溫度、濕度和風速，并將信號傳遞給單片機，將接收到的信號進行分析之后，單片機發(fā)出相應的控制信號驅動電機使晾衣架伸出，當晾衣架完全伸出時，限位開關動作并將信號傳遞給單片機，使晾衣架停止繼續(xù)伸出，從而達到晴天自動曬衣的功能。下雨或刮大風的時候，利用雨量、風速傳感器檢測雨滴和風速，并將信號傳遞給單片機，單片機發(fā)出相應的控制信號驅動電機使晾衣架收回，當晾衣架完全收回時，限位開關動作并將信號傳遞給單片機，使晾衣架停止繼續(xù)收縮，從而達到雨天自動收衣的功能。在人工控制模式下，通過人機對話，可人工控制晾衣架的伸縮。當用戶需要收回衣服時，只需按下收衣按鈕，即可將衣服收回；當用戶需要晾曬衣服時，只需按下曬衣按鈕，即可將衣服伸出晾曬。此外，為保護傳感器使晾衣架能夠正常工作，當晾衣架工作在人工控制模式時，溫濕度傳感器和風速傳感器會自動停止工作，這樣既節(jié)約了電能，又延長了傳感器的使用壽命。

圖2

3 硬件電路設計說明

3.1 單片機控制模塊

P2.6、P2.5：該兩個按鈕是帶鎖的白色按鈕；P2.4、P2.3：該兩個按鈕是不帶鎖的黑色按鈕；P2.2、P2.0：是給1602作為寫入數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)用的；P1.0、P1.1：是用來分別導通2個接觸器J1和J2；P1.2：當雨量傳感器有反轉信號時候，這個I/O口設置為低電平，然后LED紅燈就會導通；P1.4：雨量傳感器的信號線；P3.4：測量光電傳感器的脈沖數(shù)。

3.2 電機模塊

當繼電器J1閉合時：J1常閉觸頭斷開并且常開觸頭閉合。此時，電流通過LED燈DS3和電機M1。當繼電器J2閉合時：J2常閉觸頭斷開并且常開觸頭閉合。此時，電流通過LED燈DS2和電機M1。若電機J1和J2同時得電，LED燈和電機都不動作。

3.3 雨量檢測模塊

圖3

VCC通過上拉電阻R15回到P1.4等待三極管Q3導通。

當有導電物體碰到雨量傳感器的時候，三極管Q3就會被導通，P1.4的電平拉低，單片機就得到一個反轉信號，同時M2電機開始運轉，加快雨量傳感器的風干。

3.4 風力檢測模塊電路

二極管部分：VCC通過1K電阻限流，然后導通紅外的LED二極管再回到負極。三極管部分：VCC經過上拉電阻10K，回到TL0保持高電平，等到三極管導通。當紅外LED被導通時，三極管得到電流信號導通，TL0就被拉到低電平，當有障礙物阻擋紅外LED燈的時候，三極管就會斷開，TL0又被拉到高電平。利用這個通斷的原理，通過不同導通頻率來檢測出風力。

4 自動收衣系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)軟件設計包括主程序設計和多個子程序設計。

圖4

5 試驗及應用驗證

該自動收衣系統(tǒng)樣機做成并安裝好后，對其進行了模擬降雨試驗，通過人工加濕的方式反復進行了多次試驗，其中有98%次成功實現(xiàn)智能收衣，保證衣物未被雨水淋濕。

6 結語

本文設計的基于單片機的自動收衣系統(tǒng)，以直流電機作為動力源帶動滑輪機構從而實現(xiàn)電動晾衣和收衣功能，直流電機采用繼電器電路進行控制，操作方便，同時通過雨量傳感器檢測天氣的變化并自動控制直流電機運轉，實現(xiàn)降雨時自動收衣的功能。經過試驗及實際應用驗證表明，該系統(tǒng)安裝使用方便，智能檢測雨滴、風速、濕度等因素，自動收衣晾衣成功率高，可實現(xiàn)無人監(jiān)控，具有較好的應用前景。本設計已獲得兩項國家實用新型專利，編號：201420438559.8，名稱：《一種基于雨量檢測和風速檢測的智能晾衣裝置》；編號：201420438602.0，名稱：《一種風速傳感裝置》。

參考文獻

[1] 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理（第7版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 張策.機械原理與機械設計（上、下）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3] 王桂榮，李憲芝.傳感器原理及應用[M].北京：中國電力出版社，2010.

[4] 楊友平.基于89C51實現(xiàn)智能晾衣架控制系統(tǒng)設計

[J].機械工程與自動化，2011，（12）.

作者簡介：彭金莉（1985-），女，廣東廣州人，廣州市公用事業(yè)高級技工學校教師，電子技術講師，研究方向：電子技術。

（責任編輯：周 瓊）