劉春龍

晾衣桿作為人們每天使用的家居用品，是大多數(shù)家庭的生活必需品，晾衣桿從開發(fā)至今技術(shù)不斷改進(jìn)和變革，但是一直沒有出現(xiàn)全自動化的晾衣桿。

目前使用的晾衣裝置存在許多不便之處，市場上現(xiàn)有的自動晾衣機(jī)只能提供垂直升、降操作，而且需要通過紅外遙控，控制遙控操控距離十分有限，距離需小于10米，且需要人為操作，時空限制大，無法直接解決出門在外導(dǎo)致的時間和空間受限的問題。于是，我們設(shè)計了一種能自動感應(yīng)，并判斷天氣從而進(jìn)行自動控制的晾衣架。

一、整體方案

與一般的晾衣桿相比，基于Arduino的智能避雨晾衣桿主要在控制器與機(jī)械結(jié)構(gòu)上有較大改進(jìn)。該系統(tǒng)主要由中央控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和衣物收放系統(tǒng)組成。DHT11溫濕度傳感器和雨滴傳感器作為數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)實時采集環(huán)境中的濕度和降雨量，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號和模擬信號實時地輸送給中央控制系統(tǒng)。同時，中央控制系統(tǒng)將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷周圍環(huán)境如果為下雨狀態(tài)，則控制下級傳動系統(tǒng)即衣物收放系統(tǒng)進(jìn)行避雨動作。另外，中央控制系統(tǒng)還對傳感器等各類元器件進(jìn)行供電。衣物收放系統(tǒng)主要由兩個X型伸縮結(jié)構(gòu)和兩個推桿電機(jī)組成，電機(jī)接收控制器Arduino的信號，執(zhí)行指令使晾衣桿實現(xiàn)橫向與縱向拉伸，以實現(xiàn)對衣物的收與放。系統(tǒng)功能構(gòu)成圖如圖1所示。

二、硬件組成

該智能晾衣桿的目的是為了實現(xiàn)晾衣桿的自動避雨功能，能夠智能判斷是否下雨，而且無需人為干預(yù)便可自動實現(xiàn)避雨功能的一套系統(tǒng)，適用于家用晾衣和宿舍晾衣等，消除降雨對衣物的影響。

本產(chǎn)品系統(tǒng)由Arduino單片機(jī)、5V直流電源、三色LED燈、按鍵、DHT11溫濕度傳感器、雨滴傳感器、推桿電機(jī)、X形伸縮結(jié)構(gòu)等組成。

本產(chǎn)品系統(tǒng)由三大部分組成：中央控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、衣物收放系統(tǒng)。

1.中央控制系統(tǒng)

以Arduino為主控芯片，配合SensorShieldV5.0拓展模塊實現(xiàn)對各種傳感器和元器件的有效連接。其中包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、輔助操作系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。中央控制系統(tǒng)具備以下基本功能。

（1）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)會實時向中央控制中心上傳所收集的信息，中央控制系統(tǒng)的Arduino芯片是用于存儲創(chuàng)作編寫的一套程序，程序會將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，并且通過已編寫的程序進(jìn)行合理的計算，判斷外界環(huán)境是否下雨。

（2）輔助操作系統(tǒng)

在中央控制系統(tǒng)中，有三色LED燈，可根據(jù)燈顏色的變化，判斷該系統(tǒng)的工作狀態(tài)。還可根據(jù)傳感器對應(yīng)的LED燈判斷該傳感器是否處于正常工作狀態(tài)。

（3）設(shè)備管理系統(tǒng)

對衣物收放系統(tǒng)等下級控制設(shè)備進(jìn)行管理。通過向下級系統(tǒng)輸出控制信號，以實現(xiàn)對衣物的收放。

（4）供電系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)通過DC電源輸入接口供電，接入9V層疊電池，并通過Arduino給各模塊（如DHT11溫濕度傳感器、雨滴傳感器等）通電，以保證各模塊的正常運行。

2.數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)

使用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器對當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行采集，在該設(shè)計中的意義是讀取濕度值，與雨滴傳感器相結(jié)合能夠降低該智能晾衣桿的誤動率。

使用雨滴傳感器對當(dāng)前環(huán)境是否下雨進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)下雨時傳感器輸出低電平（0），當(dāng)沒下雨時輸出高電平（1）。當(dāng)使用AO模擬量口輸出時，也可對雨量大小進(jìn)行采集，雨量越大數(shù)值越小。

3.衣物收放系統(tǒng)

衣物收放系統(tǒng)由兩個X型伸縮結(jié)構(gòu)和兩個推桿電機(jī)組成。兩個電機(jī)相互配合，以實現(xiàn)衣物收放控制。

自動晾衣架機(jī)械部分采用兩個傳統(tǒng)X型伸縮結(jié)構(gòu)的結(jié)合，兩個方向的伸縮架均由推桿電機(jī)控制。在不使用時，兩個伸縮架均縮回，整個晾衣架在陽臺頂部不占用空間。當(dāng)需要掛衣物時，垂直伸縮架伸展，使晾衣架下降到人手可以直接觸及的高度，無需再使用撐衣桿。當(dāng)衣物掛完后，垂直伸縮架收回頂部，不占用陽臺空間。同時水平伸縮架伸出，使衣物伸到陽臺外受到陽光直射。衣架由推桿電機(jī)及雨滴、濕度傳感器控制，可在下雨時自動收回，無須再擔(dān)心衣物被雨淋濕，機(jī)械結(jié)構(gòu)模型圖見圖2。

三、原理介紹及程序設(shè)計

1.整體原理介紹

本產(chǎn)品系統(tǒng)通過雨滴傳感器與溫濕度傳感器傳輸數(shù)據(jù)作為輸入信號，并將MCU控制板輸出接口與機(jī)械傳動信號相連接，控制機(jī)械的傳動。

具體來說，雨滴傳感器將通過信號線和MCU（Arduino）的模擬I/O口連接。雨滴傳感器實時檢測滴在雨滴檢測板上的雨量大小，雨量越大傳入MCU的數(shù)值越小。

DHT11溫濕度傳感器通過信號線和MCU（Arduino）的數(shù)字I/O口連接。傳感器實時收集外界的溫度與濕度，將所收集的環(huán)境溫濕度以攝氏溫度和相對濕度為單位，以數(shù)字形式傳入MCU。

MCU將所收集的環(huán)境信息進(jìn)行有效處理，當(dāng)雨滴傳感器傳回的值小于設(shè)定值，且環(huán)境濕度大于設(shè)定值（85%）時判斷環(huán)境處于下雨狀態(tài)。此時，MCU馬上傳輸避雨信號給合適的機(jī)械傳動部分，實現(xiàn)所需的避雨功能。

系統(tǒng)的控制面板上方有一個三色LED燈，分別定義為手動模式（藍(lán)）、智能模式（綠）及輸出機(jī)械傳動正在運行（紅）。三色LED下方設(shè)置四個按鍵，可通過遠(yuǎn)程智能模式、手動模式等讓機(jī)械實行相應(yīng)的避雨傳動。

2.程序設(shè)計

具體設(shè)計原理見圖3。

四、具體實施方案

雨滴傳感器與溫濕度傳感器通過感應(yīng)外部因素并進(jìn)行精確的分析，向傳感器MCU控制器輸入信號指令，傳感器接收信號并輸出控制推桿電機(jī)推和拉，實現(xiàn)自動避雨功能。

系統(tǒng)的運行分為智能模式和手動模式兩種，智能模式是為了滿足人們外出后，系統(tǒng)能夠自動判斷當(dāng)前環(huán)境，在必要時通過衣物收放系統(tǒng)將衣物收回，而手動模式是為了方便用戶收、掛衣服使用。

1.智能模式

按下智能模式按鈕（指示燈由藍(lán)轉(zhuǎn)綠），進(jìn)入智能判斷避雨模式。

·當(dāng)處于下雨狀態(tài)：雨滴傳感器與溫濕度傳感器開始工作并通過MCU控制板分析確定有雨（指示燈由綠轉(zhuǎn)紅），MCU傳送信號給合適的機(jī)械傳動部分。推桿電機(jī)實行相應(yīng)的避雨傳動。

·當(dāng)處于無雨狀態(tài)：雨滴傳感器與溫濕度傳感器開始工作并通過MCU控制板分析確定無雨（指示燈由綠轉(zhuǎn)紅），MCU傳送信號給合適的機(jī)械傳動部分。機(jī)推桿電機(jī)實行遠(yuǎn)離遮擋物的傳動。

2.手動模式

按下手動模式按鈕（指示燈變?yōu)樗{(lán)色），進(jìn)入手動避雨模式。

·當(dāng)按下避雨按鈕時，MCU傳送避雨信號給合適的機(jī)械傳動部分，機(jī)械實行相應(yīng)的避雨傳動。

·當(dāng)按下遠(yuǎn)離遮擋物按鈕即放出衣物時，MCU傳送遠(yuǎn)離遮擋物信號給合適的機(jī)械傳動部分，機(jī)械實行相應(yīng)的傳動。

責(zé)任編輯 陳春陽