总740期第六期2021年2月
河南科技
Henan Science and Technology
（江汉大学，湖北武汉430056）
摘要：当今社会发展迅速，人们对生活水平的要求也水涨船高，而智能家居可以优化生活品质，逐渐受到人们的青睐。晾衣架作为一种必要的家具用品，开始逐渐由传统控制向智能控制发展。为了使人们更加便捷地晾晒衣物，本团队设计并制作了多元控制悬臂式晾衣架，对传统外飘式衣架进行创新设计并加以智能化控制。本研究自主设计的晾衣架以单片机作为控制核心，通过雨量传感器对天气情况进行感知；天气信息由雨量传感器送给单片机，由它进行判断；晾衣架自动运行的依据来源于单片机对天气的实时监测；下雨时，晾衣杆收回，以防止衣物被淋湿，天晴时，其可以伸出，让衣物进行晾晒。用户也可通过手机APP控制晾衣杆的工作模式。此外，手机APP拥有天气预报提示的功能，辅助用户进行衣物晾晒。本设计意在消除传统晾衣架的弊端，给出一个更加方便家用、实用新型的晾衣架方案。 关键词：外飘式；智能家居；多元控制
中图分类号：TS959.9；TP273文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）06-0081-03 Design and Manufacture of Multi-control Cantilever Drying Rack
柴油抗磨剂LUO Jieyong CAO Gang DING Junwei SHEN Ao YANG Yuxi
（Jianghan University，Wuhan Hubei430056）
buck降压电路Abstract:Today's society develops rapidly,and living standards of people's requirementsare also rising,and smart homes can optimize the quality of life and are gradually being favored by people.As a necessary furniture item,dry⁃ing racks have gradually developed from traditional control to intelligent control.In order to allow people to dry clothes more conveniently,the team has designed and produced a multi-control cantilever drying rack,innovatively designed and intelligently controlled the traditional floating hanger.The drying rack independently designed in this study uses a single-chip microcomputer as the control core,and the weather conditions are sensed through the rain⁃fall sensor;the weather information is sent to the single-chip microcomputer from the rainfall sensor,which is judged by it;the automatic operation of the drying rack comes from the real-time monitoring of the weather by the single-chip;when it rains,the clothes rail is retracted to prevent the clothes from getting wet,when it is fine,the clothes rail can be extended to allow the clothes to dry.Th
e user can also control the working mode of the clothes rail through the mobile phone APP.In addition,the mobile APP has a weather forecast function to assist users in drying clothes.This design is intended to eliminate the drawbacks of traditional drying racks and provide a more convenient and practical new drying rack solution for household use.
Keywords:floating type；smart home；multiple control
目前，市场上的外飘式晾衣架大多采用手动操作控制，若遇上下雨天气，家中没人，则晾晒的衣物就会被雨水淋湿，使用起来十分不方便。同时，手动控制伸缩效率低，耗费时间和精力。本团队设计的多元控制悬臂式晾衣架有效地解决上述问题。基于单片机的智能晾衣架系统能够自动联网获取天气情况，进而控制装置的伸缩［1-2］。与此同时，该装置配备手机移动客户端APP，从而实现手动操作。其创新点如下。
一是依靠传感器检测外界气象参数，以单片机控制步进电机运行，自动调节晾衣架运行状态，实现智能控制［3-5］。二是可联网获取天气情况，智能调整工作状态，提高工作效率。三是通过手机客户端控制，可以实现较
收稿日期：2021-01-21
作者简介：罗杰勇（2000—），男，在读本科，研究方向：机械工程。
工业技术
远距离的操控，弥补了大多数晾衣架不便实行远距离人工控制、只能当场手动操作的不足［6-7］。四是节省室内空间，目前，大多数晾衣架安装于室内阳台并且采用垂直升降，此装置将衣架伸出窗外，节省大量室内空间，并且非常稳定可靠。
1晾衣架总体设计
1.1晾衣架总体框架
本文设计的多元控制悬臂式晾衣架的机械结构如图1与图2所示，晾衣架主体固定于墙壁表面，其中装载着晾衣杆、控制核心模块、步进电机、电机驱动器和开关电源等硬件［8-9］。晾衣杆通过剪叉式机械结构进行伸缩，剪叉式结构的动力来源为步进电机，步进电机的丝杆旋转提供动力。单片机作为控制核心，通过与雨量传感器的连接，可以接收来自外界的信息，如天气情况信息，这样即可对天气情况进行监测。同时，用户可通过手机APP 远程控制家中的晾衣架。遮雨棚由舵机驱动，伞骨可将伞布以均匀角度展开，
下雨时展开可以防止衣物被淋湿。
图1
晾衣架主体
图2遮雨棚骨架
1.2系统工作流程
智能晾衣架兼顾自动与手动两个方面。在自动模式下，雨滴传感器感知是否下雨，若下雨，则给单片机发送信息，单片机将此信息传送给驱动器来启动电机，电机旋转将晾衣架伸出或收回。手动模式是指用户通过手机APP来进行操作，点击APP内相应按键，即可控制晾衣架。同时，手机APP也提供了可将晾衣架的两种模式自由切换的功能，方便用户自定义。
水泥锥
2晾衣架控制系统硬件设计
控制系统的各个部件模块如图3所示，其中，STC89C52单片机为控制核心，其余各功能模块促进系统完善。
2.1样机工作原理
当雨水滴落在传感器上时，雨滴传感器将信号传输给ESP8266，单片机会发出信号给驱动器，由驱动器控制电机进行转动，从而使电机丝杆转动，丝杆带动剪叉式机械结构进行平移，从而自动收回晾衣
架。此外，系统可以同时控制遮雨棚，控制原理与晾衣杆相同。下雨时，晾衣杆收回，而遮雨棚伸出，防止衣物被打湿；下雨过后，感应器检测到没有雨水，于是自行将遮阳棚收回，晾衣架伸出，继续晾晒衣物。
为了让用户更加便捷地操作晾衣架，本设计采用第三方手机APP来实现远程操作，将晾衣架控制模块通过WiFi连接到手机上，接入网络服务器。手机APP通过网络发送指令到服务器，服务器再把指令转送给设备，设备按照指令进行相应动作，这样即可实现人在手机APP上通过网络控制家中的晾衣架。晾衣架可c采用人为控制方式，也可自动工作。
另外，此产品也可以通过网络获取当地实时天气状况，自行判断是否应该伸缩晾衣杆，即用户不使用APP，晾衣架也可以自动运行。此产品可选用轻便的材料制造，同时在结构方面进行强度与刚度校核，确保结构稳定，这样可安全固定在墙上。
2.2模型设计方案
设计模型前，设计团队考虑了诸多现存问题，并以解决这些现存问题为首要目的，设计多元控制悬臂式晾衣架的各部分结构和功能。
最终，设计团队确定以下方案，如图4所示。
电源供电电路
卡口系统复位电路时钟晶振电路STC89C52单片机
ULN2003步进电机驱动模块
ESP8266-WiFi模块
自动检测系统雨滴检测模块
图3系统结构设计
2.3感应装置
感应装置用来检测天气情况，雨量检测模块由电路板和控制板组成。电路板中的电阻与湿度成反比，湿度越高，即雨下得越大，电路板的电阻越低，导致输出电压跟着降低，控制板将此模拟信号转换为数字信号输出。
多元控制悬臂式
晾衣架
传动系统
控制系统
感应系统
电机带动丝杆进
行伸缩
利用滑轮减小摩
擦力
便携式洒弹器手机通过WIFI与
产品连接，实时
控制
Arduino+雨量传
感器
图4模型设计方案
工作原理如下：晴天时，电路板湿度极低，其具有很高的电阻，开始下雨时，雨水会使湿度上升，电阻变小，输出电压减小，低于一定程度时，控制板输出低电平，否则维持在高电平状态。根据此信息，系统即可判断是否下雨。
2.4剪叉式机械传动装置
剪叉式机械传动结构由4节伸缩杆组成，如图5所示。伸缩杆之间以及伸缩杆和两个固定架之间采用螺栓和螺帽进行固定，同时运用轴承减小摩擦力。伸缩杆由设计团队自主设计，注重轻量化，
没有发挥功能的部位被
图5机械传动结构
挖空，减少质量，降低成本。伸缩杆也和电机丝杆的导轨连接件连接，由电机丝杆的转动提供动力，带动导轨连接件移动，使得剪叉臂伸缩，达到伸缩衣架的目的。控制系统可以控制电机输出功率，从而控制衣架伸缩的快慢。
整个剪叉式机械结构在模型设计中充分考虑了安全问题，在细节上下了很多功夫，在强度和刚度校核允许的情况下，采用镂空设计，以减小摩擦和减轻质量。电机密封，杜绝短路。同时，剪叉式机械结构自身结构稳定，在测试中不会产生结构损坏等问题。
3结语
本项目的受众人为一天中较长时间不在家的上班族，他们经常会因为忙于工作而忘记收晾衣架上的衣服，导致衣服受潮或被雨淋湿。为了解决这个问题，本项目研究了一种利用单片机与传感技术的智能化晾衣架，即多元控制悬臂式晾衣架。这个设计主要利用雨滴传感器和单片机之间的相互作用，单片机在这个设计中的作用是处理信息和控制各个部件的正常运转。本项目建立了智能晾衣系统，其最大的特点就是操作简单、占地面积小、省时省力，达到了节约时间、使人们的生活方式更加便捷的目的。
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