吴林平，叶旭东，詹兆梁
（莆田学院新工科产业学院，福建 莆田 351100）
0 引 言本作品是基于HT32F52352单片机实现的一个智能晾衣架，智能晾衣架的功能主要是帮助人们晾晒衣服，它能够实现区分干湿衣物，并且可以在下雨天自动收回，为人们生活减少很多的烦恼。“智能晾衣架”可以实现上下伸缩和前后导轨单独控制衣服移动，上下伸缩由按键、红外遥控以及云端控制，可以调节到合适的高度以便我们收挂衣物。前后导轨控制衣服移动可以实现将干湿衣物自动分离以及在雨天将衣服自动收回。当我们挂上衣物晾晒后，会有重力感应器记录其重量，当重量稳定一段时间后将其单独区分向后移动，下雨天会有雨水传感器感应，由导轨将所有衣物向后移动，以免打湿，同时可由太阳能提供一部分电能，达到节能的目的。因此，该智能分类回收晾衣系统的主要功能和作用是可以根据天气、环境状况和衣服干湿程度进行自动回收，提高衣服的晾晒速度，减少人们判断衣服干湿的时间和被雨水淋湿的烦恼。
1 研究内容1.1 智能分类回收晾衣架的硬件设计为实现上述介绍的功能，下面是我们产品主要实现功能的硬件。
设计方案与原理：
HT32F52352单片机主控：
智能晾衣架的设计是基于HT32F52352芯片作为CPU，使用串口实现周围环境信息分析，利用重力感应器区分是由有干湿衣物混合，利用雨天智能传感系统判断是否下雨，利用串口驱动红外模块实现本地与红外遥控互联。本系统结合以上模块实现晴天自动晾晒雨天自动收回、重力感应回收、红外遥控调节上下，前后伸缩等功能。这些功能的实现保证了整个晾衣架系统对信息的采集、分析；对控制指令的下达、状态的反馈，从而实现对衣服的智能晾晒或干湿分离。
1.1.1 单片机主控
智能分类回收晾衣架以单片机作为控制芯片，实现智能分类回收晾衣架的自动控制。当天气突变，智能分类回收晾衣架雨感传感器读取到雨量大于预设值时，单片机接收到收衣的信号，同时发出指令控制电机反转和道岔位置，带动智能分类回收晾衣架收回，实现在复杂天气下保护衣物的目的。考虑到南方常见的潮湿天气或者冬天情况，我们团队根据当地天气环境进行定制，系统加入自动烘干装置，在必要的时候可以利用其进行烘干，当智能分类回收晾衣架接收控制器感应到无线遥控发出的信号，单片机也会接收到收衣信号，控制智能分类回收晾衣架收回，开启智能分类回收晾衣架烘干机。此外，由于室外天气环境复杂，智能分类回收晾衣架有时无法做出最合适的反应，用户可通过手机APP、无线遥控和语音系统进行人工控制智能分类回收晾衣架整个系统。按键对应自动控制、手动控制，语音对应自动控制，智能分类回收晾衣架上下伸缩、衣服收回、烘干机开启、烘干机关闭和干湿衣物分离等功能，当用户按下相应的按键，可以直接控制智能分类回收晾衣架的运行状态。同时智能分类回收晾衣架的手机APP会对当前系统进程进行实时显示，方便用户在使用过程中清楚地了解到智能分类回收晾衣架当前的运行状态。但是在停电的情况下，本产品只能实现普通智能分类回收晾衣架各项功能，无法进行智能控制，只能进行手动操作。如图1所示。
图1 晾衣架模型图
1.1.2 天气信息采集
Water Sensor是一个利用湿度方式检测有没有水分的传感器，可用于天气状况的监测，可以检测有没有下雨。将传感器放置在室外，当有雨水滴到检测面上时，湿度将增大，随之电压升高，并转成数字信号DO和模拟信号AO输出。除了检测雨水外，雾水和水蒸气也都能检测。
1.1.3 电机控制
利用控制继电器组成的电机驱动模块，通过4个继电器形成电机的正反转，并通过触点动作速度实现电机速调。其中步进电机将达到智能分类回收晾衣架的上下伸缩和导轨循环功能的功能。直流电机将控制道岔模块，道岔由转辙器、连接部分和辙叉，其灵感来源于火车的变轨运动，其控制了衣物的干湿分离，从而实现了衣架的核心功能。
1.1.4 重量感应
重量感应器在衣物挂上后会记录其重量，由智能传感系统判断是否干湿，衣物在晾晒过程中会不断地减少重量，达到一定程度之后将会不变。重力传感器对其判断是否重量维持一段时间不发生改变，若是，则对其单独进行回收至后去。我们使用HX711小体积称重传感器，其采用的HX77是24位高精度的A/D的转换器芯片。
1.1.5 烘干器
该模块采用PTC暖风机它利用风机鼓动空气流经PTC电热元件强迫对流，以此为主要热交换方式，此高效优异的烘干效果，升温快而且耗电小，具有自动恒温功能，出现故障时可自动断电，安全性很高，且PTC元件一般具有防水功能。
1.1.6 控制器
控制器是晾衣竿的中央控制设备与中央处理器相结合，用于接收其他装置和传感器的检查结果，并反馈于中央处理器，并根据反馈的结果控制智能分类回收晾衣架的各个部件。
1.1.7 轨道系统
轨道系统是这个产品的核心系统，其主要采用电动丝杆导轨，电动机经齿轮减速后，带动一对丝杆螺母。把电机的旋转运动变成直线运动，利用电动机正反转完成推杆动作。如通过各种杠杆、摇杆或连杆等机构可完成转动、摇动等复杂动作。通过改变杠杆力臂长度，可以增大或加大行程。其主要工作原理是，当重量传感器判断出衣服重量长时间没有发生变换，将判断为衣服已经干了，同时把信息传送到控制器，控制器开始控制电机运动，当运动到道岔部分，道岔会自动变轨，将干衣服往回收区导轨后，再次变轨将其他衣物循环回到晾晒区，过程快速又简洁。如图2所示。
图2 单片机功能图
1.2 智能分类回收晾衣架软件设计智能晒衣架系统软件要满足智能分类回收晾衣架运行的要求。系统程序主要由主程序和多个子程序组成，每个子程序担当一定的功能。
系统的三个模式：
（1）智能晾晒模式：雨水感应器检测室外天气是否下雨判断是否下雨的依据可以根据湿度，温度传感器采集的信息进行判断，若天气没有下雨，即湿度低于某一值时，导轨将衣物自动移至前区达到晾晒的目的，当天气处于下雨状态，自动收缩将衣服收回。
（2）重量感应模式：通过重量感应器，衣物挂上时自动记录衣物重量，当重量稳定一段时间后将其单独区分向后移动至待收区，避免手感判别有误，便于用户收取衣服。
（3）云端智控模式：用户可使用手机云端进行控制，实时得知衣服的干湿情况，智能分类回收晾衣架APP，使用了蓝牙5.0通信的方式，实现了手机与嵌入式芯片的交互。用户可以直观的在APP中看到当前智能分类回收晾衣架伸缩、循环状态、室外天气情况、衣服回收情况以及智能分类回收晾衣架是否正在进行灭菌或烘干，并且用户可在手机APP客户端对智能分类回收晾衣架状态进行更改。
系统软件构图如图3所示。
图3 系统软件构图
技术路线如图4所示。
图4 技术路线
2 系统实现的功能系统主要可以实现以下功能：
（1）衣物干湿自动识别功能。将衣物挂上衣架，重力传感器自动记录重量，将不同时段的重量数据记录对比；通过前后比较判断衣物是否晾干，质量小于最初重量，且重量不再变化，判断衣物已晾干。
（2）干湿衣物自动分类。通过衣物干湿自动识别，将晾干的衣物通过电机和导轨送到待收区，未晾干的衣物则会留在原地，继续等待晾干。
（3）下雨自动收起衣架。通过雨水传感器对周围环境信息的采集和处理，判断天气情况；遇到下雨天，及时驱动电机将衣架整体收回。
（4）与云端APP交互。利用收发装置实现与云端APP的交互，实时得知衣服的干湿情况，同时APP可以手动控制衣物的晾晒时间，如图5所示。
图5 APP系统页面
3 核心技术使用小型嵌入式控制芯片作为衣架设备的中央控制器，结合轨道机构、晾衣杆、控制系统、控制器、重量传感器、雨感传感器、电机、语言系统智能和无线遥控系统、灯光、光敏电阻和烘干装置，将传感器采集到的信息输入嵌入式控制芯片后进行分析，并驱动电机实现自动化晾晒。可伸缩的智能分类回收晾衣架以及特殊导轨，通过设计的控制结构，使得智能分类回收晾衣架达到随环境的变化而自动控制功能：
（1）能根据天气进行自动控制衣架晾晒和收回。
（2）基于莆田市等广大南方地区出现的长期阴雨潮湿天气特别定制的烘干功能，自动收回衣物，保护衣物干爽整洁。
（3）雨滴传感器多点布置，提高传感器的灵敏度，确保智能分类回收晾衣架收集的数据稳定可靠。
（4）智能分类回收晾衣架的自动分离晾衣功能和烘干机的烘干衣物功能组合起来，实现衣服双重确认。
（5）APP、语音和无线遥控的控制功能，使衣架用起来方便又简单。
目前，市场上的智能分类回收晾衣架都是以伸缩和烘干为主，这种方法简单又单一，无法满足因天气变化无常，尤其在多雨地区，如果无人在家，室外晾衣服可能被淋湿，甚至因为长时间不收而造成对衣物的损坏。另一方面，现有的技术中提供了可以烘干衣物的烘干机，但是在中国，人们更加习惯利用阳光进行晾晒，所以人们跟倾向于晾衣杆。因此，本产品是基于人们的生活习惯和现有的技术上进行改造，具有重大的应用价值。
与目前市面上的智能分类回收晾衣架相比，所设计的衣架优势有：
（1）智能化程度的提升，功能增加又实用。
（2）特殊电动丝杆，可快速回收和分类干湿衣物。
（3）模块化设计，结构简易、遇阻即停、运行平稳、安全可靠、性能稳定、空间利用率高、晒取方便，效果明显，应用价值高。
4 结 论通过使用小型嵌入式控制芯片作为衣架设备的中央控制器，结合轨道机构、晾衣杆、控制器、重量传感器、雨水感传感器、电机、语言系统智能和无线遥控系统、灯光、光敏电阻和烘干装置，嵌入式控制芯片将传感器采集到的信息进行分析，继而驱动电机实现自动化晾晒。可伸缩的智能分类回收晾衣系统以及特殊导轨，通控制结构使得智能分类回收晾衣系统达到随环境的变化而自动控制功能。
