彭衍飛 卞麗
【摘要】為了解決被褥晾曬過程中翻曬、安全與收取等問題以及使現(xiàn)有的晾衣架更加自主化和人性化,該系統(tǒng)以STC89S52單片機(jī)為核心,通過溫濕度和風(fēng)雨傳感器作為環(huán)境監(jiān)控部分,GSM、WIFI和攝像頭實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,采用液晶來顯示溫濕度的檢測量以及利用電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制晾衣架翻轉(zhuǎn)、折疊等功能,從而實(shí)現(xiàn)對晾衣架的智能控制。實(shí)踐證明,該系統(tǒng)造價(jià)低,操作方便,安全實(shí)用,采用太陽能電池板和蓄電池雙重供電,真正做到了綠色環(huán)保。
【關(guān)鍵詞】晾衣架;STC89S52單片機(jī);環(huán)境監(jiān)控;遠(yuǎn)程監(jiān)控;綠色環(huán)保
目前市面上的自動(dòng)晾衣架,由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,價(jià)格較為昂貴。晾衣架類型主要有固定型、折疊伸縮式、手動(dòng)升降型和自動(dòng)升降型四種,[1]市場上的晾曬器重點(diǎn)在于用戶近距離操作,通過人為控制實(shí)現(xiàn)晾曬器的伸縮、烘干等功能,智能化功能不健全。本系統(tǒng)適合于室內(nèi)外進(jìn)行晾曬,是晾曬被褥、衣物一體化的產(chǎn)品,移動(dòng)方便,智能檢測,通過WIFI模塊和攝像頭,輕松實(shí)現(xiàn)對晾曬器的遠(yuǎn)程操作。隨著人們消費(fèi)需求水平的不斷提高,安裝方便、操作簡單、美觀大方,智能化的智能晾曬器必將成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
1、基于物聯(lián)網(wǎng)晾曬器的設(shè)計(jì)與開發(fā)設(shè)計(jì)方案
該產(chǎn)品系統(tǒng)以STC89S52單片機(jī)為核心,溫濕度傳感器和光敏電阻作為環(huán)境監(jiān)控部分,為系統(tǒng)收集相關(guān)信息并進(jìn)行判斷,然后通過電機(jī)實(shí)現(xiàn)智能翻轉(zhuǎn)、折疊。[2]GSM、WIFI和攝像頭實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,將環(huán)境信息發(fā)至用戶手機(jī),使用戶及時(shí)得到信息。采用液晶1602來顯示溫濕度的檢測量。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
2、基于物聯(lián)網(wǎng)晾曬器的設(shè)計(jì)與開發(fā)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2.1溫、濕度采集模塊
本系統(tǒng)采用AM2301數(shù)字溫濕度傳感器,它是含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),確保其具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件,并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。[3]每個(gè)AM2301傳感器的校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中,傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口,使系統(tǒng)集成變得簡易快捷體積小、功耗低、連接方便。其電路結(jié)構(gòu)圖如圖2:
2.2自動(dòng)跟光模塊
光敏電阻是根據(jù)光電導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器件,光敏電阻的阻值會(huì)隨著光照的強(qiáng)弱變化而變化。光照強(qiáng),光敏電阻的阻值就??;光照弱,光敏電阻的阻值就大。通過電壓比較器LM393比較不同光敏電阻的電壓值,將信號(hào)傳輸單片機(jī),使電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng),繼而使晾曬器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟光。本系統(tǒng)中利用光敏電阻的感光特性來檢測光線強(qiáng)弱程度,通過檢測光線的強(qiáng)弱程度來判斷白天和黑夜,同時(shí)可輔助濕度傳感器檢測陰天和晴天,其電路結(jié)構(gòu)圖如下圖3:
2.3遠(yuǎn)程控制模塊
本系統(tǒng)通過 WIFI和GSM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
GSM模塊,是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上,具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。[4]
GPRS模塊,是具有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能的GSM模塊。通過AT指令控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)各種基于GSM的通信功能。GPRS模塊除具有收發(fā)短信和語音通訊功能外,GPRS模塊還具有GPRS數(shù)據(jù)傳輸功能。
串口WIFI模塊采用UART接口,支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸模式,并且具有多模安全能力。內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧和IEEE802.11 協(xié)議棧,能夠?qū)崿F(xiàn)串口到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。串口WIFI模塊TLN13UA06支持串口透明數(shù)據(jù)傳輸模式并且具有安全多模能力,使傳統(tǒng)串口設(shè)備更好的加入無線網(wǎng)絡(luò),能夠支持通過指定信道號(hào)的方式來進(jìn)行快速聯(lián)網(wǎng)。在通常的無線聯(lián)網(wǎng)過程中,會(huì)首先對當(dāng)前的所有信道自動(dòng)進(jìn)行一次掃描,來搜索準(zhǔn)備連接的目的AP創(chuàng)建的(或ADHOC)網(wǎng)絡(luò)。串口WIFI模塊提供了設(shè)置工作信道的參數(shù),在已知目的網(wǎng)絡(luò)所在信道的條件下,可以直接指定模塊的工作信道,從而達(dá)到加快聯(lián)網(wǎng)速度的目的。
2.4電機(jī)控制模塊
采用直流減速電機(jī)(齒輪減速電機(jī)),它是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上,加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是,提供較低的轉(zhuǎn)速,較大的力矩。同時(shí),齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。具有可靠耐用、能耗低、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn),如下圖驅(qū)動(dòng)圖3:
2.5顯示電路設(shè)計(jì)
1602液晶是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。具有微功耗、體積小、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn),液晶電路圖如圖4:
2.6供電模塊
采用蓄電池供電(12V),太陽能電池板輔助供電。真正做到節(jié)能環(huán)保和資源高效利用。[5]
3、基于物聯(lián)網(wǎng)晾曬器的設(shè)計(jì)與開發(fā)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在上電后,溫濕度模塊、WIFI和GSM模塊等開啟。本系統(tǒng)通過溫濕度模塊不斷檢測外界環(huán)境狀態(tài),當(dāng)外界環(huán)境狀態(tài)變化時(shí),系統(tǒng)通過分析處理外界環(huán)境反饋的數(shù)據(jù),向信號(hào)電機(jī)和自動(dòng)追光模塊發(fā)送信號(hào),電機(jī)和自動(dòng)追光模塊產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作,從而使晾衣架對不同的外界環(huán)境地變化做出相應(yīng)的動(dòng)作。WIFI和GSM模塊不斷檢測是否有人為發(fā)出指令信號(hào),當(dāng)有信號(hào)發(fā)出時(shí),電機(jī)和自動(dòng)追光模塊做出相應(yīng)的動(dòng)作,并將環(huán)境信息發(fā)至用戶手機(jī),使用戶及時(shí)得到信息,采用液晶1602來顯示溫濕度的檢測量。上位機(jī)負(fù)責(zé)對系統(tǒng)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理。攝像頭對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
4、結(jié)束語
本系統(tǒng)采用了自動(dòng)跟光模塊、濕溫檢測模塊、無線通信模塊等,通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,不僅可以自動(dòng)調(diào)整晾曬角度和高度、收放雨布,還可以根據(jù)陽光的照射方向,自動(dòng)調(diào)整衣物的晾曬方向,接受最大能量的陽光照射以及在陰雨天,能夠自動(dòng)打開雨布防止衣物淋濕。本系統(tǒng)將理念創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用,使晾衣架更加的自主化和人性化,成本低、性價(jià)比高,適合廣大家庭使用,具有廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻(xiàn)
[1]壽宏曉,林利棟,毛曉捷,曉靖.自動(dòng)伸縮式防雨晾衣架的研究[J].機(jī)械工程師,2010,(7):27-29.
[2]周靜紅.基于單片機(jī)控制的智能晾衣架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù).2014,(10):68-69.
[3]季作亮.基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].山東師范大學(xué),2014.
[4]毛慧琴.基于GSM和單片機(jī)的遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)[D].廣西大學(xué),2008.
[5]高麗.自動(dòng)旋轉(zhuǎn)式太陽能晾衣架的結(jié)構(gòu)組成及工作原理[J].時(shí)代教育,2013(11): 282-283.
作者簡介
彭衍飛(1992—),男,山東濟(jì)寧,本科,研究方向?yàn)槊窈綑C(jī)務(wù)工程.
通信作者
卞麗(1981—),女,山東濱州,副教授,研究方向信號(hào)與信息處理.