基于物聯(lián)網(wǎng)晾曬器的設(shè)計(jì)與開發(fā)

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.