一款伸縮式智能防雨晾衣架設(shè)計(jì)

張立勇 ， 王文軍

（荊州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州 434020）

1 設(shè)計(jì)背景

隨著科技快速發(fā)展，智能家居作為一種新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)引起了人們廣泛關(guān)注，晾衣架作為智能家居的重要組成部分，其產(chǎn)品種類豐富，功能不盡相同。市場上的晾衣架從功能結(jié)構(gòu)上可分為手動(dòng)和自動(dòng)兩類，從使用場合上可分為室內(nèi)型和室外型兩類[1-4]。目前人們所使用的晾衣架多為不能隨外界環(huán)境變化而自動(dòng)收縮的傳統(tǒng)手動(dòng)晾衣架，隨著人們生活水平不斷提高和智能家居生活理念廣泛傳播，對(duì)智能化晾衣架的需求越來越大。雖然室內(nèi)型智能晾衣架已發(fā)展得較為完善，但室外型智能晾衣架受空間結(jié)構(gòu)和功能等影響，發(fā)展卻相對(duì)比較緩慢，在室外晾曬衣物過程中，經(jīng)常遇到收衣不及時(shí)導(dǎo)致衣物被雨淋濕的情況，這給人們的日常生活帶來了極大不便[5-6]。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一款室外智能防雨晾衣裝置。為滿足人們的生活需求，本文設(shè)計(jì)了一種伸縮式智能防雨晾衣架。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)

該款智能防雨晾衣架整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括U形滑軌晾衣架和伸縮式防雨篷。其中U形滑軌晾衣架主要起收放和晾曬衣服的作用，伸縮防雨篷主要起防雨防淋濕的作用。當(dāng)晾曬衣物時(shí)，防雨篷為收縮閉合初始狀態(tài)，通過遙控使掛鉤依次回縮在滑軌兩端，用戶可便捷地將衣物依次掛在位于U型架兩端的晾衣掛鉤上，避免使用撐衣桿，也無需大半個(gè)身體探出陽臺(tái)外晾衣。再通過遙控或手機(jī)APP一鍵觸發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過掛鉤滑塊運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)衣物均勻分布在晾衣架上。收取衣物時(shí)，通過遙控或手機(jī)APP一鍵觸發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)便可讓晾曬好的衣物依次回到U型架兩端起始位，從而很便捷地取下衣物即可。在衣物晾曬的過程中，如果遇到下雨而來不及收取衣物時(shí)，通過雨滴傳感器可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)卷布軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，打開防雨布，防止衣物被淋濕。

2.2 U形滑軌晾衣結(jié)構(gòu)

U形滑軌晾衣架結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括U形滑軌、晾衣掛鉤、帶輪傳動(dòng)箱、直流電機(jī)。U形滑軌上均布10個(gè)晾衣掛鉤，U形滑軌晾衣架左右兩端分別安裝有帶輪傳動(dòng)箱，帶輪傳動(dòng)箱下方安裝有直流電機(jī)。當(dāng)晾曬衣物時(shí)，晾衣掛鉤初始狀態(tài)依次按等間距回縮在滑軌兩端，將衣物衣架掛在晾衣掛鉤上，啟動(dòng)直流電機(jī)工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)箱帶輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)皮帶往復(fù)運(yùn)動(dòng)，晾衣掛鉤在皮帶作用下也做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖1 智能防雨晾衣架整體結(jié)構(gòu)圖

圖2 U形滑軌晾衣架

2.3 防雨篷結(jié)構(gòu)

防雨篷整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由支架、大臂、卷布軸、小臂、前臂、曲臂連接頭、曲臂支座、電機(jī)組成。卷布軸通過軸承安裝在左、右支架上，曲臂支座通過螺栓緊固在支架上，大臂鉸結(jié)到曲臂支座上，大臂與小臂通過連接頭鉸接在一起，小臂與前臂鉸接在一起。當(dāng)下雨時(shí)，電機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)卷布軸轉(zhuǎn)動(dòng)釋放防雨布，大臂、小臂在彈簧的作用下使前臂往前伸，使防雨布呈釋放張緊狀態(tài)。當(dāng)不下雨時(shí)，電機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)卷布軸卷起防雨布，進(jìn)而使前臂往后縮。防雨篷伸縮行程如圖4所示，行程值為0～1 000mm，實(shí)際工作有效行程可取650mm。

圖3 伸縮式防雨篷

圖4 伸縮行程

3 電氣設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成

智能晾衣架系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程通信、環(huán)境感知，控制系統(tǒng)、機(jī)械控制四部分組成[7-8]，系統(tǒng)框圖如圖5所示。

1）控制系統(tǒng)主要包括單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)開關(guān)，主控芯片采用 STC89C52RC 單片機(jī)，對(duì)接收到的傳感器信號(hào)進(jìn)行判斷比較，從而控制物聯(lián)網(wǎng)開關(guān)的閉合。

2）機(jī)械控制部分主要由U形滑軌電機(jī)和防雨篷電機(jī)組成，U形滑軌電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)滑軌上晾衣掛鉤的縮回和展開，防雨篷電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)防雨篷的打開和關(guān)閉。

3）環(huán)境感知系統(tǒng)由雨量傳感器實(shí)現(xiàn)，可讀取外界雨量大小，然后將模擬信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，通過數(shù)據(jù)分析比較，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防雨篷的自動(dòng)打開和閉合。

4）遠(yuǎn)程通信主要由WiFi通信、手機(jī)APP、按鍵控制組成，利用手機(jī)對(duì)ESP8266模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，進(jìn)而可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程控制或按鍵遙控控制晾衣架。

圖5 系統(tǒng)框圖

3.2 電路硬件

晾衣架控制系統(tǒng)電路硬件模塊連接如圖6所示，主要由八路繼電器、M4物聯(lián)網(wǎng)模塊、單片機(jī)、電源線、雨量傳感器等硬件組成。系統(tǒng)工作時(shí)，雨量傳感器實(shí)時(shí)采集雨量數(shù)據(jù)，采集到的模擬信號(hào)將傳送給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)與標(biāo)定值進(jìn)行比較，根據(jù)判斷邏輯控制對(duì)應(yīng)繼電器的開閉，進(jìn)而控制防雨篷電機(jī)和滑軌電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

圖6 硬件電路

4 樣機(jī)制作

智能防雨晾衣架實(shí)物樣機(jī)如圖7所示。U形晾衣架整體采用皮帶傳動(dòng)，噪音低，傳動(dòng)平穩(wěn)，方便曬、取。使用者只需將衣物掛上去，按鍵、語音、拉動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)晾衣和收衣功能。防雨篷采用卷布軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過釋放和收卷防雨布，同時(shí)在曲臂彈簧作用下，完成防雨篷的打開和關(guān)閉，并在雨量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防雨功能。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可獨(dú)立安裝在低層住宅窗外，或整體立于露天陽臺(tái)。

圖7 防雨晾衣架實(shí)物樣機(jī)

5 結(jié)束語

伸縮式智能防雨晾衣架基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自動(dòng)控制晾衣架防雨篷伸縮，實(shí)現(xiàn)晾衣架智能化，防止室外晾曬下雨淋濕等問題，該裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單、拉動(dòng)啟動(dòng)、遇阻即停、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠、性能穩(wěn)定、智能防雨、空間利用率高、曬取方便，適合低層住宅用戶使用，效果明顯，應(yīng)用價(jià)值高。