基于物联网晾晒器的设计与开发

彭衍飞　卞丽

【摘要】为了解决被褥晾晒过程中翻晒、安全与收取等问题以及使现有的晾衣架更加自主化和人性化，该系统以STC89S52单片机为核心，通过温湿度和风雨传感器作为环境监控部分，GSM、WIFI和摄像头实现远程监控，采用液晶来显示温湿度的检测量以及利用电机的转动来控制晾衣架翻转、折叠等功能，从而实现对晾衣架的智能控制。实践证明，该系统造价低，操作方便，安全实用，采用太阳能电池板和蓄电池双重供电，真正做到了绿色环保。

【关键词】晾衣架；STC89S52单片机；环境监控；远程监控；绿色环保

目前市面上的自动晾衣架，由于设计的复杂性，价格较为昂贵。晾衣架类型主要有固定型、折叠伸缩式、手动升降型和自动升降型四种，[1]市场上的晾晒器重点在于用户近距离操作，通过人为控制实现晾晒器的伸缩、烘干等功能，智能化功能不健全。本系统适合于室内外进行晾晒，是晾晒被褥、衣物一体化的产品，移动方便，智能检测，通过WIFI模块和摄像头，轻松实现对晾晒器的远程操作。随着人们消费需求水平的不断提高，安装方便、操作简单、美观大方，智能化的智能晾晒器必将成为行业发展的必然趋势。

1、基于物联网晾晒器的设计与开发设计方案

该产品系统以STC89S52单片机为核心，温湿度传感器和光敏电阻作为环境监控部分，为系统收集相关信息并进行判断，然后通过电机实现智能翻转、折叠。[2]GSM、WIFI和摄像头实现远程监控，将环境信息发至用户手机，使用户及时得到信息。采用液晶1602来显示温湿度的检测量。系统设计框图如图1所示。

2、基于物联网晾晒器的设计与开发系统的硬件设计

2.1温、湿度采集模块

本系统采用AM2301数字温湿度传感器，它是含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保其具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。[3]每个AM2301传感器的校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷体积小、功耗低、连接方便。其电路结构图如图2：

2.2自动跟光模块

光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测器件，光敏电阻的阻值会随着光照的强弱变化而变化。光照强，光敏电阻的阻值就小；光照弱，光敏电阻的阻值就大。通过电压比较器LM393比较不同光敏电阻的电压值，将信号传输单片机，使电机驱动轮子转动，继而使晾晒器实现自动跟光。本系统中利用光敏电阻的感光特性来检测光线强弱程度，通过检测光线的强弱程度来判断白天和黑夜，同时可辅助湿度传感器检测阴天和晴天，其电路结构图如下图3：

2.3远程控制模块

本系统通过 WIFI和GSM实现远程控制。

GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。[4]

GPRS模块，是具有GPRS数据传输功能的GSM模块。通过AT指令控制GPRS模块实现各种基于GSM的通信功能。GPRS模块除具有收发短信和语音通讯功能外，GPRS模块还具有GPRS数据传输功能。

串口WIFI模块采用UART接口，支持串口透明数据传输模式，并且具有多模安全能力。内置TCP/IP协议栈和IEEE802.11 协议栈，能够实现串口到无线网络之间的转换。串口WIFI模块TLN13UA06支持串口透明数据传输模式并且具有安全多模能力，使传统串口设备更好的加入无线网络，能够支持通过指定信道号的方式来进行快速联网。在通常的无线联网过程中，会首先对当前的所有信道自动进行一次扫描，来搜索准备连接的目的AP创建的（或ADHOC）网络。串口WIFI模块提供了设置工作信道的参数，在已知目的网络所在信道的条件下，可以直接指定模块的工作信道，从而达到加快联网速度的目的。

2.4电机控制模块

采用直流减速电机（齿轮减速电机），它是在普通直流电机的基础上，加上配套齿轮减速箱。齿轮减速箱的作用是，提供较低的转速，较大的力矩。同时，齿轮箱不同的减速比可以提供不同的转速和力矩。具有可靠耐用、能耗低、振动小等优点，如下图驱动图3：

2.5显示电路设计

1602液晶是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。具有微功耗、体积小、超薄轻巧等优点，液晶电路图如图4：

2.6供电模块

采用蓄电池供电（12V），太阳能电池板辅助供电。真正做到节能环保和资源高效利用。[5]

3、基于物联网晾晒器的设计与开发系统的软件设计

系统在上电后，温湿度模块、WIFI和GSM模块等开启。本系统通过温湿度模块不断检测外界环境状态，当外界环境状态变化时，系统通过分析处理外界环境反馈的数据，向信号电机和自动追光模块发送信号，电机和自动追光模块产生相应动作，从而使晾衣架对不同的外界环境地变化做出相应的动作。WIFI和GSM模块不断检测是否有人为发出指令信号，当有信号发出时，电机和自動追光模块做出相应的动作，并将环境信息发至用户手机，使用户及时得到信息，采用液晶1602来显示温湿度的检测量。上位机负责对系统反馈的数据进行采集和处理。摄像头对系统进行实时远程监控。

4、结束语

本系统采用了自动跟光模块、湿温检测模块、无线通信模块等，通过上位机实现远程监控，不仅可以自动调整晾晒角度和高度、收放雨布，还可以根据阳光的照射方向，自动调整衣物的晾晒方向，接受最大能量的阳光照射以及在阴雨天，能够自动打开雨布防止衣物淋湿。本系统将理念创新转化为实际应用，使晾衣架更加的自主化和人性化，成本低、性价比高，适合广大家庭使用，具有广阔的发展前景。

参考文献

[1]寿宏晓，林利栋，毛晓捷，晓靖.自动伸缩式防雨晾衣架的研究[J].机械工程师，2010，（7）：27-29.

[2]周静红.基于单片机控制的智能晾衣架控制系统的设计[J].电子技术.2014，（10）：68-69.

[3]季作亮.基于单片机的温湿度控制系统的设计[D].山东师范大学，2014.

[4]毛慧琴.基于GSM和单片机的远程家电控制系统[D].广西大学，2008.

[5]高丽.自动旋转式太阳能晾衣架的结构组成及工作原理[J].时代教育，2013（11）： 282-283.

作者简介

彭衍飞（1992—），男，山东济宁，本科，研究方向为民航机务工程.

通信作者

卞丽（1981—），女，山东滨州，副教授，研究方向信号与信息处理.