基于网络远程控制的自动晾衣系统设计

刘　伟，杨中良，朱思言，潘露露

(周口师范学院，机械与电气工程学院，河南 周口 466001)



基于网络远程控制的自动晾衣系统设计

刘伟，杨中良，朱思言，潘露露

(周口师范学院，机械与电气工程学院，河南 周口 466001)

传统晾衣架结构简单，功能单一，不能满足人们快节奏生活的需求. 针对这种情况，笔者设计出基于网络远程及传感器共同控制的自动晾衣系统，随时随地控制晾衣系统的工作状态，让衣服充分晾晒. 同时，系统内的加热装置能使衣服快速风干，杀菌消毒装置能使衣物更加洁净. 该系统设计新颖，功能多样，是智能家居的典型代表.

智能家居；Arduino；传感器；远程控制

晾衣架是人们日常生活的必需品，传统晾衣架虽然解决了基本的晾晒衣物问题，但随着人们生活水平的提高，生活节奏的加快，传统晾衣架已经不能满足人们的需求. 目前市场上的“智能”晾衣架只是增加了手动或电动升降功能，而智能晾衣架基本上都处于构想阶段，并且功能不够完善. 基于网络远程与传感器共同控制的自动晾衣系统设计的提出，弥补了这一方面的不足. 该系统是在传统晾衣架的基础上增加了远程控制与传感器自动感应双重控制功能，使晾衣系统随时随地受到控制，同时还增加了杀菌消毒、加热风干等功能.

1　系统的结构设计

自动晾衣系统主要由主控电路、继电器控制电路模块、传感器电路模块[1]、远程控制模块、电动机传动模块及加热风干杀菌消毒等模块组成，如图1所示.

2　功能介绍

该系统考虑到使用者的实际需求，设计更加人性化,将控制方式分为手动和自动两种模式. 当控制模式为手动时，自动控制模式不起作用，由使用者根据当时的实际情况，按动按钮，控制电机正转或反转，实现晾衣架的收回或伸出. 当控制模式开启为自动时，有传感器控制和远程控制两部分完成，此时，手动控制模式不起作用. 通过向SIM900A模块和微信测试端发送相应的指令，服务器会将发送的指令经过主控板转化为电信号，继而控制继电器动作，实现电机正反转. 传感器控制部分：当阳光充分时，晾衣架伸出；当阳光微弱时，晾衣架收回；如果光照过强，晾衣架也会自动收回，避免衣物被强光照射. 遇到阴雨天时，空气中湿度大，晾衣架会自动收回，不让衣物淋湿. 因为系统有传感器、远程控制两种控制方式，考虑到Arduino主控板在同时接收多个信号时，可能执行多个命令的问题，这里是通过程序让远程控制优先级大于传感器控制的优先级，让使用者随时随地控制系统. 另外，系统中加入的加热风干装置，可以让刚刚洗过的衣物快速风干，给使用者带来方便. 系统中加入的杀菌消毒功能，让清洗的衣物洁净，可以让皮肤细嫩的小孩免受细菌的感染.

图1　自动晾衣系统构成框图

3　控制系统模块设计

3. 1 硬件设计

3. 1. 1主控电路模块

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台[2]，包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE). 其硬件平台是基于AVR单片机的主控制电路板，以及各式输入/输出子模块，同时还包括各种传感器模块、电机控制模块与以太网接入模块. Arduino有自己的软件开发环境，编写语言与C++相似，使用者易学易编程，因为Arduino是开源电子元件，可以通过网络获得大量的库文件，便于使用者参考和使用. 基于AVR单片机的主控制电路板如图2所示.

图2　基于AVR单片机的主控制电路板图

3. 1. 2电源模块

在电子电路的设备中，一般都需要稳定的直流电源供电. 单相交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压[3]. 由于Arduino控制板的电源电压是9 V直流电压，而家庭用电基本上都是220 V的交流电，不能直接给控制板供电. 针对这个问题，作者设计出AC/DC电源模块. 电源模块解决了家庭用电电压与Arduino控制板的电源电压不同的问题. 下面具体介绍AC/DC变换电路.

由220 V交流电作为电源，通过变压器使输出电压范围为15～18 V，然后通过整流管IN4001或IN4002实现AC/DC转换[4]. 其中三端集成线性稳压器7809实现DC/DC的变换，将整流后的电压变为9 V直流电源.三端集成线性稳压器7809是一种价格便宜、随处都能买到的电子元件，用该电子元件来设计电源模块，简单且节省成本. 电源模块原理图[5]如图3所示.

图3　电源模块原理图

3. 1. 3继电器模块

继电器是工业控制中最常用的控制元件，主要用于控制与保护电路或用于信号转换[6]. 在本设计中，继电器由三极管来完成驱动，当三极管T基极被输入高电平时，三极管饱和导通，集电极变成低电平，此时继电器线圈通电，触点RL吸合. 当三极管T基极被输入低电平时，三极管截止，继电器线圈断电，触点RL断开. 电机根据继电器的动作完成自身的正反转. 继电器工作原理图4所示.

图4　继电器模块原理图

3. 1. 4远程控制模块

由于有相关网络模块和软件库的支持，利用Arduino网络模块板和微信相结合，很容易实现晾衣系统的远程控制. 微信是当下非常热门的一款社交软件，使用微信控制方便快捷，使用者根据天气情况和自身的需要，通过向微信测试端发送相应的指令，Arduino网络模块板会根据接收的消息向继电器发送信号，控制继电器的动作，进而控制电机正反转，实现晾衣架的收放. 例如，使用者在公司上班，碰到突然下雨的突发情况，无法及时回家收衣服，此时只需在有网络的前提下，向微信测试端发送“收回”指令，Arduino网络模块收到指令后控制继电器动作，让晾衣系统收回，避免衣服被雨水淋湿.

GSM就是全球移动通讯系统，是与人们日常生活密不可分的一种联系方式. SIM900A是SIMCOM公司开发的一款高性能高性价比的工业级GSM/GPRS模块. 通过软件与硬件的结合，Arduino控制SIM900A模块所使用的AT指令，发送相应的指令要求，实现语音、短信、彩信、数据等的低功耗传输，进而控制继电器的动作.

3. 1. 5传感器模块

本设计中涉及的传感器有光敏电阻和温湿度传感器. 光敏电阻是具有内光电效应的光导材料制成的，为纯电阻元件，其阻值随光照增强而减小. 温湿度传感器与光敏电阻原理相似，同样将温度和湿度转换成容易被测量处理的电信号. 该系统用到的温湿度模块为DHT11模块，该模块工作电压3.3～5 V. 其中，湿度测量范围：20%～95%(0～50 ℃范围)，湿度测量误差：±5 %；温度测量范围：0～50 ℃，温度测量误差：±2 ℃. 该精度满足设计要求，可以准确实现衣物的收回和伸出. 随着传感器对天气情况的时刻反馈，Arduino主控板会将这些信息转化成相应的电信号，当这些信号达到程序中设定的值时，主机板会控制继电器的动作，从而实现电机的正反转.

3. 1. 6加热风干与杀菌消毒模块

加热风干装置由电热丝和小风扇组成. 当需要使用时，接通电源，电热丝产生热量，让衣物尽快吹干. 当不需要加热时，也可以通过开关的控制，只吹风，不加热. 另外，通过程序的输入，可以控制工作时间，防止使用者忘记关掉加热风干装置让衣物一直受热. 除了加热风干装置，该系统还加入了杀菌消毒的功能.紫外线杀菌是衣物杀菌的常用方法，通过紫外线的照射，能够破坏微生物体细胞中DNA或RNA的分子结构，达到杀菌消毒的效果.

3. 2软件设计

软件设计部分由主程序和各个传感器及远程控制模块对应的子程序组成. 因为用到的有温湿度传感器和光敏电阻，加上微信和SIM900A模块的共同远程控制，必须考虑各个控制方式的优先级问题，这些主要依靠软件的程序设计来完成；还要考虑一年四季各个地区，不同季节天气变化情况等因素，这些也是依靠改变程序参数来完成.

4　结束语

该晾衣系统基于Arduino控制，加入温度、湿度、光敏电阻传感器，根据户外的天气情况实时控制晾衣系统的状态.另外，微信和SIM900A短信共同控制，让使用者根据自己的需要随时随地改变晾衣架的伸出和收回. 手动控制的加入使系统更加人性化. 基于远程与传感器共同控制的自动晾衣系统具有较高的应用价值.

[1]刘凯，万在红，张雨晨,等. 基于GSM的智能晾衣架[J]. 电子设计工程,2014,22(17):172-174.

[2]赵英杰. 完美图解Arduino互动设计入门[M]. 北京：科学出版社,2014.

[3]胡峰，吴观茂. 一种基于AT89C52 单片机的智能晾衣架设计[J]. 微型机与应用,2013,32(12):96-98.

[4]周冰. Altium Designer 13标准教程[M]. 北京：清华大学出版社,2014.

[5]张谦,孙晓,周浩,等. 基于单片机的智能晾衣架设计[J]. 机械工程与自动化,2012(6):153-156.

[6]宋绍剑, 方鹏, 黄如叠,等. 一种基于SMS的智能家居远程监控系统[J]. 自动化技术与应用,2009,28(9):64-67.

Design of automatic clothes drying system based on network remote control

LIU Wei，YANG Zhongliang，ZHU Siyan，PAN Lulu

(College of Mechanical and Electrical Engineering，Zhoukou Normal University，Zhoukou 466001,China)

The traditional clothes rack has simple structure and single function, which can’t meet the needs of fast rhythm of life. In view of this situation, the author has designed a based on network and remote sensor joint control of automatic clothes drying system, which control system anywhere, lets the clothes full laundry. At the same time, the heating device in the system can make the clothes quickly dried, sterilization and disinfection device can make the clothes cleaner. The design of the system is novel, functional diversity, and is a typical representative of the smart home.

smart home；Arduino；sensor；remote control

2016-03-17;

2016-04-20

刘伟(1976- )，女，河南太康人，副教授，硕士，研究方向为人工智能控制，Tel:13663042501，E-mail:57229959@qq. com

TP273;TP925

A

1671-9476(2016)05-0075-03

10.13450/j.cnki.jzknu.2016.05.019