一款伸缩式智能防雨晾衣架设计

张立勇 ， 王文军

（荆州职业技术学院，湖北 荆州 434020）

1 设计背景

随着科技快速发展，智能家居作为一种新兴产业已经引起了人们广泛关注，晾衣架作为智能家居的重要组成部分，其产品种类丰富，功能不尽相同。市场上的晾衣架从功能结构上可分为手动和自动两类，从使用场合上可分为室内型和室外型两类[1-4]。目前人们所使用的晾衣架多为不能随外界环境变化而自动收缩的传统手动晾衣架，随着人们生活水平不断提高和智能家居生活理念广泛传播，对智能化晾衣架的需求越来越大。虽然室内型智能晾衣架已发展得较为完善，但室外型智能晾衣架受空间结构和功能等影响，发展却相对比较缓慢，在室外晾晒衣物过程中，经常遇到收衣不及时导致衣物被雨淋湿的情况，这给人们的日常生活带来了极大不便[5-6]。因此，迫切需要设计一款室外智能防雨晾衣装置。为满足人们的生活需求，本文设计了一种伸缩式智能防雨晾衣架。

2 机械结构设计

2.1 整体结构

该款智能防雨晾衣架整体结构如图1所示，主要包括U形滑轨晾衣架和伸缩式防雨篷。其中U形滑轨晾衣架主要起收放和晾晒衣服的作用，伸缩防雨篷主要起防雨防淋湿的作用。当晾晒衣物时，防雨篷为收缩闭合初始状态，通过遥控使挂钩依次回缩在滑轨两端，用户可便捷地将衣物依次挂在位于U型架两端的晾衣挂钩上，避免使用撑衣杆，也无需大半个身体探出阳台外晾衣。再通过遥控或手机APP一键触发电机反转，通过挂钩滑块运动实现衣物均匀分布在晾衣架上。收取衣物时，通过遥控或手机APP一键触发电机正转便可让晾晒好的衣物依次回到U型架两端起始位，从而很便捷地取下衣物即可。在衣物晾晒的过程中，如果遇到下雨而来不及收取衣物时，通过雨滴传感器可以自动实现卷布轴电机转动，打开防雨布，防止衣物被淋湿。

2.2 U形滑轨晾衣结构

U形滑轨晾衣架结构如图2所示，主要包括U形滑轨、晾衣挂钩、带轮传动箱、直流电机。U形滑轨上均布10个晾衣挂钩，U形滑轨晾衣架左右两端分别安装有带轮传动箱，带轮传动箱下方安装有直流电机。当晾晒衣物时，晾衣挂钩初始状态依次按等间距回缩在滑轨两端，将衣物衣架挂在晾衣挂钩上，启动直流电机工作，电机驱动传动箱带轮旋转，驱动皮带往复运动，晾衣挂钩在皮带作用下也做往复运动。

图1 智能防雨晾衣架整体结构图

图2 U形滑轨晾衣架

2.3 防雨篷结构

防雨篷整体结构如图3所示，主要由支架、大臂、卷布轴、小臂、前臂、曲臂连接头、曲臂支座、电机组成。卷布轴通过轴承安装在左、右支架上，曲臂支座通过螺栓紧固在支架上，大臂铰结到曲臂支座上，大臂与小臂通过连接头铰接在一起，小臂与前臂铰接在一起。当下雨时，电机会驱动卷布轴转动释放防雨布，大臂、小臂在弹簧的作用下使前臂往前伸，使防雨布呈释放张紧状态。当不下雨时，电机会驱动卷布轴卷起防雨布，进而使前臂往后缩。防雨篷伸缩行程如图4所示，行程值为0～1 000mm，实际工作有效行程可取650mm。

图3 伸缩式防雨篷

图4 伸缩行程

3 电气设计

3.1 系统组成

智能晾衣架系统主要由远程通信、环境感知，控制系统、机械控制四部分组成[7-8]，系统框图如图5所示。

1）控制系统主要包括单片机和物联网开关，主控芯片采用 STC89C52RC 单片机，对接收到的传感器信号进行判断比较，从而控制物联网开关的闭合。

2）机械控制部分主要由U形滑轨电机和防雨篷电机组成，U形滑轨电机的正反转可以实现滑轨上晾衣挂钩的缩回和展开，防雨篷电机的正反转可以实现防雨篷的打开和关闭。

3）环境感知系统由雨量传感器实现，可读取外界雨量大小，然后将模拟信号发送给单片机，通过数据分析比较，进而实现防雨篷的自动打开和闭合。

4）远程通信主要由WiFi通信、手机APP、按键控制组成，利用手机对ESP8266模块进行网络配置，进而可以通过手机远程控制或按键遥控控制晾衣架。

图5 系统框图

3.2 电路硬件

晾衣架控制系统电路硬件模块连接如图6所示，主要由八路继电器、M4物联网模块、单片机、电源线、雨量传感器等硬件组成。系统工作时，雨量传感器实时采集雨量数据，采集到的模拟信号将传送给单片机，单片机对采集到的信号数据与标定值进行比较，根据判断逻辑控制对应继电器的开闭，进而控制防雨篷电机和滑轨电机的正反转。

图6 硬件电路

4 样机制作

智能防雨晾衣架实物样机如图7所示。U形晾衣架整体采用皮带传动，噪音低，传动平稳，方便晒、取。使用者只需将衣物挂上去，按键、语音、拉动便可实现晾衣和收衣功能。防雨篷采用卷布轴电机驱动，通过释放和收卷防雨布，同时在曲臂弹簧作用下，完成防雨篷的打开和关闭，并在雨量传感器实时监测下实现自动防雨功能。该装置结构紧凑，可独立安装在低层住宅窗外，或整体立于露天阳台。

图7 防雨晾衣架实物样机

5 结束语

伸缩式智能防雨晾衣架基于物联网技术，自动控制晾衣架防雨篷伸缩，实现晾衣架智能化，防止室外晾晒下雨淋湿等问题，该装置采用模块化设计，结构简单、拉动启动、遇阻即停、运行平稳、安全可靠、性能稳定、智能防雨、空间利用率高、晒取方便，适合低层住宅用户使用，效果明显，应用价值高。