仿生日光跟踪智能晾衣架设计制作

石恒远 肖梦 张夏妍 王治豪

摘 要 本设计是依据仿生向日葵的原理设计具有仿生日光灯自动跟踪的系统，当智能晾衣架光敏传感器感受到太阳移动至最佳能接受到太阳光的位置后，根据衣架承受太阳照射的角度自动旋转衣架，使衣物受光面积达到最大化。旋轉衣架采用分段式，旋转机制更加灵活自如。此外，衣架接受手机APP指令，单片机处理做出相应动作，实现WIFI远程遥控。系统处于手动挡后，以上机制传动便可以通过手动调节。

关键词 光敏传感器 单片机 WIFI 手机APP

中图分类号：TP368.2文献标识码：A

0引言

晾衣架自我国发明出来之日起便已经作为了人们的居家日常生活中必不可少的一件日常家居生活用具，拥有极其广泛的应用理论基础。我们传统的各种晾衣架都指的是一种造型简单、价格便宜、功能单一的晾衣架，整体上是静止式的物件。随着生产厂商与晾衣架设计者在其晾衣架的外观与对人体的工程学上有所做不断改进，生产制造开发出了许多晾衣架外形优美并且在其安装、挂晒等使用过程中完全符合了现代家居生活环保低碳、取用方便生活理念的功能型晾衣架。近几年，晾衣架的产品也发生了翻天覆地的发展与变化，晾衣架不再仅仅是一个简单的装饰品，更是一个具有功能性的家居产品。随着我国人工智能家居时代的进一步到来，近年来人工智能家居也成为了市场的热词，电动式的晾衣架已经开始逐渐走进了现代人们的日常生活当中。但是综观国内新型智能电动式晾衣架生产和研究的项目及其成品，相关的晾衣架设计理念研究和晾衣架理论的研究处于比较初级阶段，各技术方面的研究还不够深入和完善。

1总体设计

系统包括：系统控制核心单片机;自动步进电机;滑轮小车、导轨;光敏传感器;数模转化控制芯片;以夏普单片机为核心和主控，夏普pm2.5传感器将手机上传的数据通过交换机串行数据接口传输送给主控核心单片机，单片机处理后经手机显示和wifi手机进行交互后将数据传输至手机控制核心app，数据处理后可远程交互给手机app处理后进行显示。

2硬件选取

2.1系统结构

系统中主要组成部件包括系统控制模块核心51单片机;步进电机;滑轮小车;导轨;光敏传感器;电机数模信号转化控制芯片;设计中单片机、传感器、电机三部件相结合，衣架当前状态可自由分段式旋转，实现设计中日光运动跟踪的功。光敏电机和传感器模块可接受来自太阳光的信号，通过杜邦线与步进单片机相连接，从而可以使得单片机和传感器能够同时控制设计中滑轨小车的分段式移动和步进电机的分段式移动和旋转，同时将设计中衣架当前状态的信号通过esp8266串口wifi模块直接传递到事先设计的用户接口app上。

2.2 WIFI模块的选取

esp8266是基于ai-thinker公司推出的一款无线单片机wifi的模块，可以通过串口配置和无线单片机上的串口进行远程通信，利用单片机wifi的串口传输数据。并通过uart的接口，可以由arduino发送ation的命令控制其工作功能。8266有两种主要工作的模式，分别是station工作模式以及ap工作模式，station模式主要是用来通过手机连接无线热点通过路由器直接进行无线的工作，ap的模式主要是8266作为无线热点由手机去无线连接（或者连接路由器）直接进行的工作。笔者选择采取ap的工作模式是用来直接实现主要远程数据传输的功能。

2.3传感器的选择

采用灵敏型的光明电阻传感器，该光明电阻传感器模块具有检测信号干净，波形好，驱动控制能力强，同时配有一个可以自动调节的电位器，可以方便地调节和检测外界环境光线的亮度。以do模拟数字开关电压测量（0和1）和ao端作为模拟数字开关电压进行输出。当检测模块在外界环境中检测光线的亮度达不到检测模块设定的阈值时，do和ao端输出高电平，当检测外界的环境中检测光线的亮度达到超过设定阈值时，do和ao端输出低电平。

2.4电机的选择

选择了步进驱动电机，该电机驱动系统采用uln2003驱动，电机减速带动驱动齿轮的减速，噪音极低，能够很好地适应日常家居的使用，减少了噪音对于生活工作起居的破坏性影响。

2.5电路图

电路设计的结构图主要由三部分组成，分别是无线传送模块、光敏传感器模块、电机执行结构和数码管显示模块。无线传送模块收发无线信号，并利用解码芯片进行无线通信;光敏传感器模块利用光敏电阻检测光照度通过数模转化利用三极管给单片机，单品机控制电机旋转运动;数码显示模块将温湿度检测的温湿度信号发送给单片机，单片机通过数码管显示。

3 软件设计

移动用户端的APP设计主要目的在于实现远程控制，通过手机，用户可以控制衣架的上升或下降，或者控制衣架分段式旋转，使衣物能够拥有最大的阳光照射面积。同时，用户也能通过手机APP预约衣架升起或下降的时间，使衣架具有非常高的实用性和智能性。

4项目创新特色概述

衣架结构具有小车和导轨组合成的结构采用传动机制自动实现上下前后的自由移动;衣架驱动装置控制系统采用混合式传感器和步进驱动电机，电机的输出力矩大、动态控制性能好，步进电机距角小、较好地提高了精度。通过单片机、传感器、电机完美结合，衣架结构可自由移动和旋转，实现日光跟踪控制功能;基于单片机的传感器具有远程数据传输技术，通过app远程传感器检测并且实现远程控制。

5结论

笔者采取一种通过以51单片机为控制核心与多种模块及手机APP结合来实现远程控制和自动监测调节晾衣架，该装置可以通过太阳照射角度自动旋转衣架，使衣物受光面积达到最大化。旋转衣架采用分段式，旋转机制更加灵活自如，并且可以给普通用户带来更多的便利。因此本设计具有较强的自我检测调节能力，且制作成本低，能够被广大用户所采用。通过该设计的应用使人们的生活更加的智能化和便利化。

参考文献

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