浅析多功能智能晾衣系统

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摘 要：晾衣杆是生活中必不可缺的一种生活用品，现有的晾衣杆设计要么完全外露在室外，要么完全藏在屋檐下，处于这两个极端的情况。45%左右的阳台都无法受到阳光的正常照射，因此，现在的晾衣杆不能保证衣服晒到充足的阳光，不具有随太阳照射方向变化而改变衣服晾晒方向的功能。智能晾衣系统可以在雨天和夜晚自动收回晾晒的衣物，也能在阳光明媚的白天，自动的晾晒衣物。多功能环保智能晾衣系统设计成功，不仅解决人们日常生活的难题，而且极大的方便居民的生活，具有良好的社会效益和经济效益。

关键词：晾衣杆；单片机；智能化；智能反光镜

1 多功能环保智能晾衣系统的总体设计图

如图1，智能晾衣系统主要由传感器、时钟、智能反光镜以及驱动控制，这四个模块组成。主要具有以下三个功能。

1.1 它能根据外界的湿度与光度的大小来控制晾衣杆的伸缩。其中，DHT11湿度传感器通过单总线传输将检测到的湿度信号反馈给单片机，2UC84硅光传感器通过调理电路将光信号放大以后传给单片机，单片机通过判断湿度和光度来感知外界的湿度，以及黑夜是否来临。如果外界是阳光明媚，晾衣杆就会自动晾晒衣物。但是只要外界是暴雨或者黑夜的其中一个不适合晾晒的环境，智能晾衣杆就会自动收缩到指定的地方。

1.2 智能反光镜可以把阳光反射到晾晒不到衣物的地方。智能反光镜是通过DS1302时钟模块记录每天的时间并反馈给单片机，在单片机内部根据日历，编写一年中不同时刻的太阳高度角的文件库，并且单片机根据不同的时刻产生不同的pwm波来控制舵机的角度，智能反光镜就可以在一天中随着不同的太阳高度角会有变化，从而将阳光反射到衣物上。

1.3 可以手动控制晾衣杆的伸缩与上下，通过单片机编写不同按键的程序，当按下不同的按键时就可以启动不同程序，实现晾衣杆的上下与伸缩。

2 智能晾衣系统的湿度传感器模块

2.1 DHT11传输信号给单片机的机制

DHT11湿度传感器与单片机之间的信号传输，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分。总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待DHT11响应，总线拉低必须大于18毫秒，保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80微秒低电平响应信号。主机发送开始信号结束后，延时等待20-40微秒后，读取DHT11的响应信号，主机发送开始信号后，可以切换到输入模式，或者输出高电平均可，总线由上拉电阻拉。

2.2 智能反光镜的工作原理

智能反光镜的工作原理是：需在单片机程序中根据不同时间点对应着太阳的不同高度角来建立表格。因为有时钟芯片对年月日，以及每天时刻的累计，所以对于每天不同时刻，不同的太阳高度角，单片机都会通过改变PWM波对舵机产生一个角度的控制，从而控制智能反光镜不同的角度，使得太阳光能够通过智能反光镜反射到上衣物上，因此衣物能享受到充足的阳光。

2.3 太阳高度角的计算

太阳高度是决定地球表面获得太阳热能数量的最重要的因素。我们用h来表示这个角度，它在数值上等于太阳在天球地平坐标系中的地平高度。H当地=90°-纬度差（所求地点纬度与直射点所在纬度的纬差）

太阳高度角随着地方时和太阳的赤纬的变化而变化。太阳赤纬（与太阳直射点纬度相等）以δ表示，观测地地理纬度用φ表示（太阳赤纬与地理纬度都是北纬为正，南纬为负），（如图2）地方时（时角）以t表示，有太阳高度角的计算公式：

sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ cos t 日升日落，同一地点一天内太阳高度角是不断变化的。日出日落时角度都为0正午时太阳高度角最大，时角为0，以上的公式可以简化为：sin h=sin φ sin δ+cos φ cos δ 由两角和与差的三角公式，可得 sin h=cos（φ-δ）

因此，对于太阳位于天顶以北的地区而言，h=90°-（φ-δ）；对于太阳位于天顶以南的地区而言，h=90°-（δ-φ）；二者合并，因为无论是（φ-δ）还是（δ-φ），都是为了求当地纬度与太阳直射纬度之差，不会是负的，因此都等于它的绝对值，所以正午太阳高度角计算公式：h=90°-|φ-δ|。

2.4 时钟芯片DS1302的功能

DS1302时钟芯片包含实时时钟/日历和31字节静态程序存储器，通过简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒，分，时，日，周，月，年的信息。在每个月的末尾将少于三十一天的月份进行自动调整，包括闰年修正。DS1302被设计成操作上非常低功耗，且保留小于1W的数据和时钟信息。

因此将DS1302与单片机相连就可以将每天的日期和时刻送给单片机，从而单片机可以根据不同时刻的不同太阳高度角来控制智能反光镜，这样就可以让阳光反射到晾晒不到阳光的衣物上。

3 研究结论与成果

3.1 研究结论

3.1 不同型号传感器的SPI通讯以及调用方式都不一样，DHT11的通讯方式是通过改变高低电平来控制响应时间和传输数据。

3.2 智能晾衣杆的设计是将晾衣杆的高度、两个晾衣杆之间的宽度、步进电机前进后退的量与单片机的控制相结合，再通过适当算法，达到协调一致。智能化还体现在，晾衣架可以根据太阳的高度自动调节衣架的位置，以达到最佳的晾晒效果。

3.3 湿度以及光度的参数设定是根据实际情况中反复调试来确定的。

3.2 研究成果

3.2.1 智能晾衣杆可根据外界湿度变化以及亮暗成都可以自动伸缩。在阳光充足时，能使衣物尽可能接收阳光照射；在阴雨天时，能使衣物及时收回屋檐下，保证衣物不被雨水淋湿，当雨停了并且符合晾晒条件时晾衣杆会自动伸到屋檐外晾晒衣物。

3.2.2 当夜幕降临时，晾衣杆会自动往里收。当白天来临并且符合晾晒条件时，晾衣杆会自动伸出去。

3.2.3 晾衣杆上的智能反光镜可以将阳光智能的反射到晾晒不到阳光的地方

参考文献

[1]韩丹翱，王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究.DHT11温湿度传感器参考文档[J].电子设计工程，2013.

[2]胡瑾.太阳高度角与房屋建筑的关系.太阳高度角计算资料[J].地理教育，2004.