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摘 要：针对集体宿舍晾晒衣物见缝插针，干湿衣物混杂容易导致衣服二次受潮的特殊使用环境，设计了一款基于STC89C52单片机、湿度传感器、步进电机、蜗杆电机、蓝牙等智能自动晾衣架系统。该控制系统以单片机为控制核心，通过湿度传感器检测衣物湿度，利用步进电机和蜗杆电机自动归拢干衣物，并通过蓝牙模块进行提醒，解决集体宿舍衣物晾晒的难题。
关键词：智能晾衣架 STC89C52单片机 电机 传感器 蓝牙
中图分类号：TP368.1;TS959.9 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（c）-0099-04
The Design of Intelligent Clothes Hanger for Dormitory Based on STC89C52 Microcontroller
HU Kexin QIAN Xiaoli* GU Jingyi ZHU Ying TENG Pukai
（Nanjing Forestry University， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China）
Abstract： Aiming at the special use environment of drying clothes in dormitory， which is easy to cause the clothes to get damp twice due to the mixed dry and wet clothes， an intelligent automatic clothes hanger system based on STC89C52 MCU， humidity sensor， stepper motor， worm motor， Bluetooth and so on is designed. The control system takes the single chip microcomputer as the control core， detects the humidity of clothes through the humidity sensor， uses the stepper motor and worm motor to automatically collect the dry clothes， and reminds through the Bluetooth module to solve the problem of drying clothes in the dormitory.
Key Words： Intelligent clothes rack; STC89C52 microcontroller; Motor; Sensor; Bluetooth
在当今智能化趋于流行的时代下，人们的生活方式发生了质的变化：智能家电、智能家居等产品相继被推出，并且性价比高。晾衣架也由原来较为传统的家居产品设计样式和日常使用功能逐步创新发展起来，进入更为现代化和智能化的家居应用产品行列，逐步驶入高速发展的行业应用快车道。晾衣架在生活中被普遍使用，目前应用广泛的是不能根据衣物湿度而自动进行衣物分离的传统手动晾衣架。传统晾衣架无法根据衣物的干湿情况自动调整衣物位置，这一缺点对于家庭用户影响不明显。然而，在人员密度更高的集体宿舍中，晾晒衣物通常需要见缝插针，干湿衣物混杂容易导致衣服二次受潮，影响晾晒效率。基于此，该文设计实现了一款以单片机为控制核心，通过湿度传感器监测外部环境，利用电机控制晾衣架进行干湿分离的智能晾衣架。
1 结构设计
图1为智能化的晾衣架机械设备结构，将硬件盒固定在阳台的天花板处，硬件盒内分别载有电源开关、核心控制模块、蓝牙模块等硬件，硬件盒外装有用于监测衣物湿度情况的湿度传感器。主体机架由自动收缩架、晾衣杆和晾衣孔等组成，其中晾衣杆跟晾衣孔结构由转动铰链联接，自动收缩架可调节衣物的晾晒高度。
湿衣物悬挂于晾衣孔内，晾衣孔下设置插槽，由蜗杆电机控制插槽开闭。衣物潮湿状态下，插槽闭合，衣物晾干后，插槽打开，晾干的衣物掉落至晾衣杆上形成干湿分离。
2 系统总体框架
如图2所示，晾衣架系统主要由STC89C52单片机[1-2]、湿度传感器、蓝牙模块、步进电机和蜗杆电机组成。其中湿度传感器监测环境湿度，单片机模块[3-4]根据遥控指令处理传感器[5]监测信号，输出运算结果控制电机驱动电路完成晾衣架的干湿分离，同时驱动蓝牙模块，用于与手机App移动端进行无线通信和信息供给，提醒用户及时收取衣物。
3 单片机模块
选用单片机[6-8]最小处理系统如图3所示，作为整个晾衣架设计的控制中心。其中，控制器的核心芯片模块组和模块设计采用STC89C52，它是一款同时具有低控制成本的小功耗、高性能CMOS8位数字微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。采用内部时钟电路为整个系统协调各模块运行提供基准脈冲，选用12 MHz的石英晶振。该机在操作系统中主要采用多个按键自动复位的操作方式，其主要任务有两个：一是接收来自湿度传感器和显示模块发送来的数据;二是根据接收到的衣物湿度检测情况，控制晾衣孔插槽，令干燥衣物掉落至晾衣杆上，同时根据接收到衣物湿度检测情况，计算分析并得出所有衣物全部干燥完成所需要的时间，随之将上述数据传输给显示屏。最后当全部衣物晾晒工作已经完毕时，发送信息给蓝牙模块进行无线通信和信息供给，提醒用户及时收取衣服。 4 传感器检测模块
由于学生宿舍内部空间不大，电路工作功率小，承载能力低，该设计选择一款数字型湿度传感器——DHT11作为学生宿舍用电动晾衣架的主要数据采集处理模块[9-11]。它的每一种复位操作都严格按照规定时序自动进行，系统首先依次进行发出复位信息指令，再依次发出互相匹配的复位信息转换指令，从而逐步进行转换操作为湿度变化检测信息指令。数字信号输出式的湿度测量传感器基准DHT11湿度测量传感器基准的范围一般是5%RH～95%RH，测量基准精度和误差范围一般是±5%RH，这个数字完全可以满足本设计的湿度传感器所需要的测量范围和误差，同时节约了设备成本，而且只用一个总线就能够与主控芯片相互連接并且传送出数字信号。另外，它还可以对数字信号修正，从而使其更加准确，在一定程度上也能够使得传送数据的可靠性和准确率得到保障，且其功率消耗不高，非常合适该文设计的系统，湿度检测电路具体见图4所示，将DHT11的引脚2（DHT）与STC89C52单片机脚接，图4中P5D为该模块与供电系统连接引脚。
5 电机驱动模块
晾衣架高度变换中电机转动由继电器控制，电机正转实现晾衣架上升，电机反转实现晾衣架下降。因收缩架长度有限，为防止电机无限制转动使电机损坏，在系统中设置限位开关，当收缩架碰触到限位开关时，电机停止转动，从而将晾衣架固定。由于单片机的输出信号较小，达不到控制晾衣架调整衣物位置的要求，需要通过ULN2003驱动芯片将脉冲信号放大来实现。该芯片包含7个输入端口和7个输出端口，由于选用的是四相八拍式步进电机，只需使用其中的4个输入和4个输出端口，驱动模块电路中，单片机通过P3.4、P3.5、P3.6、P3.7引脚连接驱动芯片的4个输入端口IN1～IN4，来实现控制脉冲信号的输出。
晾衣孔插槽的伸缩由蜗轮蜗杆电机驱动。蜗杆传动轴和螺旋齿轮的传动齿轮是连续不间断的两个传动齿轮螺旋齿，蜗杆传动轴和它的齿没有同时间断连续进入和同时间断退出整个齿轮啮合的连续传动齿轮过程，因此，整个传动齿轮工作平稳，冲击、震动、噪音都比较小。由于这种蜗杆的螺旋角很小，并且远远要小于摩擦角，同时一般的单线蜗杆都会因为其自锁而不能形成反转，所以我们平时一般都会选择多线蜗杆，因为它的螺旋摩擦角很大，不能转动形成螺旋自锁，可以转动形成螺旋反转，从而实现插槽的伸缩。
6 蓝牙传输模块
使用蓝牙传输模块能够远程操作晾衣杆，并且能够实现与手机App的互联，提升智能晾衣系统的便捷性。HC-06是一种实现主从串口一体化的一个蓝牙串口通信控制模块，其通过蓝牙串口与一台单片机进行连接，根据蓝牙串口模块内所提供的蓝牙指令集与其进行手机通信，然后与每台手机进行蓝牙连接配对，配对成功后每台手机会发送一个AT蓝牙指令给这个蓝牙串口模块，单片机可以通过自动判断蓝牙接收器得到的这个AT蓝牙指令集来控制电动晾衣架的操作系统正常运行。单片机与外部蓝牙之间通过串口数据通信和外部串口中断方式接收数据。此外，通过蓝牙串口设备通信者还可随时随地观察所有蓝牙串口设备与智能手机的无线连接运行情况和蓝牙接收器得到的各项信息数据，具体见图5。
7 主程序设计
智能晾衣架[12]各硬件模块之间的协同运作需要配合软件才能实现。软件操作在程序中首先需要进行各引脚值的定义和调用函数值的声明，并将系统各个模块中的数据进行初始化，保证系统各模块元器件正常工作运行。其次主程序需要判断系统模式，根据不同模式的要求再进行相应的监测。如果系统处于自动模式，实时监测晾衣架周边的环境状况并判断数据是否达到各传感器设定的阈值。如果监测到衣物达到干燥状态，蜗杆电机转动打开晾衣孔插槽。如果系统处于手动模式，则监控晾衣孔插槽开关的开启状态，根据人工命令操作晾衣孔插槽的打开与关闭。
8 结语
该文设计的智能晾衣架基于STC89C52单片机，经过硬件的设计、焊接和软件的编程、调试等过程，最终实现了衣物干湿分离。该系统具有两种工作模式，智能模式下可及时通过蓝牙通知用户衣物晾晒情况，并令干燥衣物掉落至晾衣杆上;手动模式下可自己控制晾晒衣物。此晾衣架适合集体宿舍使用，可以提高宿舍生活的舒适性、便利性，提高晾晒效率，具有一定的推广价值。
参考文献
[1] 林关成.基于STC89C52单片机的智能晾衣架控制系统设计[J].计算机与数字工程，2021，49（1）：55-58，147.
[2] 陈玉青，洪连环，胡斌.基于STC89C52单片机智能防雨伸缩晾衣架设计[J].机电工程技术，2020，49（11）：43-45.
[3] 谢浩源，郑建晓，李志宏.基于STM32的智能晾衣架控制系统设计[J].南方农机，2020，51（7）：91-92，95.
[4] 徐艳.一种晾衣架控制系统设计[J].轻工科技，2018（4）：62-63.
[5] 陆猛，陈国荣，朱斌魁，等.智能环境感知晾衣架的设计与实现[J].物联网技术，2017，7（8）：53-55.
[6] 梁英波.基于STC89C51的智能晾衣架设计与实践[J].周口师范学院学报，2019，36（2）：50-52.
[7] 谈敏.智能晾衣架创新设计与控制系统研究[J].机电工程技术，2018，47（5）：133-135.
[8] 张士伟.基于单片机的智能晾衣架控制系统设计[J].价值工程，2019，38（3）：125-127.
[9] 马帅.“智能化”电子产品中单片机技术的应用[J].科技资讯，2020，18（10）：9，11.
[10] 孟凡宇.基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现[J].科技资讯，2020，18（3）：10-11，13.
[11] 徐鑫秀，赵士原.基于DHT11传感器的机房温湿度控制系统设计[J].现代信息科技，2020，4（14）：57-59.
[12] 荆海霞，李洪义.一种智能晾衣架系统的设计[J].机电一体化，2016，22（7）：57-60.
①基金项目：南京林业大学“大学生创新实验”项目（项目编号：2020NFUSPITP0146）。
作者简介：胡可欣（2000—），女，本科在读，研究方向为机械设计。
顾静怡（2000—），女，本科在读，研究方向为机械设计。
通信作者：钱晓莉（1999—），女，本科在读，研究方向为机械设计，E-mail：1195494618@qq.com。
关键词：智能晾衣架 STC89C52单片机 电机 传感器 蓝牙
中图分类号：TP368.1;TS959.9 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（c）-0099-04
The Design of Intelligent Clothes Hanger for Dormitory Based on STC89C52 Microcontroller
HU Kexin QIAN Xiaoli* GU Jingyi ZHU Ying TENG Pukai
（Nanjing Forestry University， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China）
Abstract： Aiming at the special use environment of drying clothes in dormitory， which is easy to cause the clothes to get damp twice due to the mixed dry and wet clothes， an intelligent automatic clothes hanger system based on STC89C52 MCU， humidity sensor， stepper motor， worm motor， Bluetooth and so on is designed. The control system takes the single chip microcomputer as the control core， detects the humidity of clothes through the humidity sensor， uses the stepper motor and worm motor to automatically collect the dry clothes， and reminds through the Bluetooth module to solve the problem of drying clothes in the dormitory.
Key Words： Intelligent clothes rack; STC89C52 microcontroller; Motor; Sensor; Bluetooth
在当今智能化趋于流行的时代下，人们的生活方式发生了质的变化：智能家电、智能家居等产品相继被推出，并且性价比高。晾衣架也由原来较为传统的家居产品设计样式和日常使用功能逐步创新发展起来，进入更为现代化和智能化的家居应用产品行列，逐步驶入高速发展的行业应用快车道。晾衣架在生活中被普遍使用，目前应用广泛的是不能根据衣物湿度而自动进行衣物分离的传统手动晾衣架。传统晾衣架无法根据衣物的干湿情况自动调整衣物位置，这一缺点对于家庭用户影响不明显。然而，在人员密度更高的集体宿舍中，晾晒衣物通常需要见缝插针，干湿衣物混杂容易导致衣服二次受潮，影响晾晒效率。基于此，该文设计实现了一款以单片机为控制核心，通过湿度传感器监测外部环境，利用电机控制晾衣架进行干湿分离的智能晾衣架。
1 结构设计
图1为智能化的晾衣架机械设备结构，将硬件盒固定在阳台的天花板处，硬件盒内分别载有电源开关、核心控制模块、蓝牙模块等硬件，硬件盒外装有用于监测衣物湿度情况的湿度传感器。主体机架由自动收缩架、晾衣杆和晾衣孔等组成，其中晾衣杆跟晾衣孔结构由转动铰链联接，自动收缩架可调节衣物的晾晒高度。
湿衣物悬挂于晾衣孔内，晾衣孔下设置插槽，由蜗杆电机控制插槽开闭。衣物潮湿状态下，插槽闭合，衣物晾干后，插槽打开，晾干的衣物掉落至晾衣杆上形成干湿分离。
2 系统总体框架
如图2所示，晾衣架系统主要由STC89C52单片机[1-2]、湿度传感器、蓝牙模块、步进电机和蜗杆电机组成。其中湿度传感器监测环境湿度，单片机模块[3-4]根据遥控指令处理传感器[5]监测信号，输出运算结果控制电机驱动电路完成晾衣架的干湿分离，同时驱动蓝牙模块，用于与手机App移动端进行无线通信和信息供给，提醒用户及时收取衣物。
3 单片机模块
选用单片机[6-8]最小处理系统如图3所示，作为整个晾衣架设计的控制中心。其中，控制器的核心芯片模块组和模块设计采用STC89C52，它是一款同时具有低控制成本的小功耗、高性能CMOS8位数字微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。采用内部时钟电路为整个系统协调各模块运行提供基准脈冲，选用12 MHz的石英晶振。该机在操作系统中主要采用多个按键自动复位的操作方式，其主要任务有两个：一是接收来自湿度传感器和显示模块发送来的数据;二是根据接收到的衣物湿度检测情况，控制晾衣孔插槽，令干燥衣物掉落至晾衣杆上，同时根据接收到衣物湿度检测情况，计算分析并得出所有衣物全部干燥完成所需要的时间，随之将上述数据传输给显示屏。最后当全部衣物晾晒工作已经完毕时，发送信息给蓝牙模块进行无线通信和信息供给，提醒用户及时收取衣服。 4 传感器检测模块
由于学生宿舍内部空间不大，电路工作功率小，承载能力低，该设计选择一款数字型湿度传感器——DHT11作为学生宿舍用电动晾衣架的主要数据采集处理模块[9-11]。它的每一种复位操作都严格按照规定时序自动进行，系统首先依次进行发出复位信息指令，再依次发出互相匹配的复位信息转换指令，从而逐步进行转换操作为湿度变化检测信息指令。数字信号输出式的湿度测量传感器基准DHT11湿度测量传感器基准的范围一般是5%RH～95%RH，测量基准精度和误差范围一般是±5%RH，这个数字完全可以满足本设计的湿度传感器所需要的测量范围和误差，同时节约了设备成本，而且只用一个总线就能够与主控芯片相互連接并且传送出数字信号。另外，它还可以对数字信号修正，从而使其更加准确，在一定程度上也能够使得传送数据的可靠性和准确率得到保障，且其功率消耗不高，非常合适该文设计的系统，湿度检测电路具体见图4所示，将DHT11的引脚2（DHT）与STC89C52单片机脚接，图4中P5D为该模块与供电系统连接引脚。
5 电机驱动模块
晾衣架高度变换中电机转动由继电器控制，电机正转实现晾衣架上升，电机反转实现晾衣架下降。因收缩架长度有限，为防止电机无限制转动使电机损坏，在系统中设置限位开关，当收缩架碰触到限位开关时，电机停止转动，从而将晾衣架固定。由于单片机的输出信号较小，达不到控制晾衣架调整衣物位置的要求，需要通过ULN2003驱动芯片将脉冲信号放大来实现。该芯片包含7个输入端口和7个输出端口，由于选用的是四相八拍式步进电机，只需使用其中的4个输入和4个输出端口，驱动模块电路中，单片机通过P3.4、P3.5、P3.6、P3.7引脚连接驱动芯片的4个输入端口IN1～IN4，来实现控制脉冲信号的输出。
晾衣孔插槽的伸缩由蜗轮蜗杆电机驱动。蜗杆传动轴和螺旋齿轮的传动齿轮是连续不间断的两个传动齿轮螺旋齿，蜗杆传动轴和它的齿没有同时间断连续进入和同时间断退出整个齿轮啮合的连续传动齿轮过程，因此，整个传动齿轮工作平稳，冲击、震动、噪音都比较小。由于这种蜗杆的螺旋角很小，并且远远要小于摩擦角，同时一般的单线蜗杆都会因为其自锁而不能形成反转，所以我们平时一般都会选择多线蜗杆，因为它的螺旋摩擦角很大，不能转动形成螺旋自锁，可以转动形成螺旋反转，从而实现插槽的伸缩。
6 蓝牙传输模块
使用蓝牙传输模块能够远程操作晾衣杆，并且能够实现与手机App的互联，提升智能晾衣系统的便捷性。HC-06是一种实现主从串口一体化的一个蓝牙串口通信控制模块，其通过蓝牙串口与一台单片机进行连接，根据蓝牙串口模块内所提供的蓝牙指令集与其进行手机通信，然后与每台手机进行蓝牙连接配对，配对成功后每台手机会发送一个AT蓝牙指令给这个蓝牙串口模块，单片机可以通过自动判断蓝牙接收器得到的这个AT蓝牙指令集来控制电动晾衣架的操作系统正常运行。单片机与外部蓝牙之间通过串口数据通信和外部串口中断方式接收数据。此外，通过蓝牙串口设备通信者还可随时随地观察所有蓝牙串口设备与智能手机的无线连接运行情况和蓝牙接收器得到的各项信息数据，具体见图5。
7 主程序设计
智能晾衣架[12]各硬件模块之间的协同运作需要配合软件才能实现。软件操作在程序中首先需要进行各引脚值的定义和调用函数值的声明，并将系统各个模块中的数据进行初始化，保证系统各模块元器件正常工作运行。其次主程序需要判断系统模式，根据不同模式的要求再进行相应的监测。如果系统处于自动模式，实时监测晾衣架周边的环境状况并判断数据是否达到各传感器设定的阈值。如果监测到衣物达到干燥状态，蜗杆电机转动打开晾衣孔插槽。如果系统处于手动模式，则监控晾衣孔插槽开关的开启状态，根据人工命令操作晾衣孔插槽的打开与关闭。
8 结语
该文设计的智能晾衣架基于STC89C52单片机，经过硬件的设计、焊接和软件的编程、调试等过程，最终实现了衣物干湿分离。该系统具有两种工作模式，智能模式下可及时通过蓝牙通知用户衣物晾晒情况，并令干燥衣物掉落至晾衣杆上;手动模式下可自己控制晾晒衣物。此晾衣架适合集体宿舍使用，可以提高宿舍生活的舒适性、便利性，提高晾晒效率，具有一定的推广价值。
参考文献
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[8] 张士伟.基于单片机的智能晾衣架控制系统设计[J].价值工程，2019，38（3）：125-127.
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[10] 孟凡宇.基于单片机的智能温室大棚系统设计与实现[J].科技资讯，2020，18（3）：10-11，13.
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[12] 荆海霞，李洪义.一种智能晾衣架系统的设计[J].机电一体化，2016，22（7）：57-60.
①基金项目：南京林业大学“大学生创新实验”项目（项目编号：2020NFUSPITP0146）。
作者简介：胡可欣（2000—），女，本科在读，研究方向为机械设计。
顾静怡（2000—），女，本科在读，研究方向为机械设计。
通信作者：钱晓莉（1999—），女，本科在读，研究方向为机械设计，E-mail：1195494618@qq.com。