一种面向特殊人群的既有高龄住宅智能晾晒系统

技术领域

本发明属于智能家具领域，涉及一种面向特殊人群的既有高龄住宅智能晾晒系统，具体是一种提高外窗晾衣使用空间效率、保护衣物的适老化晾衣架。

背景技术

建设于2000年之前的既有住宅内因内部使用面积有限，且大多数无阳台，为了晾衣需求，很多住户都会在外窗墙上安装室外晾衣设施，这些晾衣设施包括但不局限于：室外推拉式重叠收缩晾衣架、室外焊接支撑杆搭接横杆晾衣杆、改装防盗网晾衣一体式晾衣杆、改装花台晾衣一体式晾衣杆等，毫无疑问这些设施一定程度反映了居住者的晾衣需求。

近年来我国实行住宅节能改造提升，住宅楼进行外墙保温、窗户置换系统节能窗等措施，系统节能窗的2/3面积固定不可开启，仅1/3可以开启，这些保温措施提升了节能，却严重影响了小户型室外晾衣活动。未做节能窗住户采用左右推拉窗，在晾晒衣物时候需要相继挪动身体分别打开两扇玻璃以获得最大的晾衣空间。

如中国专利公开了“一种针对被单或毯子晾晒的太阳能晾衣架及其使用方法”(专利号：CN202010607988.3)，该专利包括固定板、两个太阳能充电组件、转动块、两个折叠组件和连接杆，解决户内户外收缩延伸晾衣的问题，解决扩展晾晒空间的问题。中国专利公开了“一种物联网智能家用晾衣架”(专利号：CN 202010489094.9)，该专利包括底板、挡板、收回键、转动机构等，解决衣物能够长时间照射阳光，加快衣物的晒干速度，防止衣物被风吹走的优点。中国专利公开了“一种自动翻转被子的晾衣架”(专利号：CN 202010167672.7)，该专利包括被子架、驱动机构等，解决被子得不到均匀暴晒的问题。中国专利公开了“一种室内外切换晾衣架装置“(专利号：CN 202010831239.9)，该专利包括一轨道部、一第一牵引部、二轨道部、一第二牵引部、第一轨道和第二轨道等，解决室内外切换晾晒与回收衣服方便，操作空间小的问题。

然而，当上述专利遇到节能窗晾晒衣物时，因安装位置固定不变，节能窗至多打开1/3，晾衣杆有效晾衣空间缩水2/3，老年使用者不得不探身到窗外整理衣物以期获得最大的晾衣空间，这样又会增加老年人晾衣安全问题。非系统节能窗用户采用左右推拉窗，间接打开左右玻璃，每次晾晒衣服只能在1/2的窗户空间，晾晒效率极低。同时，现行大多数晾衣架因不同的使用需求固定在外墙上，固定部位包括窗户下部、中部、顶部，严重影响了室内采光与视线。而且固定式晾衣导致阳光长期暴晒衣物一侧，没有对衣服全面照射杀菌，也会加速衣服纤维的老化褪色。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可以扩大晾衣空间、均匀晾晒、不影响视线的晾衣架，提高了系统节能窗外晾衣的空间使用效率，对衣物全面杀菌，升降与圆周运动能够让使用者更加方便。

本发明的技术方案为：

一种面向特殊人群的既有高龄住宅智能晾晒系统，包括太阳能光伏发电组件2、动力轨道3、支撑轨道4、L形外挑横梁5、动力链条7、编组电机6、控制单元和晾衣控制系统。

所述的太阳能光伏发电组件2设于外墙体上，为晾晒系统提供辅助电力能源。

所述的支撑轨道4共两条，分别固定在节能系统窗1窗外两侧的外墙上；动力轨道3沿支撑轨道4设置在支撑轨道4上。两L形外挑横梁5的端部分别垂直安装在两动力轨道3上，所述L形外挑横梁5内侧设有滑槽。所述动力链条7安装在两L形外挑横梁5的滑槽中，形成一组闭合的平面四边形链条；动力链条7上均布防滑衣扣9，用于晾挂衣物。

所述的编组电机6用于控制晾衣架升降与圆周运动，其安装在L形外挑横梁5下侧。编组电机6包括主动步进电机10、辅助步进电机11、主动齿轮组12、从动齿轮13、第一齿轮组14、第二齿轮组15、第三齿轮组16、第一履带17和第二履带18。其中，主动步进电机10固定在水平固定板19上，主动步进电机10上固定主动齿轮组12，主动齿轮组12两齿轮的半径r、齿数t、厚度δ

所述的控制单元通过外围电路与主动步进电机10、辅助步进电机11连接。控制单元包括STM32单片机、电源模块、保护电路、主电路和控制电路。STM32单片机作为主控制器，用于控制驱动舵机和后轮电机；且STM32单片机通过联动轴和采集电机电流反馈给控制器，形成闭环控制；所述主电路由空气开关QS、熔断器FU1、接触器KM、热继电器FR和电机M组成；控制电路由熔断器FU2及各个按钮开关组成。通过分段启动KM1、KM2和KM3，改变接入主电路中接入的电阻值，改变主动步进电机10的转速，达到控制效果。

衣物长时间一侧暴晒会加快衣物纤维的老化，同时晾晒衣物过多会影响被遮掩衣物在太阳光下的杀菌效果。因此，衣物能够循环晾晒能够起到很好的保护与杀菌作用。所述的晾衣控制系统的控制方法如下：

第一步：设动力链条7为一平面四边形，通过平面四边形的长度L与外挑长度W计算晾衣架周长C＝2(L+W)；

第二步：数据处理

(1)太阳光进入大气层与地面的夹角为h(h查询我国各地各月各时太阳高度角，通过编程编入控制系统)，太阳辐射照度I

查询当地赤纬角δ、地理纬度

法向太阳辐射强度I

根据法向太阳辐射强度，计算竖直面太阳辐射强度为I

(2)将晾晒衣物整体考虑成一个棱柱体，周长C＝2(L+W)，外表面积S＝C·H，其中H为衣服晾晒长度。假设晾晒全部衣物完成动作相当于该棱柱体自转一周，所需时间为T，则：C＝V·T，通过控制主动步进电机转速V与时间T完成棱柱体的自转。

(3)定义每天中午十二点真太阳时一小时转动n圈晾衣为最佳，主动步进电机最佳转速V

因此建立I

V＝K·I

其中，K为经验系数，不考虑衣物形式。

优选的，结合人机工程学将晾衣架动力轨道长度设为1200～1350mm，靠近墙体一侧的动力链条7距墙体220～430mm，L形外挑横梁5外挑长度根据需求与材料设置。

优选的，在编组电机中增加一组电机与命令实现L形外挑横梁伸缩运动。

优选的，太阳能光伏发电组件2通过轨道安装在外墙上，实现晾衣控制系统控制太阳能光伏发电组件跟随太阳高度角与方位角变化。

本发明的有益效果为：

(1)本发明保证了使用过程中的安全；

(2)本发明通过自动化圆周运动晾衣将衣服输送到肢体无法到达的地方，将窗户另一侧与距窗远侧的空间充分利用，提升空间使用率和晾晒效率；

(3)经过晾衣算法控制晾衣架做圆周运动，每件衣服都能有效均匀杀菌，减缓衣物被直晒而发生老化，更加科学与健康；

(4)常规晾衣架固定在外窗的不同部位，不仅影响了室内采光，而且会遮挡人的视线。本发明通过晾衣架的升降运动解决了这些问题，为室内赢得良好视线，为老年用户提升晾衣体验感。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的编组电机结构示意图。

图3是本发明的升降模式电机结构示意图。

图4是本发明的晾衣模式电机结构示意图。

图5是本发明的控制单元示意图。

图6是本发明的主电路图和控制电路图。

其中：1.节能系统窗；2.太阳能光伏发电组件；3.动力轨道；4.支撑轨道；5.L形外挑横梁；6.编组电机；7.动力链条；8.膨胀螺栓；9.防滑衣扣；10.主动步进电机；11.辅助步进电机；12.主动齿轮组；13.从动齿轮；14.第一齿轮组；15.第二齿轮组；16.第三齿轮组；17.第一履带；18.第二履带；19.水平固定板；20.垂直固定板；21.墙体。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种面向特殊人群的既有高龄住宅智能晾晒系统，其能量来源太阳能光伏发电与民用居住建筑220V交流电。既有住宅建成时间早，大多20-40年以上房龄。早期住宅规划住栋南北间距较大，且多为5-6层，阳光充足，故1-6层南向外窗安装太阳能光伏发电组件2白天发电，无需调整向阳角度，将电能进行存储，供晾衣使用与备用。同时考虑太阳能光伏不同季度有效发电量，为保持晾衣架的电源持续供应，将晾衣架电源接入民用居住建筑220V交流线路，通过电源模块给晾晒系统输电。

如图1所示，所述的晾晒系统包括太阳能光伏发电组件2、动力轨道3、支撑轨道4、L形外挑横梁5、编组电机6、动力链条7、控制单元和晾衣控制系统。

其中，太阳能光伏发电组件2通过膨胀螺栓8固定在墙体21上。两条支撑轨道4通过膨胀螺栓8分别固定在节能系统窗1窗外两侧的墙体21上，膨胀螺栓8固定处采用保温垫块阻断热桥。所述动力轨道3沿着支撑轨道4设置。两L形外挑横梁5的端部分别垂直安装在两动力轨道3上，L形外挑横梁5内侧设有滑槽。所述动力链条7安装在两组L形外挑横梁5的滑槽中，形成一组闭合的平面四边形链条；动力链条7上均布防滑衣扣9，用于晾挂衣物。

所述的编组单机6安装在L形外挑横梁5下侧，包括主动步进电机10、辅助步进电机11、主动齿轮组12、从动齿轮13、第一齿轮组14、第二齿轮组15、第三齿轮组16、第一履带17和第二履带18；通过控制单元下达命令，主动步进电机10正转、逆转或暂停，辅助步进电机11正转与逆转以调整传动杆上从动齿轮13与主动齿轮组12的上、下两齿轮分别咬合，实现晾衣架升降与晾衣不同模式的切换。

编组电机6机械结构示意图如图2所示，主动步进电机10固定在水平固定板19上，主动步进电机10的轴承上固定主动齿轮组12，主动齿轮组12两齿轮半径r、齿数t、厚度δ

所述的控制单元包括STM32单片机、电源模块、保护电路、主电路和控制电路。STM32单片机作为主控制器，主要用于控制驱动舵机和后轮电极；且STM32单片机通过联动轴和采集电机电流反馈给控制器，形成闭环控制；主电路由空气开关QS、熔断器FU1、接触器KM、热继电器FR和电机M组成；控制电路由熔断器FU2及各个按钮开关组成。

主电路和控制电路如图6所示，SB2为启动按钮，按下SB2、SB1后，交流接触器KM线圈得电并自保护，系统运行；同时延时时间继电器KT1线圈得电并计时，当定时时间到，KT1动作，其常开触点闭合，KM1得电，同时延时时间继电器KT2线圈得电并计时，当定时时间到，KT2动作，其常开触点闭合，KM2得电，同时延时时间继电器KT3线圈得电并计时，当定时时间到，KT3动作，其常开触点闭合，KM3得电并自保护。通过分段启动KM1、KM2和KM3，改变接入主电路中接入的电阻值，改变主动步进电机11转速，达到控制效果。

将本装置安置在外窗墙体上，使用者站在室内，打开电源开关给本装置供电，在室内控制控制单元启动升降模式，控制编组电机6驱动L形外挑横梁5上升到1350mm高度，按下暂停；然后切换到晾衣模式，将衣物挂在防滑衣扣9上，控制编组电机6驱动动力链条7运动，将衣物依次挂在防滑衣扣9上。等晾衣动作完成，切换到升降模式，控制编组电机6驱动L形外挑横梁5下降到所需高度，不影响视线与采光即可。最后动力链条7根据晾衣控制系统控制编组电机6的不同转速实现自动循环晾衣，对衣服进行有效晾晒。

如图3所示，升降模式下：辅助步进电机11驱动从动齿轮13上升，与主动齿轮组12上部的齿轮咬合。使用者在室内控制控制单元，主动步进电机10带动主动齿轮组12运动，依次带动从动齿轮13、第二齿轮组15、第二履带18和第三齿轮组16运动，晾衣架实现升降运动。

如图4所示，晾衣模式下：辅助步进电机11驱动从动齿轮13下降，与主动步进电机10上主动齿轮组12下部的齿轮咬合。使用者在室内控制控制单元，主动步进电机10带动主动齿轮组12运动，依次带动从动齿轮13、第一齿轮组14、第一履带17运动，进而带动动力链条7做圆周运动。

如图4所示，巡航模式下：辅助步进电机11转动驱动从动齿轮13下降，与主动步进电机10上主动齿轮组12下部的齿轮咬合。处于巡航模式下，晾衣控制系统控制控制单元驱动主动步进电机10以调整不同转速，依次带动主动齿轮组12、从动齿轮13、第一齿轮组14、第一履带17运动，进而带动动力链条7做圆周运动，实现衣物均匀晾晒。

以上所述仅为本发明的优选方式，还应当指出，对于本发明技术领域的人员来说，在基本原理不脱离本发明的前提下，做出的若干改进与润饰，均属于本发明的保护范围之内。