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一、选题背景及依据（简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果（文献综述），选题目的、意义，列出主要参考文献）
（一）选题背景
与美国、日本等一些发达国家相比，我国对于智能家居领域的研究起步较晚，直到二十世纪末才开始从国外引进相关技术，用于国内智能家居产业的发展。我国的智能建筑[1]大致发展于上世纪90年代，北京发展大厦的建成标志着我国智能建筑初具雏形，该大厦集监控、消防等安防相关功能于一体，实现了建筑设计领域的智能化发展[2]。随着社会经济的发展和科技的进步，智能家居产品逐渐进入人们的日常生活，其中以机电一体化[3]和传感器技术为代表的智能设备正在改变着传统的家务模式[4]。基于传感器管理，传感器可感知晾衣工作周围环境的变化以及任务需求的变化[5]，因此十分适配此项工作。
在逐渐加快节奏的社会生活方式下，衣物晾晒成为了许多人日常生活中的一个繁琐环节，人们迫切得需要一种可靠便捷且高效的晾晒助手。特别是在天气变化较大或沿海高湿度常回潮的地区，衣物晾晒面临着诸多挑战，时常会遇到天气急剧变化导致衣物无法充分干燥或难以达到理想的杀菌效果；或遇气候回潮，“回南天”出现的时候，空气会变得非常的潮湿[6]。可以想象在这种情况下衣物晾晒将面临何种的困难，寻常的人工定时晾晒不仅可能收效甚微，还可能因此耽误工作生活。传统的晾晒装置一般都为固定器具或手动伸展型，包括伸缩式装置也仅是增添了部分机械结构，使晾晒装置具备伸缩、升降的功能，并无“智能”功用，也就无法融入家居智能系统；根据我国晾衣架协会统计数据，近年来我国智能晾衣架产品增速持续保持在50%以上，而智能化晾衣架的产品价格一般是手摇、外飘等传统晾衣架产品的3倍以上[7]。
综合现有市场上的电动晾衣架，大多数为室内电动升降晾衣架，采用遥控器控制，不能伸出室外进行衣物晾晒，且自动控制的程度较低，缺少多变天气情况下及时从窗外收回的控制方式[8]。另外新的设计或可有更多针对性方向的产品变种衍生，以应对在我国广袤领土下各式复杂气候中的实际使用。因此，设计一种能够根据环境变化自动调整晾晒策略的多功能晾衣架具有重要的现实意义。
（二）国内研究现状
随着第三次科技革命的发展，信息技术突飞猛进，并不断应用于各行各业，物联网技术依托于此背景应运而生。物联网（IoT）是 IT 技术的范式变革，是一个广泛的概念，指将虚拟网络中的各种设备连接到现实世界中的物理设备，除了共享信息和数据资源之外，能够自动组织对情况和环境变化采取行动和做出反应的智能体网络[9]。
衣物晾晒的问题自始存在，从古代的人工摆晾到现如今居民住户中常见的器具晾挂，主要变化仅是衣物撑晾的工具发展，由简单的木制衣撑过渡到复合材料，增加了晾晒的可靠性与承重能力，但基本模式未有变动，效率依然略有局限。随着近些年工业自动化技术的进一步发展与拓展，机械、自动化与电气等数个专业方面的技术相配合发展，国内市场上已经出现了一些具备基础自动化功能的晾衣架，如遥控升降、风干、烘干等功能，也具有一定的承重能力，或多线垂挂式、或吊杆式、或镂空工字架式。一些企业也已初步具备研发生产集成传感器技术、物联网技术[10]和自动化控制系统的智能晾衣架的能力。但是，多数现有产品还停留在较为简单的结构自动化阶段，对于环境变化的适应性和大重量承重能力等方面还有待提高。
如韦小奇等人研制的衣物自动晾晒与折叠存放装置，其结合了雨滴传感器与伺服电机、步进电机，用西门子PLC作为控制中心，功能强大且具有实用性，该装置的研制将会极大地减少人工手动晾晒和折叠衣物的工作量和时间，同时，该装置具有可根据外界环境进行自动化晾晒的功能，在阴晴不定的天气情况下会给人们带来很大的便利，在出门的时候不用担心晾晒的衣物被淋湿[11]。但装置体积质量占地面积较大，这不利于我国人均较低的居住面积，日常使用具有一定局限性。刘欣雨发明了一款摩天轮结构式的智能晾衣架，考虑到阳台晾晒空间一定，且阳台阳光照射范围和时间均有限，现有晾衣架无法充分利用阳光资源，导致衣物晾晒时间长，在梅雨季节这种现象更为普遍[12]。因此而采用了摩天轮结构，但机械结构较为复杂，这对产品的可靠度和寿命提出了更严苛的要求。汤志鹏等人也在智能晾衣架的研制中提出采用多种传感器结合的方式，而由于雨滴传感器灵敏度及系统反应时间等原因，当系统检测雨滴落下之后，衣服已经潮湿，且下雨之前空气中的湿度较大，利用温湿度传感器综合判断晾晒条件比采用雨滴传感器效果更好[13]，传感器合适的选用将大大提高装置的可靠性。而华南理工大学的潘御图发明的适用于单身公寓居住人群的智能晾衣机则更加贴合我国国情，充分考虑到了实际因素，其产品结合RFID技术[14]，对衣物进行智能整合管理，功能进一步细化，配备移动端APP进行远程控制，产品定位较高端，市场需求端将会有所局限。随着物联网智能家居设备的不断增加，智能家居在为用户营造安全、舒适、便捷的家居生活环境的同时，能源浪费的问题也不可小觑[15]。因此经济、节能且高兼容度的产品研发显得尤为重要。
相比于国外学者的研究状况，国内研究学者对于智能晾衣的探究更为深入，主要原因是生活习惯和理念的不同。国外所处环境以及生活理念与国内家居生活的不同，导致国外对于细致化晾衣这一需求并不强烈。从了解的国内研究学者的研究现状来看，早期研究学者对于智能晾衣机的研究更多聚焦在功能结构上。随着研究的深入和科学技术的发展应用，研究学者拓宽了研究领域，针对服装这个领域，研究者们将范围扩大延伸至智能衣柜[17]相关及衣物护理系统。同时，结合单片机技术和射频技术的智能衣物晾晒收纳系统也是近些年来国内研究学者的主流方向。
（三）国外研究现状
经网上查询的相关信息了解，欧美国家很少使用露天晾晒，一般使用其公寓配备自带的洗烘一体式干衣机[16]，另外由于国家法律法规及地区规定，大多不允许将衣物晾晒在阳台及公共场所以免影响市容市貌，因此另不具备洗烘一体化条件的欧美国家人们一般也采用室内或楼顶露台晾晒。因此关于国外市场上的智能晾衣架种类较少，相应的“clothes hanger”研究范例及文献也比较有限，但其中部分已经成功量产的产品在自动化程度、智能感知技术的应用上相较国内更为精密先进，这得益于大多数欧美国家其工业起步本身早，进展快，因此而具备的高精度控制系统。
国外智能家居技术的发展经历了起步阶段、快速发展阶段以及逐渐成熟的阶段。早期的智能家居系统主要集中在对单一家电的简单远程控制和定时控制功能上，随着物联网技术和人工智能的不断发展，智能家居系统逐渐向智能化、自动化方向发展，系统涵盖了更多的应用场景，在安防监控、能源管理、健康监测等方面都有涉及[18]。与国内注重实用性的设计观念相比，国外的研究方向更加注重于自动化和智能化水平，其中较前沿者产品大多已具备通过移动端智能手机APP远程控制晾衣架的升降、定时收放等功能。自20世纪工业化迅速发展以来，一些国际品牌推出了集成复杂传感器网络的智能晾晒系统装置，可以自动调整晾晒策略以适应不同的天气条件。
经调查，国外的智能家电市场主要由江森自控、西门子以及罗格朗等知名的家电品牌企业主导[19]。而Bin bin Tao等人在第十届计算机工程与网络国际会议文集中提出其一基本工作机制“According to the real-time weather conditions, it controls whether to withdraw the clothes.[20]”这是智能晾衣机设计中应该具备的基本能力。另外G. I. Efenji等人提出一种结合Google Assistant和Nodemcu的智能家居系统（SHAS）[21]，该自动化系统可以使晾衣机接入物联网技术，提高人机交互能力，极大方便用户使用。
综上所述，对比国内外的研究现状可以发现，国外对于智能晾衣机的研究程度并没有国内的深入，一方面是国内与国外生活习惯的差异，国外很少有晾晒衣物的需求，另一方面国外日常干燥衣物主要使用的是烘干机。因此，智能晾衣机的研究重点区域在于国内，更符合国内应用市场趋势[22]。
（四）选题目的及意义
设计并开发一款基于PLC控制的多功能晾衣架，能够根据光照、湿度等环境因素的变化自动调整晾晒策略，进行前撑，内敛和收衣操作。实现衣物晾晒的自动化控制，减少人工干预，提高晾晒效率。研究及确用在大重量承重要求下的材料选择和结构优化，确保晾衣架的可靠性和稳定性，保证满足功能使用要求的前提下，做到质量体积小，经济性好。在本研究中将使用TRIZ发明创新理论，旨在选择合适的发明原理，解决存在的矛盾冲突[23]，辅助产品设计，保障产品竞争力；Altshuller等人通过对专利库的系统性分析，发现技术的发展总是遵循一些特定的规律，而且这些规律可以被有效应用在其他技术领域的开发上。在此基础上学者们不断完善该理论，将这些技术的进化规律总结为诸多技术进化定律或进化路线，形成了技术进化理论（Technology System Evolution），这是构成TRIZ理论的核心内容之一[24]。在切实可靠的实验方法和研究分析下提升家居生活的便利性，减轻人们的家务负担。促进智能家居领域的发展，推动基于PLC机电一体化和传感器技术在家居环境中的实际应用[25]。为解决天气变化带来的晾晒难题提供一种新的切实可行的解决方案。
（五）参考文献
[1]. 曾书帆.基于物联网的商业综合体智能建筑管控系统的设计与实现[D].南昌大学,2024.
[2]. 秦凯.基于物联网技术的无线智能家居系统的设计与实现[D].浙江科技大学,2024.
[3]. 李晶飞.基于PLC技术的机电一体化设备智能控制探究[J].中国设备工程,2024,(12):49-51.
[4]. 王乐.家务劳动性别差异及对职场不平等的影响[D].西南财经大学,2022.
[5]. 宋炳南.基于场景感知的传感器管理框架研究与实现[D].国防科技大学,2018.
[6]. 饶生辉.基于室内地表温度和露点温度的回南天预警预报方法[D].电子科技大学,2017.
[7]. 杨诗涵,毛自娟,李胜,等.智能雨水晾衣监测装置研究[J].科技资讯,2024,22(02):47-49+53.
[8]. 姚佳,王优优,伍爱华.一种新型智能晾衣装置的设计与实现[J].科技资讯,2024,22(16):30-33.
[9]. 秦毓.主动交互驱动的智能家居产品设计研究[D].北方工业大学,2024.
[10]. 董峻峰.AI+物联网技术下的智能家居产品用户体验设计研究[D].北方工业大学,2023.
[11]. 韦小奇,谢永智.衣物自动晾晒与折叠存放装置设计[J].机电工程技术,2020,49(12):133-134+187.
[12]. 刘欣语,吴喆.基于摩天轮结构的智能晾衣架设计[J].科学技术创新,2024,(12):197-200.
[13]. 张宇,汤志鹏,袁志刚,等.智能晾衣系统[J].内江科技,2022,43(12):56-57.
[14]. 米琦.一种基于FSK的低频RFID标签的设计与实现[D].桂林电子科技大学,2023.
[15]. 何小英.基于物联网的家庭节能控制系统研究[D].长江大学,2018.
[16]. 毕蕴彧,汤培勇,李冬,等.衣物干燥机的浅析[J].日用电器,2024,(04):73-77.
[17]. 张煊.基于用户体验的智能衣柜产品设计研究[D].江南大学,2023.
[18]. 王淼.基于STM32的智能家居联动控制设计[D].临沂大学,2024.
[19]. 郭晶晶.基于TRIZ理论的智能家电产品创新设计研究及应用[D].南京航空航天大学,2022.
[20]. Tao B ,Zhang J ,Hu X , et al.Design of Intelligent Clothes Hanger System Based on Rainfall Data Analysis[C]//西安交通大学,北京邮电大学,英国龙比亚大学,河池学院,衡阳师范学院.Proceedings of the 10th International Conference on Computer Engineering and Networks(CENet2020).Maanshan Engineering Technology Research Center for Wireless Sensor Network and IntelliSense;Wanjiang Institute of Technology;,2020:11.
[21]. Efenji I G ,Zhimwang T J ,Gwani M M , et al.Design and Construction of a Smart-home Automation System (SHAS) using Nodemcu and Google Assistant[J].Asian Journal of Research and Reviews in Physics,2021,1-10.
[22]. 潘御图.面向单身公寓租住人群的智能晾衣机设计研究[D].华南理工大学,2022.
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[25]. Udit M ,Ankit G ,Gaurav K , et al.PLC-based home automation system for maintaining efficient task scheduling and security[J].Journal of Physics: Conference Series,2023,2570(1):
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