桂林電子科技大學信息科技學院 陳永威 秦 昊 鄧 云 竇文淼

小型智能儲物柜

桂林電子科技大學信息科技學院 陳永威 秦 昊 鄧 云 竇文淼

本設計是一款符合現(xiàn)代智能家居理念的智能儲物柜，首先通過精心設計的機械結構實現(xiàn)了對物品的自動分類和存儲，解決了傳統(tǒng)儲物柜暗箱易遺忘的問題，因為采用機械自動操作，不在因為放在高層的物品拿不到而苦惱，從而可以充分利用家中空閑的空間。使用攝像頭對存儲物品進行拍照記錄，令用戶不用再為遺忘而翻箱倒柜。同時設計了可選的保障了用戶的隱私。

搜索；智能家居；儲物柜

0 引言

隨著科技的發(fā)展，尤其是云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴的出現(xiàn)，智能家居的概念頻頻出現(xiàn)在各大媒介上，進入公眾的視線，也是當前創(chuàng)客們最關注的產(chǎn)業(yè)之一。而對于我日常每天都離不開的儲物柜，卻鮮有人問津，在這個一切都追求智能化，自動化，一體化的今天。傳統(tǒng)儲物柜的操作笨拙性，暗箱不可見的易遺忘性和分類模糊的特點顯得格格不入。在社會快速發(fā)展的時代，人們受到來自各方面的壓力也隨之增加，被要求不斷地加快步伐。每天工作忙，生活忙，回到家中還要因為找一件物品而翻箱倒柜或許是每一個人都無法忍受的。所以我們設計的出發(fā)的就是設計一款符合現(xiàn)代智能家居概念的小型智能儲物柜。拋棄人們對傳統(tǒng)儲物柜的認識，將自動存取，溫度調(diào)節(jié)，提升空間利用與手機遠程控制為一體的小型智能儲物柜，不僅僅是儲物柜更是你家居生活的好管家。

1 設計思路

經(jīng)過我們對傳統(tǒng)儲物柜系統(tǒng)的分析總結了傳統(tǒng)儲物柜的以下三個主要缺點：（1）存取件麻煩。（2）柜子空間利用率低。（3）分類模糊，查找不方便。于是我們經(jīng)過多方面的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，解決這類問題的方法其實在一些大型工廠中已有過先例，工業(yè)中的立體倉庫通過利用電子遙控存取物品，不僅節(jié)約了時間而且更加準確無誤，同時可以為存儲的物品提供適宜的存儲條件。而工業(yè)中的立體倉庫動則上百萬的價格注定與平民大眾無緣，于是我們決定參考工業(yè)倉庫的智能和高效，制作一款全新的存取系統(tǒng)。具有結構簡單、方便自動分類、智能存取系統(tǒng)，價格低廉等特點，不僅符合現(xiàn)代智能家居理念，更能成為每一個人家中的得力助手。

2 小型智能儲物柜的硬件設計

2.1 整體架構設計

如圖1所示，柜身的整體采用柜身結構為2040v-slot工業(yè)鋁型材，大小80CM*55CM*65CM在保證了儲物柜整體的強度下最大程度的減輕了質(zhì)量。鋁材間的固定件采用歐標專用角槽連接件，確保了連接處的牢固。活動部件采用線性軸承系統(tǒng)，使精度更好運動更穩(wěn)定。橫向滑動部件復雜，于是采用3D打印，使每一處固定嚴絲合縫。

圖1 整體結構

2.2 驅(qū)動系統(tǒng)設計

硬件款圖如圖二所示，為實現(xiàn)自動存取，保證柜子運動的平穩(wěn)和準確，整個架構采用3個17HD34008-22B混合式步進電機以及減速電機作為傳動動力，通過公式：

角度動作脈沖數(shù)=一圈總脈沖數(shù)*(設定角度/360°)

設定距離脈沖數(shù)=設定距離/[(滾輪直徑*3.14)/一圈總脈沖數(shù)]

計算出電機大概的控制精度可達到0.033912mm，在我們系統(tǒng)中使用完全綽綽有余。

通過公式：功率W／電機速度KM×變速Km＝載重

計算出大概載重為：12kg

目前設計柜子的存放在柜子的前后倆個面上各放置四個柜子，這樣的設計是我們經(jīng)過多個方案的對比最終得出的，這樣的設計能最大限度的利用空間而且符合能最大限度的減少電機運動的距離，既能節(jié)約空間又能節(jié)約能源，在我們的設計中一共可以為用戶安排八個物件的存放，每個柜子的存儲空間為0.00882立方米。

2.3 主控設計

在從成本、功耗、環(huán)境、性能等多方面的考慮我們最終選取了STM32F103“增強型”系列中的ZET6作為主控芯片。STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導體（ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3，增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品，而且我們還選用了大容量FLSH（512K）保證了儲物柜在最忙碌時運行的流暢。工作溫度范圍：-40℃至+85℃，保證了在極端環(huán)境正常運行。所以在本套系統(tǒng)中這款主控是不二的選擇。

2.4 攝像頭

本套系統(tǒng)攝像頭采用的是OV7670圖像傳感器，改款傳感器的特點是體積小，工作電壓低，提供單片VGA攝像和影像處理器的所有功能。而且考慮到攝像頭的工作狀態(tài)是在昏暗環(huán)境中，而OV7670的高靈敏度適合低照度應用，還支持鏡頭的失光補償，ISP還具有消除噪聲和壞點補償功能，這款攝像頭是我們的首選。

2.5 電源與驅(qū)動

考慮到整套系統(tǒng)擁有多個電機和主控芯片的以及傳感器，攝像頭等等的供電正常，以及長時間惡劣環(huán)境和安全等多方面的考慮。我們選用了12V12.5A150W的開關電源。

驅(qū)動采用的是TB6600HG的大功率、高細分兩相混合式步進電機驅(qū)動芯片，有著高耐壓、大電流、多細分、和溫度保護及過流保護等特點，完成符合我們工作的要求。

圖2 硬件框圖

3 小型智能儲物柜的軟件設計

3.1 人機交互設計

小型智能儲物柜自帶一個HMI智能串口屏，給用戶提供存件與件的設置以及儲物柜本身的時間與溫度等的設置。屏幕的界面開發(fā)使用HMI配套的上位機開發(fā)，16位真彩色RGB顯示，還有豐富優(yōu)美的操作界面，使用戶拜托傳統(tǒng)存儲柜單調(diào)和枯燥，提高用戶對家舒適安逸的感受。

3.2 手機APP

智能儲物柜還可以通過藍牙HCO5跟用戶手機進行連接，進行存取與存取環(huán)境的設置，還可以通過APP讀取在線數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)遠程查看當前儲物柜實時存儲情況。

圖3 串口屏界面

圖4 手機APP

4 智能儲物柜存取物品過程介紹

存件過程：先選擇操作界面上的“存件”，系統(tǒng)就會判斷儲物柜是否已經(jīng)裝滿物件，如果已滿則會顯示并退出，如果沒有則繼續(xù)。再將需要存儲的物件放入儲物平臺上，物件會先拍照備份留作取件時的需要，當完成拍照會出現(xiàn)設置存件菜單，通過這個菜單用戶可以設置自動取件的時間（目前只支持到月日分秒），可以設置存件的環(huán)境的溫濕度，也可以設置存件的六位數(shù)的密碼，設置完再點擊自動存件系統(tǒng)就可以自動分配空間完成入柜，當然用戶也可以不選擇設置直接點擊自動存件，則儲物柜會自行安排空間進行存放。

圖5 存件流程

取件過程：首先選擇操作界面上的“取件”，系統(tǒng)就會先進行判斷儲物柜是否為空，如果為空則會顯示并每月存件物品，然后用戶通過事先拍好的照片來選擇取件的物品，如果有密碼則輸入正確的密碼儲物柜就會自動定位物件，將物件精準的移到你的面前。

圖6 取件流程

5 結論

我們的這款小型智能儲物柜擁有如下幾個功能：智能存取，物品存檔，人機交互，手機APP操作等等，真正的實現(xiàn)了存取的自動化，極大的提高人們存取物品的方便，節(jié)約了時間。同時，也極大地節(jié)約了空間。我們相信在未來一個智能的儲物柜將會是一個智能家居的發(fā)展重點，我們也希望我們的設計能對智能家居走近千家萬戶做出一份力量。

[1]韓桂明．單片機原理及應用[M]．浙江大學出版社,2013．

[2]李長?。M電子技術[M]．科學出版社,2010．

[3]鄭雪梅．機械制圖與典型零部件測繪[M]．電子工業(yè)出版社,2016．

[4]劉火良．STM32庫開發(fā)實戰(zhàn)指南[M]．機械工業(yè)出版社,2013．

注：本論文由廣西省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目資助（項目編號：201413644022）。