一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能衣柜設(shè)計(jì)

李俊嬌，李孜琪，仇君豪

（南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京，211135）

0 引言

隨著人們生活水平的提高以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，年復(fù)一年的購(gòu)買(mǎi)衣物，加上整理不及時(shí)，使得衣服堆積如山的擺放在衣柜中，查找、搭配都十分不便，傳統(tǒng)的衣柜已經(jīng)不能滿足人們的生活需求，因此本文提出一種基于互聯(lián)網(wǎng)的智能衣柜，提出利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)推送天氣預(yù)報(bào)以及著裝建議，并采用手機(jī)APP通過(guò)藍(lán)牙與衣柜智能面板以及壓力傳感器相連接，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與衣物存取相結(jié)合，同時(shí)利用溫濕度傳感器檢測(cè)衣柜環(huán)境、排風(fēng)除濕系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，防止衣物出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生活智能化。

1 智能衣柜設(shè)計(jì)

■1.1 智能衣柜整體構(gòu)架設(shè)

智能衣柜的設(shè)計(jì)除了滿足衣物的存放外，還需要具備安全、美觀、方便的特點(diǎn)，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，本文的智能衣柜初衷是為了解決存取衣物混亂的問(wèn)題，此外，添加了能夠?qū)崿F(xiàn)顯示衣物存放位置、溫濕度、通風(fēng)除濕等功能。衣柜整體外觀如圖1所示。

圖1 智能衣柜外觀

■1.2 智能衣柜控制設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由智能控制模塊、位置檢測(cè)模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、通風(fēng)除濕模塊、藍(lán)牙模塊、位置提示模塊和手機(jī)APP幾部分構(gòu)成。衣柜整體劃分為短衣、長(zhǎng)衣、小物品等多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域配有溫濕度傳感器、除濕模塊、位置檢測(cè)模塊等。手機(jī)APP可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的溫度顯示以及著裝提示，通過(guò)智能衣柜與手機(jī)APP連接后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衣物自動(dòng)指定區(qū)域分類(lèi)放置、檢測(cè)衣物有無(wú)放置到指定區(qū)域、取出時(shí)通過(guò)點(diǎn)擊手機(jī)APP上對(duì)應(yīng)衣物，自動(dòng)指示衣物掛放位置、同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)衣柜的溫濕度檢測(cè)以及衣柜除濕保護(hù)等功能。

■1.3 衣柜智能化設(shè)計(jì)

衣柜內(nèi)部含有兩個(gè)短款衣物空間、一個(gè)長(zhǎng)款衣物空間以及一個(gè)電路空間。每個(gè)衣物存放空間內(nèi)有溫濕度傳感器、通風(fēng)除濕電路，位置檢測(cè)電路、提示模塊等。衣柜內(nèi)部如圖2所示。衣柜與電路空間連接處上方放置溫度傳感器，中間放置濕度傳感器，起到檢測(cè)衣柜內(nèi)部溫濕度的作用。智能衣柜儲(chǔ)藏空間下方設(shè)有陶瓷PTC加熱器，背面設(shè)有排風(fēng)機(jī)，起到排風(fēng)除濕的作用。衣柜儲(chǔ)物空間上方把傳統(tǒng)的掛桿改為掛環(huán)，通過(guò)在掛環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)置壓力傳感器，起到對(duì)衣物存放的位置檢測(cè)。同時(shí)在掛環(huán)上方設(shè)置LED燈，起到掛放位置提示的作用。衣柜掛環(huán)如圖2所示。

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

■2.1 主控模塊

主控模塊采用的是STM32F103RCT6芯片，它是是基于ARM微處理器32位內(nèi)核處理器，具有2.0～3.6V的電源供電，上電/斷電復(fù)位、可編程電壓檢測(cè)器。同時(shí)，芯片連接壓力傳感器、溫濕度傳感器、藍(lán)牙、陶瓷PTC以及排風(fēng)扇等器件，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部可設(shè)置溫濕度檢測(cè)數(shù)據(jù)的上限值，通過(guò)溫濕度傳感器實(shí)施檢測(cè)衣柜內(nèi)數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)上限時(shí)，啟動(dòng)排風(fēng)加熱裝置進(jìn)行除濕和排風(fēng)，當(dāng)數(shù)據(jù)為安全范圍，停止排風(fēng)加熱以及通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)衣物掛放，LED燈提示衣物存取位置等功能。具體系統(tǒng)硬件設(shè)置如圖3所示。

圖3 智能衣柜整體構(gòu)架

■2.2 位置檢測(cè)

為了準(zhǔn)確的顯示衣物入庫(kù)的位置或者取衣物時(shí)提示衣物所在的位置，在每個(gè)衣物存放區(qū)域衣架掛放的位置，統(tǒng)一用掛環(huán)代替掛桿，每個(gè)掛環(huán)上方分別用一個(gè)綠色LED燈和一個(gè)紅色LED燈表示入庫(kù)指示和出庫(kù)指示，掛環(huán)與衣架接觸的地方，加入壓力傳感器，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)是否衣物放置到指定位置或者是否從指定位置取出。

圖4 衣柜位置檢測(cè)

■2.3 溫濕度檢測(cè)模塊

為了較好的檢測(cè)衣柜內(nèi)的溫濕度，經(jīng)測(cè)量選擇將溫度傳感器放置在衣柜側(cè)上方位置，使其能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量衣柜內(nèi)部的溫濕度數(shù)值。

在GB/T18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：夏季溫濕度為23～27℃，45%～80%；冬季溫濕度為15～25℃，35%～65%，而一件濕衣物的濕度最大可以達(dá)到99%。溫濕度復(fù)合傳感器AM2302的測(cè)量精度高，輸出信號(hào)為已校準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)，其溫濕度檢測(cè)范圍分別為-40～80℃，0%～99.9%，可以滿足系統(tǒng)要求[1]。

■2.4 通風(fēng)除濕模塊

在南方陰雨天氣，由于在一定溫度及壓力條件下，單位體積待測(cè)氣體中含水蒸氣的質(zhì)量較高，從而使得空氣中濕度較大，衣柜中的衣物潮濕易發(fā)霉，因此本設(shè)計(jì)要在衣柜中加裝排風(fēng)除濕模塊。陶瓷PTC由于高效發(fā)熱、動(dòng)態(tài)升溫、表面絕緣、使用壽命長(zhǎng)、可持續(xù)工作等特點(diǎn)廣泛的被運(yùn)用于工業(yè)和日常生活。智能衣柜采用帶風(fēng)扇的陶瓷半導(dǎo)體PTC發(fā)熱元件放置在衣柜后方中部，表面絕緣、高效、均勻、防凝露，同時(shí)衣柜底部采用格柵排氣扇。同時(shí)，內(nèi)部有限溫器和過(guò)熱保護(hù)裝置，可以準(zhǔn)確判斷意外情況或設(shè)備故障，做出保護(hù)措施。

■2.5 電源電路

衣柜的電源電路主要給STM32、傳感器、排氣扇、陶瓷PTC供電，因此，電源部分分為兩部分：（1）220V交流電壓通過(guò)降壓、整流、濾波，穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為12V直流電壓對(duì)衣柜控制端的通風(fēng)除濕模塊電路供電。（2）再將穩(wěn)壓轉(zhuǎn)化成3.3V的直流電壓對(duì)衣柜的STM32控制模塊以及傳感器，藍(lán)牙模塊等供電。

■2.6 藍(lán)牙電路

信號(hào)傳輸?shù)乃{(lán)牙電路選擇JDY-08透?jìng)髂K，它是基于藍(lán)牙4.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，工作的頻段為2.4GHz，有效通信距離15～30米，可以通過(guò)APP透?jìng)鳎òˋndroid、IOS數(shù)據(jù)透?jìng)鳎?可以進(jìn)行例如溫度、濕度等眾多傳感器數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，以及支持用手機(jī)控制繼電器或LED亮滅，工作電壓為3.3～6V之間。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

■3.1 手機(jī)APP設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，手機(jī)APP會(huì)自動(dòng)進(jìn)行藍(lán)牙連接（第一次使用需要配對(duì)），藍(lán)牙連接完成會(huì)通過(guò)手機(jī)APP聯(lián)網(wǎng)（wifi或4G網(wǎng)絡(luò)）顯示天氣情況以及著裝推薦，同時(shí)接收并顯示衣柜內(nèi)的溫濕度以及衣柜衣物掛放情況，如圖5所示。

圖5 手機(jī)APP連接流程

■3.2 系統(tǒng)主流程設(shè)計(jì)

衣柜使用后，手機(jī)app通過(guò)藍(lán)牙與衣柜相連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，手機(jī)APP上顯示實(shí)時(shí)的衣柜內(nèi)溫濕度，同時(shí)通過(guò)在STM32芯片上設(shè)置的溫濕度進(jìn)行數(shù)值比較，當(dāng)超過(guò)閾值時(shí)，首先打開(kāi)加熱器，工作一定時(shí)間后排風(fēng)扇打開(kāi)，當(dāng)溫濕度檢測(cè)的值在閾值范圍內(nèi)，關(guān)閉加熱器后再關(guān)閉排風(fēng)扇，具體流程如圖6所示。

圖6 衣柜溫濕度檢測(cè)及控制流程

入庫(kù)時(shí)，使用者對(duì)衣物進(jìn)行拍照，通過(guò)手機(jī)APP點(diǎn)擊衣物分類(lèi)，在對(duì)應(yīng)的分類(lèi)下點(diǎn)擊增加按鈕、拍攝照片、上傳照片，點(diǎn)擊入庫(kù)后，衣物分類(lèi)對(duì)應(yīng)的衣柜提示燈閃爍，使用者打開(kāi)柜門(mén)后，衣柜內(nèi)對(duì)應(yīng)分配的存放掛環(huán)上方綠色提示燈閃爍，掛好衣服后，通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)確定入庫(kù)完成，如圖7所示。

出庫(kù)時(shí)，使用者可以根據(jù)推薦或自己喜好通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)入衣柜界面，在衣柜界面中根據(jù)衣物分類(lèi)，選擇是上衣、褲子、還是連衣裙等，選擇后進(jìn)入二級(jí)界面，在二級(jí)界面中可以看到入庫(kù)的衣物照片，使用者選擇后點(diǎn)擊衣物出庫(kù)，在衣柜中對(duì)應(yīng)的柜門(mén)指示燈閃爍提示存放的衣柜，打開(kāi)衣柜后衣物放置的掛環(huán)上方紅色指示燈提示衣物掛放位置，使用者取下衣服后，出庫(kù)完成，具體如圖8所示。

4 總結(jié)

本文是以STM32芯片為核心，設(shè)計(jì)了一款以“互聯(lián)網(wǎng)+”為基礎(chǔ)的智能衣柜，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)天氣及著裝建議推送，衣柜溫濕度監(jiān)測(cè)、加熱排風(fēng)、衣物掛放位置提示等功能，既符合人們對(duì)智能家居的要求，又滿足了日常生活所需。

圖7 衣物入庫(kù)流程

圖8 衣物出庫(kù)流程