基于單片機(jī)的智能衣柜設(shè)計(jì)

摘 要：針對傳統(tǒng)衣柜容易出現(xiàn)受潮發(fā)霉、滋生細(xì)菌等現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一款以STM32單片機(jī)為核心的智能衣柜。主要模塊有單片機(jī)、照明模塊、藍(lán)牙模塊、濕度傳感器、除濕模塊、消毒模塊、顯示器等。系統(tǒng)根據(jù)柜內(nèi)濕度將數(shù)據(jù)顯示在OLED顯示屏上。當(dāng)衣柜內(nèi)部濕度達(dá)到上限值，則衣柜自動打開除濕功能。通過按鍵控制消毒功能的開關(guān)，在打開柜門時自動關(guān)閉消毒功能，且自動打開照明燈。通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)連接，通過APP實(shí)時查看柜內(nèi)狀況，并且可以對衣柜的濕度上限進(jìn)行設(shè)置，也可以控制消毒功能開關(guān)。結(jié)果表明智能衣柜具有輔佐人們管理衣物的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能衣柜；除濕殺菌；藍(lán)牙傳輸；STM32單片機(jī)

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2024）17-0019-05

0 引 言

當(dāng)今信息化技術(shù)快速發(fā)展，我們生活中所使用的家具已經(jīng)越來越完善，也更加智能化、現(xiàn)代化，這讓人們的生活越來越快捷、方便、舒適。這種理論與方法的引入與應(yīng)用，使高科技產(chǎn)品更加貼近和滲透到人們的生活與事業(yè)之中?！爸悄芑焙腿藗円酝臄?shù)字、無線等技術(shù)有所不同，它可以使人們的智能衣柜具備越來越強(qiáng)的能力，極大地增強(qiáng)了人們的生活品質(zhì)。

智能衣柜是智能家居行業(yè)的一種產(chǎn)品，在功能定位方面，智能衣柜是一種創(chuàng)新性、實(shí)踐性強(qiáng)的產(chǎn)品?，F(xiàn)在市面上，要想找出一款合適的智能衣柜，還是一件比較困難的事情。所以，智能衣柜的新穎設(shè)計(jì)，一定會引起很多人的注意，一定會創(chuàng)造出一個龐大的市場。

根據(jù)市場調(diào)查的數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)衣柜中，衣物經(jīng)常會受潮發(fā)霉，這些都會對人們的身體健康造成威脅，而要想解決這類隱患，就必須要用人工的方式。智能衣柜是根據(jù)市場需求而開發(fā)的，它的目標(biāo)是可以代替人們?nèi)ス芾硪鹿裰械囊挛?。所以，對智能衣柜系統(tǒng)的照明、除濕消毒、向手機(jī)發(fā)送衣柜數(shù)據(jù)等功能進(jìn)行了研究[1]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能衣柜控制系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)作為主控制器。進(jìn)入工作狀態(tài)后，通過OLED12864顯示屏實(shí)時顯示出衣柜內(nèi)部的濕度情況，并把所得到的數(shù)據(jù)傳輸給手機(jī)。當(dāng)衣柜內(nèi)部濕度超過標(biāo)準(zhǔn)值時，就會自動開啟除濕功能。通過按鍵控制消毒模塊的打開和關(guān)閉。系統(tǒng)在程序運(yùn)行過程中通過藍(lán)牙模塊，以實(shí)現(xiàn)用戶通過APP對智能衣柜的控制，設(shè)置濕度的上限參數(shù)，并且用戶可以通過APP對消毒模塊進(jìn)行開關(guān)控制[2]。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2 智能衣柜系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

智能衣柜系統(tǒng)主要包括主控模塊、按鍵模塊、濕度傳感器模塊、藍(lán)牙模塊、OLED12864顯示模塊、照明模塊等組成。其中主控模塊承擔(dān)著對整個系統(tǒng)工作的控制任務(wù)，通過STM32F103C8T6單片機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行。利用DHT11的高精準(zhǔn)度和可靠的設(shè)計(jì)，可以自動檢測衣柜內(nèi)部環(huán)境的濕度值，設(shè)置濕度的上限值，從而實(shí)現(xiàn)超出上限值時自動打開除濕功能。通過連接到OLED12864顯示器，我們就能夠?qū)⒔?jīng)過單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)實(shí)時呈現(xiàn)出來。系統(tǒng)通過藍(lán)牙模塊與手機(jī)端進(jìn)行無線傳輸，通過手機(jī)可對系統(tǒng)進(jìn)行控制。圖2為硬件電路圖。

3 系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在上電后，首先進(jìn)行初始化，然后掃描按鍵，如果按下按鍵K1則進(jìn)入按鍵子程序，如果按鍵K4按下則進(jìn)入消毒子程序，如果濕度超限則執(zhí)行除濕子程序，將數(shù)據(jù)傳輸給顯示模塊，顯示在OLED顯示屏上，如果通過藍(lán)牙連接手機(jī)則執(zhí)行藍(lán)牙模塊子程[3]。據(jù)此分析得到的系統(tǒng)總體工作流程如圖3所示。

3.1 除濕模塊程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在上電后，首先初始化濕度傳感器，然后采集當(dāng)前衣柜內(nèi)部環(huán)境的濕度信息，將環(huán)境濕度情況在顯示屏上顯示，如果檢測到的濕度超過設(shè)置的上限值，則除濕模塊開啟，反之程序結(jié)束運(yùn)行[4]。據(jù)此分析得到的除濕模塊工作流7fJIeNZktFoJG6iwAzP1hHE6+JXmfYlNzwyqZS9BZU0=程如圖4所示。

3.2 消毒模塊程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在上電后，首先初始化按鍵模塊，然后讀取按鍵模塊信息，當(dāng)檢測到柜門打開則照明模塊開啟，當(dāng)檢測到柜門關(guān)閉則照明模塊關(guān)閉，柜門關(guān)閉時按下K4按鍵，則消毒模塊開啟，再次按下K4按鍵結(jié)束消毒程序[5]。據(jù)此分析得到的消毒模塊工作流程如圖5所示。

4 實(shí)驗(yàn)智能衣柜運(yùn)行測試

4.1 軟件在線調(diào)試

使用Keil4軟件編寫了主程序以及各個模塊功能的子程序。完成后進(jìn)行編譯，根據(jù)編譯結(jié)果中提示的錯誤進(jìn)行修改，直到?jīng)]有警告和錯誤。然后利用“ST-Link”將程序下載到單片機(jī)。程序測試如圖6所示[6]。

4.2 功能測試

智能衣柜系統(tǒng)在通電之后，可以有四種運(yùn)行狀態(tài)，分別是：正常運(yùn)行狀態(tài)、手動消毒狀態(tài)、保護(hù)功能狀態(tài)、藍(lán)牙控制狀態(tài)[7]具體內(nèi)容如下：

1）正常運(yùn)行。系統(tǒng)上電后，會自動進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。此時OLED顯示屏顯示內(nèi)容如圖7所示。

在正常工作條件下，可實(shí)現(xiàn)自動除濕功能。當(dāng)濕度高于設(shè)定上限值的時候，單片機(jī)下達(dá)指令，控制繼電器閉合，使除濕模塊開啟，如圖8所示，紅色燈模擬熱風(fēng)向里吹，同時綠色燈模擬向外排氣，當(dāng)濕度小于設(shè)定上限值的時候，除濕模塊關(guān)閉[8]。

2）手動消毒。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，按動K4按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入手動消毒狀態(tài)，如圖9所示，綠色燈模擬消毒模塊的打開。在手動消毒狀態(tài)下，再次按動按鍵K4，則系統(tǒng)返回到正常運(yùn)行狀態(tài)[8]。

3）保護(hù)功能。為防止柜門打開后，紫外線燈對人體造成傷害，設(shè)計(jì)了一個方案，在柜門打開的時候，消毒模塊關(guān)閉，此時按動K4按鍵無效，柜門合上后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。如圖10所示，白色LED燈為照明模塊，綠色LED 燈模擬柜門打開狀態(tài)。

4）藍(lán)牙控制。利用藍(lán)牙模塊，通過APP對衣柜下達(dá)指令，當(dāng)用戶想要設(shè)置濕度上限，只需在軟件中發(fā)送H：n（n為濕度值）加回車鍵，點(diǎn)擊SEND即可下達(dá)指令；當(dāng)用戶想要打開消毒模塊，只需在軟件中發(fā)送ON加回車鍵，點(diǎn)擊SEND即可，如圖11所示；當(dāng)用戶想要關(guān)閉消毒模塊，只需在軟件中發(fā)送OFF加回車鍵，點(diǎn)擊SEND即可[9]。

4.3 智能衣柜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

為了測試智能衣柜系統(tǒng)對測量濕度的準(zhǔn)確程度，利用第三方濕度檢測器，測試系統(tǒng)是否與之測試結(jié)果相同[6]，如圖12、圖13所示。

為了測試智能衣柜系統(tǒng)除濕模塊的穩(wěn)定性，分別用了8種不同的濕度環(huán)境對除濕功能進(jìn)行了測試，經(jīng)過測試得到的除濕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

為了測試智能衣柜系統(tǒng)消毒模塊的安全穩(wěn)定性，分別用了4種操作狀態(tài)對消毒模塊進(jìn)行了測試，經(jīng)過測試得到的消毒模塊測試數(shù)據(jù)如表2所示[5]。

5 結(jié) 論

按照智能衣柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，實(shí)現(xiàn)了智能衣柜系統(tǒng)的制作，并通過實(shí)驗(yàn)證明了智能衣柜各個功能的可行性。首先，初始化智能衣柜參數(shù)設(shè)置，并設(shè)置除濕上限為50 %RH。然后，智能衣柜可以根據(jù)實(shí)時的濕度狀況進(jìn)行判斷，若當(dāng)前濕度值超過50 %RH的上限濕度值，那么智能衣柜將會自動進(jìn)行防潮除濕。之后，通過按鍵模塊來控制殺菌消毒，當(dāng)衣柜門打開時，照明燈自動亮起，殺菌消毒工作自動結(jié)束。最后，通過藍(lán)牙模塊，在手機(jī)APP上實(shí)現(xiàn)對智能衣柜的控制。功能基本穩(wěn)定，整體測試良好，是一款新型的智能衣柜系統(tǒng)。

智能衣柜的研究還有很多不足的方面，功能設(shè)計(jì)可以更加完善，比如可以根據(jù)環(huán)境推薦穿搭等。智能衣柜作為一種智能家居產(chǎn)品，其在未來的發(fā)展前景非常廣闊。智能化程度不斷提高，隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，智能衣柜的智能化程度將會不斷提高，可以實(shí)現(xiàn)更加智能化的衣物管理等功能。智能衣柜可以為用戶提供更加智能化、便捷化、個性化的衣物管理服務(wù)，同時也可以與其他行業(yè)進(jìn)行合作，實(shí)現(xiàn)更加全面的智能化服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 毛毅.智能衣柜的研究與設(shè)計(jì) [D].長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2011.

[2] 于聰聰，葉曉勇.我國定制家具行業(yè)趨勢研究 [J].中國人造板，2023，30（5）：7-10.

[3] 王旭.智能衣柜監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2018.

[4] 朱林峰，楊一帆，梅術(shù)龍.一種智能衣柜的設(shè)計(jì)與研究 [J].輕工科技，2022，38（4）：73-75.

[5] 徐松華.基于阿里云的物聯(lián)網(wǎng)多功能衣柜 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2022，12（15）：52-55.

[6] 宋雨情，周稼輝，楊陳浩，等.基于單片機(jī)STM32的多功能智能衣柜設(shè)計(jì) [J].電工技術(shù)，2022（10）：25-27.

[7] MANSUR A，HIROSHI S，BRAHIM B，et al.Calibration Cost Reduction of Indoor Localization Using Bluetooth Low Energy Beacon [J].jaciii，2022，26（1）：97-106.

[8] 黃藝聰.基于物聯(lián)網(wǎng)的家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].電子制作，2021（17）：62-65.

[9] 徐穎，何家錚，陳馳，等.一種基于stm32f4的吊裝式衣柜控制系統(tǒng) [J].機(jī)械工程與自動化，2020（5）：138-139+142.

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.17.005

作者簡介：張浩（1976—），男，漢族，山東德州人，講師，本科，研究方向：大數(shù)據(jù)、信息工程；韓祥森（1994—），男，漢族，山東淄博人，講師，本科，研究方向：電子與通信技術(shù)、智能控制。

課題項(xiàng)目：橫向課題（HX-2023-103）

Intelligent Wardrobe Design Based on Single-chip Microcomputer

ZHANG Hao， HAN Xiangsen

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou 253034， China）

Abstract： In view of the phenomenon that traditional wardrobe is prone to become damp， go mouldy and breed bacteria， this paper designs an intelligent wardrobe with an STM32 single-chip microcomputer as its core. The main modules are single-chip microcomputer， lighting module， Bluetooth module， humidity sensor， dehumidification module， disinfection module， display device and so on. The system displays the data on the OLED display screen according to the humidity in the wardrobe. When the internal humidity of the wardrobe reaches the upper limit value， the wardrobe automatically opens the dehumidification function. The switch of the disinfection function is controlled by the pushbutton and the disinfection function is automatically closed when the wardrobe door is opened， and the lamp is automatically turned on. The Bluetooth module is connected to the mobile phone， and the status of the wardrobe is checked in real time through the APP， and the humidity upper limit of the wardrobe can be set， and the disinfection function switch can also be controlled. The results show that the intelligent wardrobe has the characteristics of assisting people to manage clothes.

Keywords： intelligent wardrobe; dehumidification and sterilization; Bluetooth transmission; STM32 single-chip microcomputer