智能衣柜控制系统设计

智能衣柜控制系统设计

◆ 张小玲 康铁鑫 张宽宏 姚文宇

摘要：随着社会经济水平的发展，人性化、智能化的智能家具，它优化了人们的生活方式和居住环境，提高了工作效率。论文将蓝牙技术和嵌入式技术相结合，设计了基于物联网的智能衣柜控制系统，实现了一种全新的智能化衣物存储与管理。

关键词：智能衣柜；步进电机；蓝牙；温湿度传感器

一、前言

智能衣柜属于智能家具的一部分，目前家居市场已经开始重视对智能化控制技术的应用，传统家具的生产模式和功能已经不能满足智能化时代的需求，家具智能化是家居行业发展的必然要求[1]。智能衣柜相比传统衣柜具有更强大的功能和“意识”，给人们生活带来便利，提高了生活品质[2]。本文是以蓝牙技术和嵌入式技术相结合，实现一种应用方便无线控制的智能衣柜，以目前人们普遍使用的手机为依托设计智能系统，将无线物联网应用到智能家居中，使智能家居具备无线的特色，使智能家居成为独立形态。整个系统使用舒适和低功耗的设计，这种设计在节能型家庭中具有广阔的应用前景。

二、系统方案设计

本次设计采用STM32F103RCT6作为系统主控制器，主要用来接收和处理环境温湿度信号和蓝牙通讯信号。如图1所示，将DHT11温湿度传感器将采集到的温湿度信号转化成数字信号传输给STM32单片机，然后通过STM32对数据进行处理，将数字化的温湿度信号转化成对应的温湿度值，最后将得出的信息通过OLED液晶显示。固态继电器连接湿度调节仪器的开关，当传感器检测到湿度超出上下限值，则主控制器向固态继电器发出信号，由继电器控制外接湿度调节仪器的开关通断，以此来控制衣柜内环境湿度的变化。

图 1 系统总体设计图

电机部分的控制如图1 B部分所示，智能手机发送的AT指令通过蓝牙串口发送给单片机系统HC-06蓝牙接收模块，HC-06蓝牙接收指令后将信号传送给单片机进行处理，STM32单片机接收到指定信息后向lv8731电机驱动发送控制信号，由lv8731驱动控制步进电机转动，电机再带动衣柜内机械轴旋转。

三、硬件电路设计

中央处理单元采用嵌入式微控制器的集成电路STM32F103RCT6作为主控制器，是整个控制系统的核心，主要完成对各个外接设备数据采集和处理。

（一）电机驱动模块电路设计

电机驱动采用LV8731驱动芯片，驱动步进电机旋转，其电路图如图2 所示。步进电机与驱动器是相互影响相互制约的两个元件[3]。步进电机可以将电脉冲信号转变成角位移量或线位移量。控制方式有脉冲或并行方式，本设计用脉冲方式。

C2U2+12V1VG44VMOUT1A43C42GNDC104C102123CP2OUT1APGND41GNDR2VRP1NC400.68R104R10445R_AT2_AT167ATI2EG539DJ-RATI1VMNC38+12VR40.68RC1489EM37R8GND1COVM1RF1360.68R23354GNDC163.3nF3.3nF1011EMEM12CMRF11345MHCPOUT1BOUT1B336RROINOUT2A32R_S_FTEP13R1415SS31R100.68RHeader616FTEPTOUT2ARF23017MR29+12VR120.68RGND18MD2VMRF22819DMD1VM2227R16GNDR140.68R+3.3V20OENC264.7K21S2522VRTPGNDNC24GNDGNDEFOUT2BOUT2B23R6CLV8731V10K0.1uF18GND图2 LV8731驱动电路图

（二）传感器电路设计

传感器采用DHT11温湿度传感器，用来检测衣柜内环境温湿度[4]。传感器将采集到的数据发送到主芯片STM32单片机进行处理，然后通过人机接口电路OLED显示，DHT11传感器接口电路如图3所示。

图3传感器模块电路

DHT11传感器主要参数如下：

测量范围：20%～90% RH，0 ℃～50℃ ；测湿精度：±5％RH，测温精度：±2℃；测量分辨率：8bit（温度），8bit（湿度）；平均最大电流：0.5mA。

DHT11的数据格式为二进制，数据格式分小数部分和整数

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部分，数据格式为:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

（三）蓝牙模块电路设计

蓝牙模块电路连接图如图4所示，蓝牙串口模块就是使用单片机的TX，RX与蓝牙模块通信，单片机通过TX发送数据给蓝牙模块，然后蓝牙模块再通过蓝牙协议把数据发送出去。本文选用HC-06蓝牙模块，支持SPP蓝牙串口协议，通过UART和单片机进行通信[5]。这里面要注意的是HC-06的UART-RXD引脚是不带用上拉能力的，但是这次选用的STM32的TXD引脚有上拉电阻，如果用的单片机没的话，需要在UART-RXD引脚连接上拉电阻。

图4 蓝牙模块电路

四、系统监控软件设计

本次设计使用C语言程序设计，并运用了模块化思想进行编程。软件设计主要由主程序设计、电机驱动程序设计、数据采集程序设计、OLED显示模块程序设计、蓝牙模块程序设计几部分组成。

（一）主程序设计

主程序流程图如图5所示。主程序是一个程序的主体，将各个子程序联系起来。本次设计的主程序主要采用模块化的设计，模块的初始化包括：I/O口的初始化、电机驱动初始化、蓝牙初始化、DHT11初始化、OLED初始化。

首先对各个模块进行初始化，然后判断蓝牙是否接收到指令，若接收到指令，则执行电机驱动程序，完成后运行传感器采集数据程序，然后执行显示程序，若未接收到数据，则只执行数据采集和显示程序。

图 5 主程序流程图

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（二）电机驱动程序设计

电机驱动采用lV8731电机驱动程序框图如图6所示。电机驱动程序初始化后，通过串口接收指令，当接收到l指令时，驱动控制电机带动机械旋转1/4圈，当接收到b指令时，驱动控制电机带动机械旋转1/2圈，当接收到r指令时，驱动控制电机带动机械旋转3/4圈，当接收到f指令时，驱动控制电机带动机械旋转1圈。

图6 电机驱动程序框图

（三）数据采集程序设计

设计采用DHT11温湿度传感器来采集衣柜内环境温湿度，编程思路是根据传感器单总线通信，首先单片机通过I/O口向传感器发送启动信号，然后传感器控制数据线向单片机发送检测数据，接着单片机不断的检查I/O口的高低电平，掌握时序时间从而接收准确的传输数据，DHT11采集流程图如图7所示。

图7 DHT11采集流程图

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五、结语

本次设计的智能衣柜，在智能控制方面，采用了STM32F103RCT6芯片作为系统控制的核心，采用蓝牙串口技术实现了远程控制功能，还应用了温湿度传感器，OLED设备，实现了对环境温湿度的动态监测，可自动控制调节衣柜内环境温湿度。实现了整个系统多功能化，创新化的目标，运行稳定，可应用于家庭、洗衣店、服装店等多种场合。H参考文献

[1]吴智慧,张雪颖,徐伟,詹先旭,方露,杨勇.智能家具的研究现状与发展趋势[J].林产工业,2017,44(05):5-8+13.

[2]陈金华、孙雪蕾、尹悦悦.基于单片机的智能衣柜控制系统设计[J].时代农机，2017,44(10):103-104.

[3]廖平,韩伟伟.基于STM32多步进电机驱动控制系统设计[J].仪表技术与传感器,2016(04):71-73+77.

[4]倪天龙.单总线传感器DHT11在温湿度测控中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用,2010(06):60-62.

[5]章腾辉.基于MSP430与HC06的低功耗无线温湿度检测系统[J].工业控制计算机,2017,30(08):143-144+147.

（作者单位：沈阳化工大学创新创业学院）

（上接第118页）

通电后，程序控制发送超声波，若没有回波或者无障碍物，超声波接收超时。若有回波则读取时间差，计算出距离，然后通过将信号发送给机体执行相应规避动作。蓝牙模块单片机最小系统接收到信号后控制主机的舵机控制板，从而控制机身的运动。同时也可以实现远程监控和水质监测功能。

参考文献

[1]路锦正, 王建勤, 杨绍国. 超声波测距仪的设计[J]. 传感器与微系统, 2002, 21(8):29-31.

[2]谢莹, 卢凌瀚, 尹强. 导盲无人机的研发及应用——国家级大学生创新创业训练计划项目[J]. 电子世界, 2017(5):127-128.

[3]程棁, 代江鹏, 唐冲英. 基于单片机的TDS检测系统[J]. 电子技术与软件工程, 2017(20):254-256.

[4]宋天麟, 黄烈岩. 仿生机器鱼系统设计研究[J]. 机械制造与自动化, 2005, 34(5):82-83.

[5]李长阳. 超声波测距系统的电路设计[J].科学技术创新, 2010(33):77-77.

四、实验结果

我们利用不同深度的水质进行测试[4-5]。机体耐压深度测试结果表明本设计能够在水下五米信号范围内正常工作，各模块经测试运行正常。

经过设计、调试和实验检测，该仿生机器鱼在1-5米深度内正常工作，能够根据信息主动做出相应规避动作，并实现实时监测水质功能。H（基金项目:国家级大学生创新创业训练计划项目编号：201713220021）

（作者单位：沈阳城市学院 ）

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