基于PLC、單片機以及手機APP的一體化智能鞋柜

江遠(yuǎn)彬　李奇峰　陳淇瑋　許展鴻　李嘉杰

[摘? ? ? ? ? ?要]? 通過物聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)，設(shè)計出一款基于PLC、單片機以及手機APP的智能鞋柜。以STM32F429為核心器件，將傳感器與單片機結(jié)合，把鞋的參數(shù)傳送給觸摸屏和手機APP，通過觸摸屏和手機APP發(fā)送指令，PLC接收指令且驅(qū)動導(dǎo)軌空間移動，實現(xiàn)存鞋和取鞋，同時具有識別、消毒、烘干等功能。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? PLC;單片機;手機APP;智能鞋柜

[中圖分類號]? TB381? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）22-0198-02

鞋子的臟亂問題一直困擾著人們的日常生活。因此，設(shè)計一款自動化的智能鞋柜具有重大的意義。采用單片機結(jié)合傳感器采集鞋子的實時數(shù)據(jù)，通過手機APP和觸摸屏顯示，并實現(xiàn)自動控制，不但輕松解決了人們的煩惱，還整潔了家居的衛(wèi)生環(huán)境。

一、智能鞋柜硬件設(shè)計

（一）智能鞋柜的總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)是以STM32F429為核心，通過Arduino單片機與傳感器結(jié)合，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，觸摸屏和手機APP顯示數(shù)據(jù)，PLC驅(qū)動導(dǎo)軌空間運動，總體設(shè)計框圖如圖1所示。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計選用輕質(zhì)松木，便于鉆孔和角鐵固定。內(nèi)空間分為三層四列，且工作區(qū)間和四個存儲區(qū)間旁邊的區(qū)間用于存放電機，通過電機的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行存鞋和取鞋。

二、智能鞋柜軟件設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)采集模塊

本設(shè)計采用Arduino單片機與傳感器的結(jié)合，通過編程設(shè)計對鞋的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時測量。

1.鞋碼的測量

將超聲波傳感器固定在工作區(qū)間的內(nèi)側(cè)，測量從運送區(qū)間傳送到工作區(qū)間的鞋的距離，用工作區(qū)間的總長度減去距離，可以得出鞋的長度，比對尺碼表就可以得到相應(yīng)的鞋碼。

2.顏色的識別

顏色傳感器通電后，會點亮器件上的4個LED，通過光的反射，傳感器內(nèi)置濾波器依次過濾三個不同原色后，振蕩器通過OUT引腳輸出信號頻率，便可得到RGB值，根據(jù)三原色原理，就可以得到鞋的顏色。

3.溫濕度的測量

溫濕度數(shù)字傳感器由電阻式感濕元件和NTC測溫元件組成，近距離測量，數(shù)值準(zhǔn)確，且濕度誤差為±5%RH，溫度誤差為±2℃，可用于鞋的實時測量。

得到上述實時數(shù)據(jù)后，將Arduino單片機與STM32F429進(jìn)行串口通訊，把數(shù)據(jù)傳輸給STM32F429。

（二）數(shù)據(jù)顯示模塊

本設(shè)計數(shù)據(jù)的顯示采用兩個終端，分別為觸摸屏和手機APP。

1.觸摸屏的設(shè)計

本系統(tǒng)的觸摸屏控制系統(tǒng)是使用以KEIL開發(fā)軟件，搭配嵌入式處理圖形庫的變換問題而開發(fā)的界面設(shè)計軟件STEMWIN，構(gòu)建的觸摸屏桌面僅以兩個簡潔的按鈕作為主控界面，分別為存鞋與取鞋。當(dāng)用戶選擇存鞋時會出現(xiàn)一個四按鈕的子窗口供給用戶選擇保養(yǎng)鞋的不同功能或者僅執(zhí)行存鞋的操作，當(dāng)用戶選擇取鞋時會出現(xiàn)一個以列表框為主要控件的子窗口，上面顯示的是以多種識別傳感器反饋的所存的鞋的各種數(shù)據(jù)信息顯示在列表框內(nèi)供用戶選擇，屏幕示意圖如圖2所示。

2.手機APP的設(shè)計

本系統(tǒng)的移動端控制系統(tǒng)是使用物聯(lián)網(wǎng)的云開發(fā)平臺所構(gòu)建的APP框架下使用以JAVA為開發(fā)語言的android studio軟件進(jìn)行開發(fā)修改的。使用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺開發(fā)的好處在于可以使用平臺已有的服務(wù)器使整個鞋柜系統(tǒng)的移動端控制不僅限于短距離的局域網(wǎng)控制，只要在有網(wǎng)的情況下都可以對系統(tǒng)進(jìn)行控制和實時的監(jiān)控。系統(tǒng)連電后，用戶需要長按鞋柜上的配網(wǎng)按鈕，使芯片進(jìn)入配網(wǎng)模式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，建立通信后系統(tǒng)會自行掃描等待用戶的操作指令。

（三）空間運送模塊

本設(shè)計采用兩根導(dǎo)軌，分為橫軌和豎軌，十字連接，并將運送區(qū)間固定在豎軌的滑片上，在空間內(nèi)進(jìn)行上下左右移動，把鞋送到相應(yīng)的存儲區(qū)間。PLC連接導(dǎo)軌，通過限位開關(guān)控制導(dǎo)軌的定位，利用一個中間繼電器模組作為一個在內(nèi)部的機械按鈕，聯(lián)通PLC與STM32F429芯片。當(dāng)用戶通過控制端對系統(tǒng)下達(dá)了存鞋的指令時，系統(tǒng)通過本身內(nèi)部的傳感器反饋的信息，在預(yù)先完成的程序中進(jìn)行自動分析，得出沒有存鞋的空余的儲存空間，核心控制模塊通過中間繼電器給PLC

下達(dá)了指令，軌道通過各空間的限位開關(guān)精確地定位至核心控制模塊所指定的空間，到達(dá)指定存儲空間時系統(tǒng)會通過程序預(yù)先設(shè)定自發(fā)地啟動運送空間以及存儲空間內(nèi)的傳送帶模塊將鞋傳送至存儲空間內(nèi)，而后判斷鞋已存儲完成后，導(dǎo)軌將運送空間自動地返回出口處等待用戶下次指令的來臨。

首先設(shè)計存鞋、取鞋按鍵作為狀態(tài)繼電器的S狀態(tài)步的轉(zhuǎn)移條件;再通過互鎖設(shè)計存鞋時儲存空間的優(yōu)先級，最后設(shè)計導(dǎo)軌的動作過程。主要用到的軟元件有輸入/輸出繼電器、失電保持型狀態(tài)繼電器、輔助繼電器和定時器。用到的功能指令只有DPLSR指令，作用是使PLC脈沖信號。PLC產(chǎn)生的脈沖在100ms內(nèi)分10級加速或減速達(dá)到最高頻率3000Hz，導(dǎo)軌控制流程圖如圖3所示。

三、結(jié)語

由觸摸屏通信核心控制系統(tǒng)實行用戶的現(xiàn)場控制，通過家庭的無線網(wǎng)絡(luò)將智能鞋柜的控制系統(tǒng)與移動端控制設(shè)備進(jìn)行連接，給控制芯片發(fā)送用戶的控制指令以及接受控制模塊的反饋信號，實現(xiàn)對系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)控制。外部多個傳感器的反饋數(shù)據(jù)實現(xiàn)對鞋的實時狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并與保養(yǎng)模塊通過預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行有機的運行，實現(xiàn)用戶對鞋的日常清理需求。智能鞋柜的多種功能能很好地豐富智能生活的方式以及滿足用戶對智能家居的更高要求。

未來的生活水平將會不斷提高，人們對日常的基本穿戴要求也會日益提高，未來的智能鞋柜體系應(yīng)當(dāng)往更進(jìn)一步發(fā)展，結(jié)合未來的5G時代提供更多更方便的用戶保養(yǎng)和管理監(jiān)控鞋的功能。

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◎編輯 馮永霞