智能衣柜系統(tǒng)硬件設計概述*

黃照焱 徐柏

廣州大學華軟軟件學院 廣東 廣州 510990

引言

作為“互聯(lián)網(wǎng)＋”人工智能的重要發(fā)展方向，智能產(chǎn)業(yè)已成為全球發(fā)展最快、市場潛力最大的領域之一。在智能家居系統(tǒng)研發(fā)方面，我國的智能家居相對于國外起步較晚，尚未形成一定的國家標準。目前，主要采用國外的一些技術產(chǎn)品，現(xiàn)有的智能衣柜系統(tǒng)功能單一，實用性不強。因此，研發(fā)一款具有功能多樣，實用性強，使用方便的智能衣柜系統(tǒng)能提高人們的生活舒適度，有一定的應用前景。

基于此，本文設計出了一款新型的智能衣柜，該智能衣柜集合自動控制原理和嵌入式技術于一體，做到自動識別控制、環(huán)境實時監(jiān)測、stm32系列芯片相互結(jié)合，組成手動與自動交替使用的智能化產(chǎn)品。

1 智能衣柜系統(tǒng)的框架設計

圖1 智能衣柜系統(tǒng)的框架圖

智能衣柜系統(tǒng)的框架圖如圖1所示，以嵌入式STM32芯片為核心，使用溫度傳感器、濕度傳感器、紅外傳感器和漏電流傳感器等作為檢測模塊；以超聲波模塊、加熱模塊、紫外線模塊、電機驅(qū)動模塊、舵機驅(qū)動模塊等為功能模塊；以顯示交換云平臺數(shù)據(jù)為觀察模塊；以溫度報警、蟲體報警、漏電報警為報警模塊，以達到烘干除濕、防蟲殺菌、功能自啟、實時環(huán)境監(jiān)控和數(shù)據(jù)更新效果[1]。

2 智能衣柜系統(tǒng)的硬件設計

2.1 嵌入式STM32硬件系統(tǒng)

（1）電源模塊的設計

供電電路采用極性電容和無極性電容均為濾波電容，作用是減小輸出電壓紋波并抑制AMS1117產(chǎn)生自激振蕩，其中有極性電容還可以較好地對供電電路起到電壓補償作用，可以把有極性電容比作一個蓄水池，當河流量減小時，蓄水池可以充當臨時補充水源；在電路上來說，使得穩(wěn)壓供電電路具備更好的抗干擾性能。

（2）復位電路的設計

復位采用一個簡單RC串聯(lián)電路實現(xiàn)，時間常數(shù)τ= 1ms。在復位開關沒有被按下的時候，由于電容的蓄電荷作用提供一個高電平信號給NRST引腳，使得芯片不被該引腳所復位。在復位開關被按下的時候，電容被復位開關短路，迅速放電，產(chǎn)生一個低電平信號使芯片復位。實際上RC串聯(lián)電路是一個典型的慣性環(huán)節(jié)，其從過渡態(tài)到穩(wěn)態(tài)的時間為3T。也就是說復位按鍵使得NRST引腳上產(chǎn)生的低電平信號保持時間在3ms左右。

（3）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器電路的設計

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。

（4）加熱除濕電路

加熱除濕電路由風扇增流模塊與熱電升溫模塊兩個模塊組成，其中風扇增流模塊是利用一個小電機，結(jié)合繼電器控制，達到除濕效果。熱電升溫模塊則是采用PTC加熱片，結(jié)合繼電器控制加熱片工作，控制周圍環(huán)境在恒溫以及增溫狀態(tài)。

（5）紫外線殺菌裝置及升降模塊的機械結(jié)構

紫外線殺菌功能位于柜體的內(nèi)部空腔。紫外線殺菌照射裝置利用醫(yī)用紫外線燈組裝，電壓為12V，連接外部傳感面板以及衣柜按鈕傳感器。當使用者在將衣物放入本區(qū)域后，通過觸控面板或者鏈接按鈕都可以開始或者停止對此區(qū)域的紫外線照射殺菌過程。在通過觸摸控制面板以及衣柜按鈕對紫外線殺菌照射裝置進行控制時，會進行一段時間的倒計時，此段時間將一直對衣柜中區(qū)域內(nèi)衣物進行紫外線照射殺菌。

在放置以及拿取衣物時通過步進電機在導軌上的上下運動來對衣柜內(nèi)部空間層次進行控制調(diào)節(jié)，以達到對柜內(nèi)空間的有效利用以及方便拿取及放置衣物。在各模塊協(xié)調(diào)運作時例如殺菌模塊或加熱模塊運作時，通過升降模塊對柜內(nèi)衣物位置調(diào)整，以便最大限度地發(fā)揮出殺菌與除濕加熱效果。升降模塊由步進電機與導軌構成主要部分，步進電機在導軌上的上下移動帶動柜層的移動從而實現(xiàn)升降功能[2]。

3 結(jié)束語

本文介紹了智能衣柜的機械結(jié)構以及各模塊的設計，驗證了智能衣柜具備殺菌、烘干防潮、自動識別控制等多項功能。能實現(xiàn)保護衣物、防范衛(wèi)生、實時監(jiān)控和便捷化的效果，給廣大家庭生活帶來便捷。