基于RFID的樹莓派智能衣柜管理系統(tǒng)

許月玲 張世龍仁 任 蔚 謝俊豪 羅 艷

（上海商學院，上海 201400）

0 引言

隨著物聯(lián)網、人工智能和傳感器等技術的飛速發(fā)展，智能家居受到越來越多人的青睞。隨著人們生活水平的提高和消費觀念的轉變，衣柜總是被塞滿各式各樣的服裝，傳統(tǒng)衣柜難免會帶來整理耗時、搭配困難及服飾堆壓受潮等問題，造成人們時間、金錢、精力等方面的損失。智能衣柜應運而生，然而目前智能衣柜的定制研發(fā)大多面向高端用戶，價格較為昂貴且僅適用于家居裝修等大幅度整改衣柜情況，難以推廣至在校學生、上班族等[1]。因此該文以嵌入式技術為基礎，通過樹莓派搭建Web服務器，并連接到各種傳感器等硬件實現(xiàn)智能感應照明、殺菌抽濕等功能，通過RFID技術實現(xiàn)對服飾的定位和管理。用戶可在服務器終端管理自己的衣柜，實現(xiàn)服飾分類管理、實時定位、搭配推薦，多渠道處理閑置衣物及優(yōu)化衣柜環(huán)境。

1 主要使用技術簡介

1.1 樹莓派技術

樹莓派為該系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一個具有基本功能的、廉價優(yōu)質的硬件平臺。它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD卡為內存硬盤，含有眾多接口和引腳等，作為小型服務器廣泛應用于物聯(lián)網領域，擴展到生活的方方面面[2]。該系統(tǒng)基于樹莓派搭建Web服務器，并將樹莓派連接到傳感器等器件實現(xiàn)衣柜環(huán)境數(shù)據(jù)采集、顯示系統(tǒng)當前狀態(tài)、數(shù)據(jù)存儲等工作。

1.2 RFID技術

射頻識別技術工作原理是閱讀器和標簽之間通過無線通信技術進行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)自動識別目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，具有易部署、非接觸式傳感、標簽無線供電、無線信息傳輸?shù)忍攸c。該項研究采用RFID柔性服裝標簽，將其附著在服飾原有標識之后，既不影響服飾美觀，同時耐高溫洗滌，利于長期穩(wěn)定使用；并選用RC522閱讀器讀寫標簽信息，記錄服飾存取活動并實現(xiàn)實時定位；應用軟件系統(tǒng)負責收集和處理RFID標簽內各種數(shù)據(jù)業(yè)務，解讀標簽發(fā)出的無線電波，并讀寫數(shù)據(jù)。

1.3 傳感器技術

傳感器能夠感知周圍環(huán)境，監(jiān)測特定指標量，根據(jù)一定的傳輸協(xié)議寫入程序，將傳感器監(jiān)測并發(fā)送的串行數(shù)據(jù)轉化為需要的數(shù)據(jù)。作為信息獲取的重要手段，傳感器的種類和工作原理各式各樣，成為實現(xiàn)智能化、自動化控制的重要環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)將樹莓派連接到DHT11溫濕度傳感器、光敏傳感器、HC-SR501人體紅外傳感器、紫外線消毒燈、觸控感應開關和LED燈，實現(xiàn)烘干除濕、殺菌祛螨、智能照明的目標[3]。

2 系統(tǒng)總體方案設計

2.1 系統(tǒng)架構設計

該系統(tǒng)整體架構設計主要包括硬件控制模塊和服務器部分，如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構設計圖

硬件控制部分主要以樹莓派作為智能衣柜的主控制器，通過有線電源為其提供電量，連接LCD1602液晶屏顯示服飾存取信息和服務器IP地址，構成核心控制電路部分。而通過面包板中介可以擴展樹莓派連接的控制設備，該系統(tǒng)用到的器件主要有繼電器、HC-SR501人體紅外傳感器、DHT11溫濕度傳感器、無源蜂鳴器、紫外線殺菌燈、智能觸控開關、RFID-RC522閱讀器和RFID柔性標簽等。服務器端主要由HTML網頁技術和CGI程序實現(xiàn)，通過Boa服務器實現(xiàn)在手機和電腦端查看和管理服飾以及遠程控制衣柜環(huán)境等功能。在樹莓派上啟用SSH進行遠程訪問，搭建Web服務器，編寫嵌入式文件系統(tǒng)，并移植Boa服務器、MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。用戶可以通過給定IP地址登錄該智能衣柜管理系統(tǒng)，手機或電腦端都可以登錄，隨時查看和管理衣柜內服飾和環(huán)境。

2.2 系統(tǒng)功能設計

該系統(tǒng)包括樹莓派、RFID模塊、傳感器等硬件設備，依托物聯(lián)網、嵌入式、HTML網頁服務器終端，實現(xiàn)了智能衣柜管理。樹莓派作為該系統(tǒng)的主控制模塊，通過Wi-Fi無線網絡搭建Web服務器，并應用HTML網頁作為服務器終端[4]，實現(xiàn)對衣柜的智能管理，系統(tǒng)實現(xiàn)流程見圖2。

圖2 系統(tǒng)功能流程圖

主要實現(xiàn)功能說明如下。

DHT11溫濕度傳感器檢測衣柜的溫濕度，并可自動進行除濕。當濕度高于設定最高值時，繼電器自動閉合，加熱設備烘干除濕，直到濕度降低至設定值停止工作。

紫外線消毒燈殺菌消毒，由繼電器驅動，設定具體時間段工作，為衣柜殺菌祛螨。

HC-SR501人體紅外傳感器用于監(jiān)測人體的存在，確保以上傳感器的操作在無人條件下進行，以免繼電器加熱和紫外線殺菌時對人體造成傷害。

智能觸控感應開關和LED燈實現(xiàn)智能觸控照明，也可從服務器端控制燈光開關。

LCD1602液晶屏：顯示Web服務器的IP地址以及進入或退出系統(tǒng)的RFID標簽。

RFID-RC522及RFID服飾標簽：用于標注服裝進出，記錄服飾存入和取出的活動；將大致已知位置的衣物指定為錨節(jié)點，可以通過聚類分析對特定服飾進行定位。

無源蜂鳴器：每次存入或取出服飾時，檢測到RFID標簽，蜂鳴器發(fā)出聲音。

登錄服務器終端，可以對服飾進行分類管理、定位特定服飾、智能環(huán)境優(yōu)化以及對閑置服飾進行多渠道處理，通過超鏈接技術提供服飾捐贈、共享租衣、改造設計等選擇。

2.3 嵌入式平臺實現(xiàn)

基于嵌入式Web服務器的應用是嵌入式開發(fā)的一種主流趨勢。該系統(tǒng)中服務器端的實現(xiàn)，主要應用Boa服務器實現(xiàn)互聯(lián)網和嵌入式設備之間的信息交互，MySQl數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲以及嵌入式CGI技術和網頁HTML技術實現(xiàn)智能衣柜管理系統(tǒng)。Boa服務器在Linux環(huán)境下可以兼容CGI技術，是一款小巧的HTTP服務器。其原理如下。瀏覽器與服務器建立連接，再通過SOCKET套接字進行數(shù)據(jù)的傳輸。瀏覽器通過GET和POST傳遞參數(shù)，服務器通過HTTP協(xié)議接收請求。根據(jù)不同請求實現(xiàn)不同結果，調用HTML網頁或CGI：調用HTML時，瀏覽器會自動跳轉到對應的HMTL網頁；而調用CGI時，Boa服務器會執(zhí)行HTML網頁對應CGI程序，將執(zhí)行結果返回至服務器，在瀏覽器頁面進行顯示。Boa服務器工作原理見圖3。

圖3 Boa服務器工作原理

通過網頁可將信息傳遞到用戶，應用超連接技術，采用HTML實現(xiàn)服務器端的文本文件功能，并通過瀏覽器分解網頁，將網頁內容展示給人們。在智能衣柜管理系統(tǒng)中先需要設計網頁，把做好的網頁放在Boa服務器的WWW文件里，當服務器端瀏覽器對網頁發(fā)出請求時，服務器就把HTML文件的內容發(fā)送給瀏覽器，待解析完便可進入智能衣柜管理系統(tǒng)網頁。嵌入式開發(fā)平臺移植以及運行Boa服務器，通過輸入開發(fā)平臺IP地址登錄WWW目錄下的HTML網頁。HTML網頁和服務器之間通過CGI程序進行數(shù)據(jù)處理的傳輸，實現(xiàn)網頁動態(tài)化，衣柜內的環(huán)境信息會實時通過Boa服務器上傳到網頁，并可在網頁客戶端實現(xiàn)遠程操作[5]。

3 系統(tǒng)測試結果

通過對該智能衣柜管理系統(tǒng)進行測試，具體情況說明如下：1）通過IP地址可以登入該系統(tǒng)進行操作；2）當附著RFID服裝標簽的衣物存入或取出衣柜時，蜂鳴器正常工作，發(fā)出聲響，LCD液晶屏相應顯示“item in/out”字樣；并在服務器端更新信息，錄入服飾信息并記錄服飾存取活動；3）系統(tǒng)可對服飾進行分類管理，方便用戶查看服飾信息、進行服飾搭配，還有服飾實時定位；4）閑置服飾的處理。通過超鏈接技術，該系統(tǒng)提供了舊衣捐贈、共享租衣、改造設計服務，分別鏈接到對應網頁，測試運行結果成功；5）在環(huán)境信息模塊可以看到該衣柜環(huán)境，如溫度、濕度等；6）在遠程控制模塊可以對傳感器進行遠程控制，如加熱設備進行烘干、紫外線殺菌消毒、智能照明，并設置一定的工作時間段，見圖4。

圖4 遠程控制頁面

綜上所述，系統(tǒng)可以較靈敏地實現(xiàn)烘干除濕、殺菌消毒、智能照明和服飾管理、閑置處理等功能，可以投入實際生活使用。

4 總結

該文提出了一種基于RFID技術的樹莓派智能衣柜管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在服飾管理方面，提供分類管理、實時定位、閑置處理等服務；在衣柜環(huán)境優(yōu)化方面，實現(xiàn)殺菌消毒、烘干除濕、智能觸控照明等功能。通過手機或網頁登錄IP地址，可實時管理服飾信息、遠程控制環(huán)境。該系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化、自動化管理衣柜的目標，可直接在傳統(tǒng)衣柜基礎上安裝，無須太大改動就可極大提高人們管理衣柜的效率，可應用于學生宿舍、員工宿舍、家庭、出租屋等多種場合。