許月玲 張世龍仁 任 蔚 謝俊豪 羅 艷
(上海商學(xué)院,上海 201400)
隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和傳感器等技術(shù)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(zhuǎn)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(yīng)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(xué)生、上班族等[1]。因此該文以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ),通過樹莓派搭建Web服務(wù)器,并連接到各種傳感器等硬件實現(xiàn)智能感應(yīng)照明、殺菌抽濕等功能,通過RFID技術(shù)實現(xiàn)對服飾的定位和管理。用戶可在服務(wù)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。
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(zhì)的硬件平臺。它是一款基于ARM的微型電腦主板,以SD卡為內(nèi)存硬盤,含有眾多接口和引腳等,作為小型服務(wù)器廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(wù)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(dāng)前狀態(tài)、數(shù)據(jù)存儲等工作。
射頻識別技術(shù)工作原理是閱讀器和標(biāo)簽之間通過無線通信技術(shù)進(jìn)行非接觸式的數(shù)據(jù)通信,實現(xiàn)自動識別目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù),具有易部署、非接觸式傳感、標(biāo)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(biāo)簽,將其附著在服飾原有標(biāo)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(biāo)簽信息,記錄服飾存取活動并實現(xiàn)實時定位;應(yīng)用軟件系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集和處理RFID標(biāo)簽內(nèi)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),解讀標(biāo)簽發(fā)出的無線電波,并讀寫數(shù)據(jù)。
傳感器能夠感知周圍環(huán)境,監(jiān)測特定指標(biāo)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(zhuǎn)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(yīng)開關(guān)和LED燈,實現(xiàn)烘干除濕、殺菌祛螨、智能照明的目標(biāo)[3]。
該系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計主要包括硬件控制模塊和服務(wù)器部分,如圖1。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)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(wù)器IP地址,構(gòu)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(shè)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(guān)、RFID-RC522閱讀器和RFID柔性標(biāo)簽等。服務(wù)器端主要由HTML網(wǎng)頁技術(shù)和CGI程序?qū)崿F(xiàn),通過Boa服務(wù)器實現(xiàn)在手機和電腦端查看和管理服飾以及遠(yuǎn)程控制衣柜環(huán)境等功能。在樹莓派上啟用SSH進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問,搭建Web服務(wù)器,編寫嵌入式文件系統(tǒng),并移植Boa服務(wù)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(nèi)服飾和環(huán)境。
該系統(tǒng)包括樹莓派、RFID模塊、傳感器等硬件設(shè)備,依托物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、HTML網(wǎng)頁服務(wù)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(wǎng)絡(luò)搭建Web服務(wù)器,并應(yīng)用HTML網(wǎng)頁作為服務(wù)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(jìn)行除濕。當(dāng)濕度高于設(shè)定最高值時,繼電器自動閉合,加熱設(shè)備烘干除濕,直到濕度降低至設(shè)定值停止工作。
紫外線消毒燈殺菌消毒,由繼電器驅(qū)動,設(shè)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(jìn)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(yīng)開關(guān)和LED燈實現(xiàn)智能觸控照明,也可從服務(wù)器端控制燈光開關(guān)。
LCD1602液晶屏:顯示W(wǎng)eb服務(wù)器的IP地址以及進(jìn)入或退出系統(tǒng)的RFID標(biāo)簽。
RFID-RC522及RFID服飾標(biāo)簽:用于標(biāo)注服裝進(jìn)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(jìn)行定位。
無源蜂鳴器:每次存入或取出服飾時,檢測到RFID標(biāo)簽,蜂鳴器發(fā)出聲音。
登錄服務(wù)器終端,可以對服飾進(jìn)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(jìn)行多渠道處理,通過超鏈接技術(shù)提供服飾捐贈、共享租衣、改造設(shè)計等選擇。
基于嵌入式Web服務(wù)器的應(yīng)用是嵌入式開發(fā)的一種主流趨勢。該系統(tǒng)中服務(wù)器端的實現(xiàn),主要應(yīng)用Boa服務(wù)器實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式設(shè)備之間的信息交互,MySQl數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲以及嵌入式CGI技術(shù)和網(wǎng)頁HTML技術(shù)實現(xiàn)智能衣柜管理系統(tǒng)。Boa服務(wù)器在Linux環(huán)境下可以兼容CGI技術(shù),是一款小巧的HTTP服務(wù)器。其原理如下。瀏覽器與服務(wù)器建立連接,再通過SOCKET套接字進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。瀏覽器通過GET和POST傳遞參數(shù),服務(wù)器通過HTTP協(xié)議接收請求。根據(jù)不同請求實現(xiàn)不同結(jié)果,調(diào)用HTML網(wǎng)頁或CGI:調(diào)用HTML時,瀏覽器會自動跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的HMTL網(wǎng)頁;而調(diào)用CGI時,Boa服務(wù)器會執(zhí)行HTML網(wǎng)頁對應(yīng)CGI程序,將執(zhí)行結(jié)果返回至服務(wù)器,在瀏覽器頁面進(jìn)行顯示。Boa服務(wù)器工作原理見圖3。
圖3 Boa服務(wù)器工作原理
通過網(wǎng)頁可將信息傳遞到用戶,應(yīng)用超連接技術(shù),采用HTML實現(xiàn)服務(wù)器端的文本文件功能,并通過瀏覽器分解網(wǎng)頁,將網(wǎng)頁內(nèi)容展示給人們。在智能衣柜管理系統(tǒng)中先需要設(shè)計網(wǎng)頁,把做好的網(wǎng)頁放在Boa服務(wù)器的WWW文件里,當(dāng)服務(wù)器端瀏覽器對網(wǎng)頁發(fā)出請求時,服務(wù)器就把HTML文件的內(nèi)容發(fā)送給瀏覽器,待解析完便可進(jìn)入智能衣柜管理系統(tǒng)網(wǎng)頁。嵌入式開發(fā)平臺移植以及運行Boa服務(wù)器,通過輸入開發(fā)平臺IP地址登錄WWW目錄下的HTML網(wǎng)頁。HTML網(wǎng)頁和服務(wù)器之間通過CGI程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的傳輸,實現(xiàn)網(wǎng)頁動態(tài)化,衣柜內(nèi)的環(huán)境信息會實時通過Boa服務(wù)器上傳到網(wǎng)頁,并可在網(wǎng)頁客戶端實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作[5]。
通過對該智能衣柜管理系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行操作;2)當(dāng)附著RFID服裝標(biāo)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(yīng)顯示“item in/out”字樣;并在服務(wù)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(jìn)行分類管理,方便用戶查看服飾信息、進(jìn)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(shù),該系統(tǒng)提供了舊衣捐贈、共享租衣、改造設(shè)計服務(wù),分別鏈接到對應(yīng)網(wǎng)頁,測試運行結(jié)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(yuǎn)程控制模塊可以對傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,如加熱設(shè)備進(jìn)行烘干、紫外線殺菌消毒、智能照明,并設(shè)置一定的工作時間段,見圖4。
圖4 遠(yuǎn)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。
該文提出了一種基于RFID技術(shù)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(wù);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(wǎng)頁登錄IP地址,可實時管理服飾信息、遠(yuǎn)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(biāo),可直接在傳統(tǒng)衣柜基礎(chǔ)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(yīng)用于學(xué)生宿舍、員工宿舍、家庭、出租屋等多種場合。