桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 陳永威 秦 昊 鄧 云 竇文淼

小型智能儲(chǔ)物柜

桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 陳永威 秦 昊 鄧 云 竇文淼

本設(shè)計(jì)是一款符合現(xiàn)代智能家居理念的智能儲(chǔ)物柜，首先通過(guò)精心設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)物品的自動(dòng)分類和存儲(chǔ)，解決了傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜暗箱易遺忘的問(wèn)題，因?yàn)椴捎脵C(jī)械自動(dòng)操作，不在因?yàn)榉旁诟邔拥奈锲纺貌坏蕉鄲?，從而可以充分利用家中空閑的空間。使用攝像頭對(duì)存儲(chǔ)物品進(jìn)行拍照記錄，令用戶不用再為遺忘而翻箱倒柜。同時(shí)設(shè)計(jì)了可選的保障了用戶的隱私。

搜索；智能家居；儲(chǔ)物柜

0 引言

隨著科技的發(fā)展，尤其是云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴的出現(xiàn)，智能家居的概念頻頻出現(xiàn)在各大媒介上，進(jìn)入公眾的視線，也是當(dāng)前創(chuàng)客們最關(guān)注的產(chǎn)業(yè)之一。而對(duì)于我日常每天都離不開(kāi)的儲(chǔ)物柜，卻鮮有人問(wèn)津，在這個(gè)一切都追求智能化，自動(dòng)化，一體化的今天。傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜的操作笨拙性，暗箱不可見(jiàn)的易遺忘性和分類模糊的特點(diǎn)顯得格格不入。在社會(huì)快速發(fā)展的時(shí)代，人們受到來(lái)自各方面的壓力也隨之增加，被要求不斷地加快步伐。每天工作忙，生活忙，回到家中還要因?yàn)檎乙患锲范涞构窕蛟S是每一個(gè)人都無(wú)法忍受的。所以我們?cè)O(shè)計(jì)的出發(fā)的就是設(shè)計(jì)一款符合現(xiàn)代智能家居概念的小型智能儲(chǔ)物柜。拋棄人們對(duì)傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜的認(rèn)識(shí)，將自動(dòng)存取，溫度調(diào)節(jié)，提升空間利用與手機(jī)遠(yuǎn)程控制為一體的小型智能儲(chǔ)物柜，不僅僅是儲(chǔ)物柜更是你家居生活的好管家。

1 設(shè)計(jì)思路

經(jīng)過(guò)我們對(duì)傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜系統(tǒng)的分析總結(jié)了傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜的以下三個(gè)主要缺點(diǎn)：（1）存取件麻煩。（2）柜子空間利用率低。（3）分類模糊，查找不方便。于是我們經(jīng)過(guò)多方面的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，解決這類問(wèn)題的方法其實(shí)在一些大型工廠中已有過(guò)先例，工業(yè)中的立體倉(cāng)庫(kù)通過(guò)利用電子遙控存取物品，不僅節(jié)約了時(shí)間而且更加準(zhǔn)確無(wú)誤，同時(shí)可以為存儲(chǔ)的物品提供適宜的存儲(chǔ)條件。而工業(yè)中的立體倉(cāng)庫(kù)動(dòng)則上百萬(wàn)的價(jià)格注定與平民大眾無(wú)緣，于是我們決定參考工業(yè)倉(cāng)庫(kù)的智能和高效，制作一款全新的存取系統(tǒng)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便自動(dòng)分類、智能存取系統(tǒng)，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，不僅符合現(xiàn)代智能家居理念，更能成為每一個(gè)人家中的得力助手。

2 小型智能儲(chǔ)物柜的硬件設(shè)計(jì)

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，柜身的整體采用柜身結(jié)構(gòu)為2040v-slot工業(yè)鋁型材，大小80CM*55CM*65CM在保證了儲(chǔ)物柜整體的強(qiáng)度下最大程度的減輕了質(zhì)量。鋁材間的固定件采用歐標(biāo)專用角槽連接件，確保了連接處的牢固。活動(dòng)部件采用線性軸承系統(tǒng)，使精度更好運(yùn)動(dòng)更穩(wěn)定。橫向滑動(dòng)部件復(fù)雜，于是采用3D打印，使每一處固定嚴(yán)絲合縫。

圖1 整體結(jié)構(gòu)

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件款圖如圖二所示，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)存取，保證柜子運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)和準(zhǔn)確，整個(gè)架構(gòu)采用3個(gè)17HD34008-22B混合式步進(jìn)電機(jī)以及減速電機(jī)作為傳動(dòng)動(dòng)力，通過(guò)公式：

角度動(dòng)作脈沖數(shù)=一圈總脈沖數(shù)*(設(shè)定角度/360°)

設(shè)定距離脈沖數(shù)=設(shè)定距離/[(滾輪直徑*3.14)/一圈總脈沖數(shù)]

計(jì)算出電機(jī)大概的控制精度可達(dá)到0.033912mm，在我們系統(tǒng)中使用完全綽綽有余。

通過(guò)公式：功率W／電機(jī)速度KM×變速Km＝載重

計(jì)算出大概載重為：12kg

目前設(shè)計(jì)柜子的存放在柜子的前后倆個(gè)面上各放置四個(gè)柜子，這樣的設(shè)計(jì)是我們經(jīng)過(guò)多個(gè)方案的對(duì)比最終得出的，這樣的設(shè)計(jì)能最大限度的利用空間而且符合能最大限度的減少電機(jī)運(yùn)動(dòng)的距離，既能節(jié)約空間又能節(jié)約能源，在我們的設(shè)計(jì)中一共可以為用戶安排八個(gè)物件的存放，每個(gè)柜子的存儲(chǔ)空間為0.00882立方米。

2.3 主控設(shè)計(jì)

在從成本、功耗、環(huán)境、性能等多方面的考慮我們最終選取了STM32F103“增強(qiáng)型”系列中的ZET6作為主控芯片。STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，該系列芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出品，其內(nèi)核是Cortex-M3，增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品，而且我們還選用了大容量FLSH（512K）保證了儲(chǔ)物柜在最忙碌時(shí)運(yùn)行的流暢。工作溫度范圍：-40℃至+85℃，保證了在極端環(huán)境正常運(yùn)行。所以在本套系統(tǒng)中這款主控是不二的選擇。

2.4 攝像頭

本套系統(tǒng)攝像頭采用的是OV7670圖像傳感器，改款傳感器的特點(diǎn)是體積小，工作電壓低，提供單片VGA攝像和影像處理器的所有功能。而且考慮到攝像頭的工作狀態(tài)是在昏暗環(huán)境中，而OV7670的高靈敏度適合低照度應(yīng)用，還支持鏡頭的失光補(bǔ)償，ISP還具有消除噪聲和壞點(diǎn)補(bǔ)償功能，這款攝像頭是我們的首選。

2.5 電源與驅(qū)動(dòng)

考慮到整套系統(tǒng)擁有多個(gè)電機(jī)和主控芯片的以及傳感器，攝像頭等等的供電正常，以及長(zhǎng)時(shí)間惡劣環(huán)境和安全等多方面的考慮。我們選用了12V12.5A150W的開(kāi)關(guān)電源。

驅(qū)動(dòng)采用的是TB6600HG的大功率、高細(xì)分兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，有著高耐壓、大電流、多細(xì)分、和溫度保護(hù)及過(guò)流保護(hù)等特點(diǎn)，完成符合我們工作的要求。

圖2 硬件框圖

3 小型智能儲(chǔ)物柜的軟件設(shè)計(jì)

3.1 人機(jī)交互設(shè)計(jì)

小型智能儲(chǔ)物柜自帶一個(gè)HMI智能串口屏，給用戶提供存件與件的設(shè)置以及儲(chǔ)物柜本身的時(shí)間與溫度等的設(shè)置。屏幕的界面開(kāi)發(fā)使用HMI配套的上位機(jī)開(kāi)發(fā)，16位真彩色RGB顯示，還有豐富優(yōu)美的操作界面，使用戶拜托傳統(tǒng)存儲(chǔ)柜單調(diào)和枯燥，提高用戶對(duì)家舒適安逸的感受。

3.2 手機(jī)APP

智能儲(chǔ)物柜還可以通過(guò)藍(lán)牙HCO5跟用戶手機(jī)進(jìn)行連接，進(jìn)行存取與存取環(huán)境的設(shè)置，還可以通過(guò)APP讀取在線數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查看當(dāng)前儲(chǔ)物柜實(shí)時(shí)存儲(chǔ)情況。

圖3 串口屏界面

圖4 手機(jī)APP

4 智能儲(chǔ)物柜存取物品過(guò)程介紹

存件過(guò)程：先選擇操作界面上的“存件”，系統(tǒng)就會(huì)判斷儲(chǔ)物柜是否已經(jīng)裝滿物件，如果已滿則會(huì)顯示并退出，如果沒(méi)有則繼續(xù)。再將需要存儲(chǔ)的物件放入儲(chǔ)物平臺(tái)上，物件會(huì)先拍照備份留作取件時(shí)的需要，當(dāng)完成拍照會(huì)出現(xiàn)設(shè)置存件菜單，通過(guò)這個(gè)菜單用戶可以設(shè)置自動(dòng)取件的時(shí)間（目前只支持到月日分秒），可以設(shè)置存件的環(huán)境的溫濕度，也可以設(shè)置存件的六位數(shù)的密碼，設(shè)置完再點(diǎn)擊自動(dòng)存件系統(tǒng)就可以自動(dòng)分配空間完成入柜，當(dāng)然用戶也可以不選擇設(shè)置直接點(diǎn)擊自動(dòng)存件，則儲(chǔ)物柜會(huì)自行安排空間進(jìn)行存放。

圖5 存件流程

取件過(guò)程：首先選擇操作界面上的“取件”，系統(tǒng)就會(huì)先進(jìn)行判斷儲(chǔ)物柜是否為空，如果為空則會(huì)顯示并每月存件物品，然后用戶通過(guò)事先拍好的照片來(lái)選擇取件的物品，如果有密碼則輸入正確的密碼儲(chǔ)物柜就會(huì)自動(dòng)定位物件，將物件精準(zhǔn)的移到你的面前。

圖6 取件流程

5 結(jié)論

我們的這款小型智能儲(chǔ)物柜擁有如下幾個(gè)功能：智能存取，物品存檔，人機(jī)交互，手機(jī)APP操作等等，真正的實(shí)現(xiàn)了存取的自動(dòng)化，極大的提高人們存取物品的方便，節(jié)約了時(shí)間。同時(shí)，也極大地節(jié)約了空間。我們相信在未來(lái)一個(gè)智能的儲(chǔ)物柜將會(huì)是一個(gè)智能家居的發(fā)展重點(diǎn)，我們也希望我們的設(shè)計(jì)能對(duì)智能家居走近千家萬(wàn)戶做出一份力量。

[1]韓桂明．單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]．浙江大學(xué)出版社,2013．

[2]李長(zhǎng)?。M電子技術(shù)[M]．科學(xué)出版社,2010．

[3]鄭雪梅．機(jī)械制圖與典型零部件測(cè)繪[M]．電子工業(yè)出版社,2016．

[4]劉火良．STM32庫(kù)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M]．機(jī)械工業(yè)出版社,2013．

注：本論文由廣西省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：201413644022）。