何子旸　張里　雷栗　楊智歷

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)鞋柜功能單一，鞋子無(wú)法得到有效護(hù)理的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一款以STM32為主控芯片，同時(shí)具有護(hù)理保養(yǎng)鞋物、監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)、根據(jù)天氣智能推薦、信息顯示、語(yǔ)音交互、安全防護(hù)等多種功能的智能鞋柜系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要分為智能鞋柜和手機(jī)客戶端兩個(gè)部分，用戶可通過(guò)手機(jī)APP實(shí)時(shí)掌握鞋柜內(nèi)部環(huán)境情況，并且可以根據(jù)需求自由選擇殺菌、除臭、防潮、安防等模式，以達(dá)到遠(yuǎn)程操控鞋柜的目的。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)的功能特性較穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能鞋柜;STM32;護(hù)理保養(yǎng);智能推薦;語(yǔ)音交互;安全防護(hù)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）14-0039-03

Design of Intelligent Shoe Cabinet System Based on STM32

HE Ziyang ZHANG Li LEI Li YANG Zhili

（School of Electrical and Electronic Engineering， Chongqing University of Technology，Chongqing 400054）

Abstract： In view of the single function of traditional shoe cabinet and the problem that shoes cannot be effectively cared for， an intelligent shoe cabinet system with STM32 as the main control chip is designed in this paper， which has a variety of functions such as care and maintenance of shoes， detection of environmental parameters， intelligent recommendation according to the weather， information display， voice interaction， security protection and so on. The system is mainly divided into two parts， namely smart shoe cabinet and mobile phone client. Users can master the internal environment of shoe cabinet in real time through mobile phone APP， and can freely choose the modes of ssterilization， deodorization， moisture-proof， security and so on to achieve the purpose of remote control of shoe cabinet. The test results show that the system has stable function， simple operation and high practical value.

Keywords： intelligent shoe cabinet;STM32;nursing and maintenance;intelligent recommendation;voice interaction;safety protection

近年來(lái)，隨著科技的迅速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，足部健康開(kāi)始引起人們重視，因此鞋子的日常護(hù)理保養(yǎng)也開(kāi)始變得重要起來(lái)。但是，傳統(tǒng)鞋柜的功能特別單一，只能對(duì)鞋子進(jìn)行簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)擺放，加上人們忙于工作與學(xué)習(xí)，平時(shí)并不能對(duì)鞋柜進(jìn)行清潔護(hù)理。因此，鞋柜內(nèi)部細(xì)菌泛濫，鞋中的難聞氣味四處擴(kuò)散，霉菌隨處滋生，鞋子的使用壽命也會(huì)大大縮短。如果人們穿著這種鞋子，非常容易引發(fā)各種足部疾病，不利于身體健康。雖然目前市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)了智能鞋柜，但大部分價(jià)格高昂，功能較少，樣式單一，性價(jià)比較低，大部分消費(fèi)者難以接受。因此，設(shè)計(jì)一款價(jià)格易于接受、功能全面、樣式多種、性價(jià)比較高的多功能智能鞋柜是具有非常廣闊的市場(chǎng)前景的[1]。而本文介紹的基于STM32的智能鞋柜系統(tǒng)相對(duì)于其他同類產(chǎn)品在功能上有了更深層次的研究，在樣式上提供了更多的選擇，也更加注重用戶的體驗(yàn)感，符合當(dāng)前人們的消費(fèi)心理需求。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

此智能鞋柜系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，分別是底層執(zhí)行、網(wǎng)絡(luò)＼通信和人機(jī)應(yīng)用交互，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

1.1 底層執(zhí)行部分

1.1.1 殺菌除臭模塊。將鞋子放進(jìn)保養(yǎng)區(qū)時(shí)，用戶在移動(dòng)端進(jìn)行操作設(shè)置，信息傳輸?shù)街骺貑卧?，主控單?/p>

控制底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)始工作，開(kāi)啟含微量臭氧的紫光燈進(jìn)行殺菌除臭。

1.1.2 去濕防潮模塊。系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)鞋柜內(nèi)部溫濕度后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺貑卧?，主控單元控制PTC加熱片和制冷片交替工作，使存儲(chǔ)環(huán)境保持適宜狀態(tài)。

1.1.3 溫濕度檢測(cè)模塊。用于實(shí)時(shí)對(duì)鞋柜內(nèi)部的溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

1.1.4 鞋存放情況掃描模塊。當(dāng)用戶通過(guò)移動(dòng)終端APP選取鞋子或系統(tǒng)智能推薦功能啟動(dòng)時(shí)，終端將信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器分析該信息后找出該鞋子的記錄位置并傳輸給控制器，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理發(fā)送給鞋子位置檢測(cè)模塊，從而控制該鞋子位置的射燈發(fā)光，指示用戶取鞋[2]。相反，用戶存放鞋子時(shí)，鞋柜內(nèi)部記錄該鞋子對(duì)應(yīng)的位置后將信息保存到服務(wù)并顯示在APP上。

1.1.5 自動(dòng)門控制模塊。當(dāng)用戶需要進(jìn)行取鞋及存鞋操作時(shí)，通過(guò)APP或者鞋柜體上的按鈕使鞋柜門迅速打開(kāi)和關(guān)閉，方便用戶進(jìn)行操作。

1.1.6 報(bào)警及防盜模塊。當(dāng)鞋柜內(nèi)部溫濕度傳感器和位于鞋柜頂部的人體紅外傳感器檢測(cè)到異常時(shí)，將信息傳輸至主控單元，控制鞋柜上的報(bào)警器工作，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后將報(bào)警信息傳輸至用戶終端。

1.2 人機(jī)交互部分

1.2.1 語(yǔ)音交互。通過(guò)具體的語(yǔ)音指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)鞋柜的基本控制。通過(guò)“天氣情況”指令可以從鞋柜處得到當(dāng)天天氣的具體情況和溫濕度。通過(guò)“推薦出行”指令可以實(shí)現(xiàn)鞋柜對(duì)出行的智能推薦。通過(guò)“紫外線開(kāi)關(guān)”指令可以控制鞋柜內(nèi)部的除臭殺菌等。

1.2.2 移動(dòng)端APP設(shè)計(jì)。通過(guò)研發(fā)了一款具體的APP，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鞋柜的遠(yuǎn)程控制，不但可以隨時(shí)隨地掌握自己愛(ài)鞋的具體狀態(tài)，而且可配合鞋柜上的安防模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)家的實(shí)時(shí)安防，也可通過(guò)鞋柜的控制端實(shí)現(xiàn)控制鞋柜的開(kāi)關(guān)門和除濕除臭模塊的開(kāi)啟。

1.2.3 LCD屏顯示。將鞋柜內(nèi)部的具體溫濕度、鞋子存放情況實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)鞋子當(dāng)前信息的準(zhǔn)確信息掌握。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本智能鞋柜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由主控模塊、傳感器模塊、通信模塊、顯示模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊組合而成，STM32單片機(jī)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制繼電器完成自動(dòng)化操作，同時(shí)主控發(fā)出數(shù)據(jù)，由服務(wù)器和移動(dòng)端接收后組成通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互。其中，傳感器模塊由溫濕度傳感器、超聲波掃描模塊、紅外感應(yīng)模塊組成，各模塊之間采用網(wǎng)線連接，傳輸信息速率快且穩(wěn)定。

2.1 主控模塊

主控模塊分為上位機(jī)和下位機(jī)，都由STM32單片機(jī)作為主控。下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外燈、電熱風(fēng)扇、制冷片、制熱片、鞋刷、繼電器以及電機(jī)的控制，通過(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行通信，接收上位機(jī)的控制信息，對(duì)控制信息進(jìn)行判斷并執(zhí)行相應(yīng)的操作。上位機(jī)接受來(lái)自移動(dòng)終端的操作指令，將操作指令轉(zhuǎn)化為控制信息傳遞給下位機(jī)[3]。

2.2 顯示模塊

采用ALIENTEK TFTLCD顯示屏，采用16位并行方式與外部連接，適用于顯示圖片、彩屏的情況。其靜態(tài)特性與掃描線數(shù)無(wú)關(guān)，因此大大提高了圖像質(zhì)量。本系統(tǒng)用顯示屏實(shí)時(shí)顯示時(shí)間和鞋柜內(nèi)部鞋物擺放情況。超聲波測(cè)距模塊依次掃描鞋柜內(nèi)部情況，將其狀態(tài)顯示在屏幕上。

2.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊

采用LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊，通過(guò)SPI與STM32通信[4]，語(yǔ)音識(shí)別非常靈敏，1 m內(nèi)識(shí)別率可達(dá)85%，其識(shí)別詞條數(shù)量根據(jù)單片機(jī)容量而定。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 底層執(zhí)行軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)底層執(zhí)行部分以溫濕度傳感器、紅外傳感器、超聲波測(cè)距傳感器作為信息獲取工具，檢測(cè)到的環(huán)境信息數(shù)據(jù)發(fā)送至STM32單片機(jī)處理判斷，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋?zhàn)詣?dòng)控制殺菌除臭、去濕防潮功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鞋位置顯示功能和報(bào)警功能。

3.2 天氣獲取與處理設(shè)計(jì)

鞋柜初始化后，通過(guò)A9G模塊連接服務(wù)器，獲取服務(wù)器上抓取到的天氣數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)天的下雨情況和寒冷情況。若天氣有雨，將主推雨鞋或者皮鞋出行;當(dāng)天氣氣溫過(guò)低時(shí)，推薦加絨的鞋;當(dāng)既沒(méi)有下雨氣溫又合適時(shí)，將推薦休閑鞋或者涼鞋這樣的鞋子出行。

4 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果顯示

4.1 手機(jī)APP顯示功能

打開(kāi)手機(jī)端APP連接服務(wù)器，連接成功后，手機(jī)頁(yè)面會(huì)顯示鞋柜內(nèi)部的溫濕度情況。點(diǎn)擊各個(gè)按鈕后，其對(duì)應(yīng)的功能也會(huì)實(shí)現(xiàn)。

4.1.1 智能門控。打開(kāi)門控開(kāi)關(guān)，推桿電機(jī)在相應(yīng)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)下開(kāi)始工作，控制鞋柜門自動(dòng)打開(kāi)。

4.1.2 殺菌除臭。打開(kāi)紫外線燈按鈕，控制紫外線燈打開(kāi)，同時(shí)釋放臭氧，達(dá)到殺菌除臭的目的。

4.1.3 去濕防霉。通過(guò)定時(shí)電路、微處理器、風(fēng)扇和PTC組成的模塊監(jiān)控環(huán)境溫濕度，對(duì)鞋柜進(jìn)行智能加熱祛濕，利用STM32主控對(duì)實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集，并利用單片機(jī)上的繼電器功能控制模塊通斷，啟動(dòng)風(fēng)扇和發(fā)熱膜，達(dá)到去濕防霉的目的[5]。

4.1.4 安防模式。打開(kāi)安防模式開(kāi)關(guān)，當(dāng)紅外傳感器模塊檢測(cè)到鞋柜前方3 m內(nèi)有人經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，藍(lán)色的燈變?yōu)榧t色，主要用于用戶不在家的情況，提高用戶家庭的安全系數(shù)。

4.1.5 語(yǔ)音交互。點(diǎn)擊語(yǔ)音識(shí)別，可以給智能鞋柜系統(tǒng)下達(dá)指令，比如打開(kāi)門，關(guān)閉門;打開(kāi)紫外，關(guān)閉紫外;打開(kāi)安防模式，關(guān)閉安防模式。系統(tǒng)接收到指令后會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作。也可以通過(guò)語(yǔ)音指令獲取相關(guān)信息，比如獲取實(shí)時(shí)的天氣情況，智能推薦出行鞋子的種類等。其顯示界面如圖2所示。

4.2 顯示屏顯示功能

顯示屏位于鞋柜的上方，便于用戶觀察，當(dāng)鞋柜通電后，顯示屏開(kāi)始顯示，顯示內(nèi)容主要是鞋柜內(nèi)部的溫濕度情況以及鞋柜內(nèi)鞋子的擺放情況。溫濕度數(shù)值會(huì)隨著鞋柜內(nèi)部的變化而改變，方格表示鞋子在鞋柜內(nèi)的擺放位置，有鞋時(shí)顯示為綠色，無(wú)鞋時(shí)顯示為黃色，可以達(dá)到實(shí)時(shí)掌握鞋柜內(nèi)部情況的目的。其顯示界面如圖3所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)利用STM32單片機(jī)相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合多個(gè)模塊，在傳統(tǒng)鞋柜的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造和創(chuàng)新，一方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)鞋子的全面護(hù)理保養(yǎng)，大大提高了鞋子的使用壽命，為用戶的足部健康提供了強(qiáng)有力的保障;另一方面擴(kuò)展了鞋柜的其他功能，如智能推薦、語(yǔ)音交互、安全防護(hù)等，為用戶提供更加人性化的服務(wù)。另外，利用手機(jī)APP對(duì)鞋柜進(jìn)行遠(yuǎn)程操控的方式為用戶的使用提供了便利。

在當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展、智能家居普遍應(yīng)用的情況下，智能鞋柜的發(fā)展和完善已是大勢(shì)所趨，而本設(shè)計(jì)功能運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單并且選擇多樣，頁(yè)面數(shù)據(jù)顯示準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)成本較低，符合當(dāng)前用戶的消費(fèi)需求，因此具有較高的實(shí)用價(jià)值。另外，該系統(tǒng)不僅僅適用于普通家庭用戶，還適用足浴中心、美容中心、醫(yī)療場(chǎng)所、研究中心、娛樂(lè)場(chǎng)所、酒店、課堂等公共場(chǎng)所。

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