徐 穎，何家錚，陳 馳，張 鵬

(合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，智能家居逐漸走入人們家中，從而創(chuàng)造了一個(gè)更加智能的家居環(huán)境。傳統(tǒng)衣柜存在高處空間難以利用、高處存取衣物不方便、衣物長期存放會(huì)產(chǎn)生霉變等問題。針對此，本文設(shè)計(jì)了一種基于stm32f4的吊裝式衣柜控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高處取放衣物方便、除濕、殺菌的功能。

1 吊裝式衣柜控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖1為吊裝式衣柜控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)由stm32單片機(jī)、各傳感器模塊、ESP8266 WiFi模塊等組成。溫濕度傳感器檢測衣柜環(huán)境溫度、濕度情況，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，判斷是否達(dá)到設(shè)定閾值，返回的數(shù)據(jù)作為自動(dòng)控制模式的參考，若達(dá)到閾值，則執(zhí)行除濕、殺菌功能；ESP8266 WiFi模塊通過云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP與衣柜終端的數(shù)據(jù)鏈接，從而監(jiān)控衣柜環(huán)境和執(zhí)行除濕、殺菌功能；OLED屏幕可以實(shí)現(xiàn)衣柜溫濕度的顯示，又可以直接通過控制電平的方式控制衣柜各功能的運(yùn)行。

圖1 吊裝式衣柜控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械機(jī)構(gòu)

吊裝式衣柜控制系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)如圖2所示，由鏈傳動(dòng)裝置、滾珠絲杠裝置、衣架桿裝置以及電機(jī)組成。其主要功能是將衣物懸掛于衣架桿上并利用衣柜結(jié)構(gòu)懸掛于墻壁高處，存放和拿取時(shí)，目標(biāo)衣架桿運(yùn)動(dòng)到指定存放位置，方便使用者存取操作；輔助功能包括柜門打開、排氣扇運(yùn)轉(zhuǎn)除濕、紫光燈殺菌抑制霉變。

2.1.1 鏈傳動(dòng)裝置

鏈傳動(dòng)裝置由鏈輪1、鏈條2、左C形口連接固定4、步進(jìn)電機(jī)及錐齒輪5組成，通過步進(jìn)電機(jī)及錐齒輪5運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左C形口連接固定4隨著鏈條運(yùn)動(dòng)。

2.1.2 滾珠絲杠裝置

滾珠絲杠裝置由右C形口連接固定10、絲杠11、步進(jìn)電機(jī)及錐齒輪12組成，通過步進(jìn)電機(jī)及錐齒輪12運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)絲杠11轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)右C形口連接固定10的上下運(yùn)動(dòng)。

2.1.3 衣架桿裝置

衣架桿裝置包括衣架桿13、舵機(jī)9和舵盤8，衣架桿13在一個(gè)衣柜內(nèi)有6個(gè)，內(nèi)部設(shè)有套筒可以進(jìn)行伸縮變化，通過左C形口連接固定4與鏈傳動(dòng)裝置相連接，6個(gè)衣架桿均勻分布在鏈條2上，隨著鏈條2在衣柜內(nèi)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)目標(biāo)衣架桿13隨著鏈條2運(yùn)動(dòng)到圖2所示C形口對接位置時(shí)，通過舵機(jī)9帶動(dòng)舵盤8轉(zhuǎn)動(dòng)，舵盤8轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)衣架桿13從左C形口連接固定4運(yùn)動(dòng)到右C形口連接固定10上，或反向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)衣架桿13從柜內(nèi)存放環(huán)境與柜外拿取環(huán)境之間的切換。

1-鏈輪；2-鏈條；3-溫濕度傳感器;4,7-左C形口連接固定；5,12-步進(jìn)電機(jī)及錐齒輪；6-限位開關(guān)；8-舵盤；9-舵機(jī)；10-右C形口連接固定；11-絲杠；13-衣架桿

2.1.4 柜門運(yùn)動(dòng)裝置

吊裝式衣柜外形如圖3所示。柜門運(yùn)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)滾珠絲杠螺母15，螺母固定在柜門上，通過電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為柜門移動(dòng)。

14-排風(fēng)扇；15-步進(jìn)電機(jī)絲杠螺母

2.2 控制模塊設(shè)計(jì)

本裝置采用stm32f4單片機(jī)作為主控制器，控制模式包括手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。自動(dòng)模式下，利用單片機(jī)處理傳感器獲取的信息，判斷是否達(dá)到設(shè)定的閾值，若是，則打開衣柜柜門通風(fēng)、開啟排氣扇除濕和紫光燈殺菌；手動(dòng)模式下，直接通過手動(dòng)控制電平信號，跳過單片機(jī)信息處理的過程，將目標(biāo)衣架桿運(yùn)動(dòng)到指定存取位置或進(jìn)行柜內(nèi)的除濕、殺菌。手機(jī)APP可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式的控制，顯示屏既可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)模式控制，又可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式控制。

2.2.1 環(huán)境監(jiān)測模塊

環(huán)境監(jiān)測采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器，包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件。溫濕度模塊監(jiān)測衣柜內(nèi)環(huán)境溫濕度情況，將檢測到的溫濕度信息發(fā)送給單片機(jī)控制模塊，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)判斷到衣柜內(nèi)環(huán)境溫濕度達(dá)到設(shè)計(jì)的閾值時(shí)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)柜門開啟、排氣扇除濕、紫光燈殺菌的功能，保證衣服不發(fā)生霉變。

2.2.2 限位開關(guān)模塊

限位開關(guān)無需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行直接接觸，當(dāng)限位開關(guān)感應(yīng)到物體時(shí)，觸發(fā)開關(guān)動(dòng)作，產(chǎn)生的信號為單片機(jī)提供控制指令，能夠精準(zhǔn)地控制滾珠絲杠裝置中右C形口連接固定和左C形口連接固定到達(dá)指定C形口對接位置。

2.2.3 WiFi模塊

本設(shè)計(jì)采用ESP8266WiFi模塊，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為衣柜環(huán)境的濕度和溫度以及限位開關(guān)的位置，由于傳輸數(shù)據(jù)較小，且對數(shù)據(jù)及時(shí)性要求不是很高，因此選用阿里云服務(wù)連入云端，通過阿里云中附帶的APP智能生成模塊生成本項(xiàng)目自帶的APP，其中APP中顯示區(qū)域反饋的數(shù)值包括溫濕度傳感器以及多個(gè)限位開關(guān)的參數(shù)。操作區(qū)域設(shè)置了“開衣柜門”、“開排氣扇”、“開紫光燈”、“自動(dòng)模式選擇”按鈕，實(shí)現(xiàn)利用手機(jī)APP遠(yuǎn)程操縱家用衣柜，達(dá)到除濕、殺菌的功能。

2.2.4 顯示、控制模塊

采用OLED屏幕，用于實(shí)現(xiàn)智能衣柜的可視化操作。該顯示屏能夠顯示溫濕度傳感器檢測到的環(huán)境信息、限位開關(guān)信息以及系統(tǒng)模式選擇的情況；操作界面具有“模式：手動(dòng)/自動(dòng)”、“取衣”、“存衣”、“柜門開/關(guān)”、“排氣扇開/關(guān)”、“紫光燈開/關(guān)”等多種選項(xiàng)。

2.2.5 除濕模塊

當(dāng)處理器檢測到環(huán)境溫濕度達(dá)到設(shè)計(jì)閾值時(shí)，則控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)排風(fēng)扇運(yùn)動(dòng)和柜門開啟，實(shí)現(xiàn)除濕、通風(fēng)的作用。

2.2.6 殺菌模塊

采用紫光燈殺菌，通過破壞細(xì)菌或病毒中的DNA或RNA實(shí)現(xiàn)殺菌功能，由于紫光燈處于柜內(nèi)環(huán)境中，對柜外環(huán)境幾乎不存在影響，所以系統(tǒng)選用該殺菌方式。

3 系統(tǒng)軟件控制

本系統(tǒng)采用keil軟件作為編譯軟件，以C語言作為編程語言，以stm32f4為控制核心，通過控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)和電平變化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)衣架桿運(yùn)動(dòng)到指定存取位置以及打開柜門、排風(fēng)扇除濕、紫光燈殺菌等功能，也可以通過傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)、單片機(jī)處理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制開柜門、排風(fēng)扇，紫光燈殺菌等功能。高處取衣功能程序流程如圖4所示，除濕、殺菌功能程序流程如圖5所示。

圖4 高處取衣功能程序流程

圖5 除濕、殺菌功能程序流程

4 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種基于stm32f4的吊裝式衣柜控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高處取放衣物方便、除濕、殺菌的功能，解決了傳統(tǒng)衣柜高處存取衣物不方便，同時(shí)由于在梅雨季節(jié)衣柜環(huán)境潮濕導(dǎo)致衣物發(fā)霉的問題，從而創(chuàng)造了一個(gè)更加智能的家居環(huán)境。