李俊嬌，李孜琪，仇君豪

（南京機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京，211135）

0 引言

隨著人們生活水平的提高以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，年復(fù)一年的購買衣物，加上整理不及時，使得衣服堆積如山的擺放在衣柜中，查找、搭配都十分不便，傳統(tǒng)的衣柜已經(jīng)不能滿足人們的生活需求，因此本文提出一種基于互聯(lián)網(wǎng)的智能衣柜，提出利用互聯(lián)網(wǎng)實時推送天氣預(yù)報以及著裝建議，并采用手機APP通過藍(lán)牙與衣柜智能面板以及壓力傳感器相連接，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與衣物存取相結(jié)合，同時利用溫濕度傳感器檢測衣柜環(huán)境、排風(fēng)除濕系統(tǒng)聯(lián)動，防止衣物出現(xiàn)發(fā)霉現(xiàn)象，進而實現(xiàn)生活智能化。

1 智能衣柜設(shè)計

■1.1 智能衣柜整體構(gòu)架設(shè)

智能衣柜的設(shè)計除了滿足衣物的存放外，還需要具備安全、美觀、方便的特點，因此，在實際設(shè)計中，本文的智能衣柜初衷是為了解決存取衣物混亂的問題，此外，添加了能夠?qū)崿F(xiàn)顯示衣物存放位置、溫濕度、通風(fēng)除濕等功能。衣柜整體外觀如圖1所示。

圖1 智能衣柜外觀

■1.2 智能衣柜控制設(shè)計

該系統(tǒng)主要由智能控制模塊、位置檢測模塊、溫濕度檢測模塊、通風(fēng)除濕模塊、藍(lán)牙模塊、位置提示模塊和手機APP幾部分構(gòu)成。衣柜整體劃分為短衣、長衣、小物品等多個區(qū)域，每個區(qū)域配有溫濕度傳感器、除濕模塊、位置檢測模塊等。手機APP可以實現(xiàn)實時的溫度顯示以及著裝提示，通過智能衣柜與手機APP連接后，可以實現(xiàn)對衣物自動指定區(qū)域分類放置、檢測衣物有無放置到指定區(qū)域、取出時通過點擊手機APP上對應(yīng)衣物，自動指示衣物掛放位置、同時可以實現(xiàn)衣柜的溫濕度檢測以及衣柜除濕保護等功能。

■1.3 衣柜智能化設(shè)計

衣柜內(nèi)部含有兩個短款衣物空間、一個長款衣物空間以及一個電路空間。每個衣物存放空間內(nèi)有溫濕度傳感器、通風(fēng)除濕電路，位置檢測電路、提示模塊等。衣柜內(nèi)部如圖2所示。衣柜與電路空間連接處上方放置溫度傳感器，中間放置濕度傳感器，起到檢測衣柜內(nèi)部溫濕度的作用。智能衣柜儲藏空間下方設(shè)有陶瓷PTC加熱器，背面設(shè)有排風(fēng)機，起到排風(fēng)除濕的作用。衣柜儲物空間上方把傳統(tǒng)的掛桿改為掛環(huán)，通過在掛環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)置壓力傳感器，起到對衣物存放的位置檢測。同時在掛環(huán)上方設(shè)置LED燈，起到掛放位置提示的作用。衣柜掛環(huán)如圖2所示。

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

■2.1 主控模塊

主控模塊采用的是STM32F103RCT6芯片，它是是基于ARM微處理器32位內(nèi)核處理器，具有2.0～3.6V的電源供電，上電/斷電復(fù)位、可編程電壓檢測器。同時，芯片連接壓力傳感器、溫濕度傳感器、藍(lán)牙、陶瓷PTC以及排風(fēng)扇等器件，實現(xiàn)內(nèi)部可設(shè)置溫濕度檢測數(shù)據(jù)的上限值，通過溫濕度傳感器實施檢測衣柜內(nèi)數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測數(shù)據(jù)超過上限時，啟動排風(fēng)加熱裝置進行除濕和排風(fēng)，當(dāng)數(shù)據(jù)為安全范圍，停止排風(fēng)加熱以及通過壓力傳感器檢測衣物掛放，LED燈提示衣物存取位置等功能。具體系統(tǒng)硬件設(shè)置如圖3所示。

圖3 智能衣柜整體構(gòu)架

■2.2 位置檢測

為了準(zhǔn)確的顯示衣物入庫的位置或者取衣物時提示衣物所在的位置，在每個衣物存放區(qū)域衣架掛放的位置，統(tǒng)一用掛環(huán)代替掛桿，每個掛環(huán)上方分別用一個綠色LED燈和一個紅色LED燈表示入庫指示和出庫指示，掛環(huán)與衣架接觸的地方，加入壓力傳感器，通過壓力傳感器檢測是否衣物放置到指定位置或者是否從指定位置取出。

圖4 衣柜位置檢測

■2.3 溫濕度檢測模塊

為了較好的檢測衣柜內(nèi)的溫濕度，經(jīng)測量選擇將溫度傳感器放置在衣柜側(cè)上方位置，使其能夠更準(zhǔn)確地測量衣柜內(nèi)部的溫濕度數(shù)值。

在GB/T18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：夏季溫濕度為23～27℃，45%～80%；冬季溫濕度為15～25℃，35%～65%，而一件濕衣物的濕度最大可以達(dá)到99%。溫濕度復(fù)合傳感器AM2302的測量精度高，輸出信號為已校準(zhǔn)的數(shù)字信號，其溫濕度檢測范圍分別為-40～80℃，0%～99.9%，可以滿足系統(tǒng)要求[1]。

■2.4 通風(fēng)除濕模塊

在南方陰雨天氣，由于在一定溫度及壓力條件下，單位體積待測氣體中含水蒸氣的質(zhì)量較高，從而使得空氣中濕度較大，衣柜中的衣物潮濕易發(fā)霉，因此本設(shè)計要在衣柜中加裝排風(fēng)除濕模塊。陶瓷PTC由于高效發(fā)熱、動態(tài)升溫、表面絕緣、使用壽命長、可持續(xù)工作等特點廣泛的被運用于工業(yè)和日常生活。智能衣柜采用帶風(fēng)扇的陶瓷半導(dǎo)體PTC發(fā)熱元件放置在衣柜后方中部，表面絕緣、高效、均勻、防凝露，同時衣柜底部采用格柵排氣扇。同時，內(nèi)部有限溫器和過熱保護裝置，可以準(zhǔn)確判斷意外情況或設(shè)備故障，做出保護措施。

■2.5 電源電路

衣柜的電源電路主要給STM32、傳感器、排氣扇、陶瓷PTC供電，因此，電源部分分為兩部分：（1）220V交流電壓通過降壓、整流、濾波，穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為12V直流電壓對衣柜控制端的通風(fēng)除濕模塊電路供電。（2）再將穩(wěn)壓轉(zhuǎn)化成3.3V的直流電壓對衣柜的STM32控制模塊以及傳感器，藍(lán)牙模塊等供電。

■2.6 藍(lán)牙電路

信號傳輸?shù)乃{(lán)牙電路選擇JDY-08透傳模塊，它是基于藍(lán)牙4.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，工作的頻段為2.4GHz，有效通信距離15～30米，可以通過APP透傳（包括Android、IOS數(shù)據(jù)透傳）,可以進行例如溫度、濕度等眾多傳感器數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，以及支持用手機控制繼電器或LED亮滅，工作電壓為3.3～6V之間。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

■3.1 手機APP設(shè)計

系統(tǒng)上電后，手機APP會自動進行藍(lán)牙連接（第一次使用需要配對），藍(lán)牙連接完成會通過手機APP聯(lián)網(wǎng)（wifi或4G網(wǎng)絡(luò)）顯示天氣情況以及著裝推薦，同時接收并顯示衣柜內(nèi)的溫濕度以及衣柜衣物掛放情況，如圖5所示。

圖5 手機APP連接流程

■3.2 系統(tǒng)主流程設(shè)計

衣柜使用后，手機app通過藍(lán)牙與衣柜相連接并進行數(shù)據(jù)的讀取，手機APP上顯示實時的衣柜內(nèi)溫濕度，同時通過在STM32芯片上設(shè)置的溫濕度進行數(shù)值比較，當(dāng)超過閾值時，首先打開加熱器，工作一定時間后排風(fēng)扇打開，當(dāng)溫濕度檢測的值在閾值范圍內(nèi)，關(guān)閉加熱器后再關(guān)閉排風(fēng)扇，具體流程如圖6所示。

圖6 衣柜溫濕度檢測及控制流程

入庫時，使用者對衣物進行拍照，通過手機APP點擊衣物分類，在對應(yīng)的分類下點擊增加按鈕、拍攝照片、上傳照片，點擊入庫后，衣物分類對應(yīng)的衣柜提示燈閃爍，使用者打開柜門后，衣柜內(nèi)對應(yīng)分配的存放掛環(huán)上方綠色提示燈閃爍，掛好衣服后，通過壓力傳感器檢測確定入庫完成，如圖7所示。

出庫時，使用者可以根據(jù)推薦或自己喜好通過手機APP進入衣柜界面，在衣柜界面中根據(jù)衣物分類，選擇是上衣、褲子、還是連衣裙等，選擇后進入二級界面，在二級界面中可以看到入庫的衣物照片，使用者選擇后點擊衣物出庫，在衣柜中對應(yīng)的柜門指示燈閃爍提示存放的衣柜，打開衣柜后衣物放置的掛環(huán)上方紅色指示燈提示衣物掛放位置，使用者取下衣服后，出庫完成，具體如圖8所示。

4 總結(jié)

本文是以STM32芯片為核心，設(shè)計了一款以“互聯(lián)網(wǎng)+”為基礎(chǔ)的智能衣柜，實現(xiàn)實時天氣及著裝建議推送，衣柜溫濕度監(jiān)測、加熱排風(fēng)、衣物掛放位置提示等功能，既符合人們對智能家居的要求，又滿足了日常生活所需。

圖7 衣物入庫流程

圖8 衣物出庫流程