魏志君,何穎,李雨浪,劉煜
(西安思源學(xué)院 電子信息工程學(xué)院,陜西西安,710038)
在人們?nèi)粘I钪校邮切凶叩墓ぞ?,沒有鞋子人們很難長時間的行走,然而由于長時間包裹在鞋子內(nèi),腳容易出汗,容易造成細(xì)菌的滋生,而且還會引起鞋子的變臭或者是。細(xì)菌滋生,然而在很多公共的場合都需要集中放置鞋子,所以為了避免鞋子的相互感染,需要設(shè)置一款基于單片機的智能鞋柜。該系統(tǒng)不但完成了既定目標(biāo),且運行良好,隨著高檔鞋子的不斷增多,需要護理的鞋子越來越多,產(chǎn)品目前及未來市場需求量極大,具有一定的現(xiàn)實應(yīng)用意義和推廣價值。
本設(shè)計采用STM32F103作為主控芯片,系統(tǒng)的輸入主要包括溫濕度模塊,數(shù)據(jù)的讀取需要通過單片機,讀取溫濕度模塊數(shù)據(jù)被單片機采集之后,判斷溫度及濕度情況,將溫濕度數(shù)據(jù)顯示在OLED顯示屏上,OLED屏除了顯示溫濕度數(shù)據(jù),還顯示鞋柜內(nèi)紫外線及風(fēng)扇的工作狀態(tài),同時加設(shè)了WiFi通訊模塊,通過手機端直接遠(yuǎn)程監(jiān)控鞋柜里的數(shù)據(jù)情況,鞋柜內(nèi)的門控制采用的是步進電機,通過按鍵控制步進電機的正反轉(zhuǎn),達到開門或關(guān)門的目的,整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整,功能齊全,智能鞋柜系統(tǒng)框架如圖1所示。
圖1 智能鞋柜系統(tǒng)框架
智能鞋柜系統(tǒng)通過STM32核心芯片控制DTH11模塊檢測周圍環(huán)境溫濕度,將檢測溫室度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32芯片中,由STM32芯片把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆LED 屏幕上,如果超過警戒值蜂鳴器會報警,使用手機控制WiFi模塊打開紫外線燈和風(fēng)扇。
單片機電路有主控制芯片、電容、電阻以及晶振等部分組成。單片機的正常工作離不開時鐘電路,如果沒有提供時鐘,程序在執(zhí)行過程中會發(fā)生紊亂,電路不能正常工作。單片機復(fù)位電路也重要,單片機程序開始執(zhí)行,保證單片機的正常運行,不至于斷電造成某種損失。主控芯片采用STM32F103,控制器電路如圖2所示。
圖2 控制器電路
實現(xiàn)的是一端和單片機IO口連接,一端和電機連接,這是由于電機驅(qū)動的電路較大,無法直接驅(qū)動,需借助電機驅(qū)動輸出驅(qū)動信號,主要和單片機的連接時P12-P15,電機驅(qū)動模塊設(shè)計如圖3所示。
圖3 電機驅(qū)動模塊設(shè)計
系統(tǒng)顯示電路圖如圖4所示。利用VCC和GND給顯示屏供電,OLED 屏幕采用的是IIC模式進行數(shù)據(jù)的傳輸,接口少,在控制的時候只要更換IIC協(xié)議的時序就可控制系統(tǒng)的顯示。
圖4 系統(tǒng)顯示電路圖
溫濕度監(jiān)測選擇DHT11傳感器,能實現(xiàn)自我校準(zhǔn),工作電壓范圍3.3~5.5V/DC,溫度范圍0~55℃,濕度上下限為20%~90%RH,可直接與單片機相連。傳感器可直接輸出數(shù)據(jù),體積小、功耗低、運行穩(wěn)定可靠,DHT11模塊如圖6所示。
圖6 DHT11模塊
設(shè)計選用Keil 4作為系統(tǒng)開發(fā)軟件,通過軟件與硬件的
ESP8266是一個實用系統(tǒng),它是內(nèi)置與TCP/IP協(xié)議中。數(shù)據(jù)傳輸部分的電路是和單片機的通訊端口連接的,實現(xiàn)手機和單片機之間的無線通訊,WiFi模塊電路圖如圖5所示。結(jié)合,方便實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。文中采用C語言編寫系統(tǒng)程序。
圖5 WiFi模塊電路圖
系統(tǒng)初始化完成后,判斷鞋柜內(nèi)是否有鞋子,如果有鞋子開始護理,包括紫外線殺菌、風(fēng)扇通風(fēng)、檢測溫濕度信息等,如果溫濕度不在20度的范圍內(nèi),將溫度調(diào)到20度左右,實現(xiàn)溫度恒定,同時OLED屏顯示溫濕度數(shù)據(jù)及鞋柜內(nèi)紫外燈風(fēng)扇的開關(guān)狀態(tài)及其它功能顯示,程序結(jié)束。系統(tǒng)工作流程圖如圖7所示。
圖7 系統(tǒng)工作流程圖
(1)顯示子程序流程設(shè)計
系統(tǒng)初始化,包括單片機初始化和OLED 屏初始化,初始化完成清空屏幕,保證顯示時沒有其它內(nèi)容,再進行數(shù)據(jù)顯示,OLED 屏幕顯示是不斷更新的,鞋柜顯示程序流程圖如圖8所示。
圖8 顯示流程圖
(2)DTH11模塊流程設(shè)計
DHT11模塊的工作流程圖,首先開始將初始化OLED屏幕清屏,DHT11開始檢測周圍環(huán)境溫濕度,完成后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32中,主控芯片將傳輸過來的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上,將數(shù)據(jù)實時更新,鞋柜DHT11程序流程圖,如圖9所示。
圖9 DHT11程序流程圖
(3)WiFi模塊流程設(shè)計
STM32核心板初始化,啟動ESP8266,使用AirLink模式配網(wǎng),進入AirLink模式手機連路由器,WiFi模式下打開APP進行一鍵配置,填寫WiFi賬號密碼,確認(rèn)操作,配網(wǎng)成功,將其連接至2.4G頻段下的WiFi,通過ESP8266芯片LinkServer函數(shù)連接外部服務(wù)器,向服務(wù)器發(fā)送Socket網(wǎng)絡(luò)連接請求建立連接,通過誘傳模式進行數(shù)據(jù)發(fā)送,WiFi模塊流程圖如圖10所示。
圖10 WiFi模塊流程圖
(4)報警模塊流程設(shè)計
蜂鳴器實現(xiàn)在監(jiān)測系統(tǒng)對環(huán)境中溫濕度監(jiān)測,并發(fā)現(xiàn)溫濕度超標(biāo)后能夠進行報警操作,為了更直觀設(shè)置了LED屏幕顯示,當(dāng)數(shù)值超標(biāo)蜂鳴器報警。
將WiFi模塊啟動,手機下載機智云APP,擊右上角的添加,在2.4G頻段下進行匹配,成功后進入控制界面,四個信息分別是繼電器1、繼電器2、溫度、濕度,繼電器1代表紫外線燈風(fēng)扇,繼電器2代表在控制界面可以控制紫外線燈和風(fēng)扇的開關(guān),機智云手機APP圖如圖11所示。
圖11 機智云手機APP圖
將實驗設(shè)備通電,屏幕顯示鞋柜內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)值,還有兩個繼電器的開關(guān),屏幕下方有兩個控制按鍵,第一個按鍵可切換出設(shè)置鞋柜的溫濕度的警戒值,第二個按鍵可調(diào)節(jié)溫濕度的警戒值,這個按鍵是個單增鍵,數(shù)值增長到99會重新開始,OLED 屏幕顯示圖如圖12所示。當(dāng)實驗設(shè)備打開時,對周圍環(huán)境進行監(jiān)測,將監(jiān)測的數(shù)值傳送到設(shè)備上,提前將警戒值設(shè)置好,當(dāng)周圍的環(huán)境的溫濕度超過設(shè)置過的警戒值時,蜂鳴器就會產(chǎn)生報警,從而打開手機APP對其進行處理。
圖12 OLED 屏幕顯示圖
設(shè)計采用STM32作為主控芯片,單片機作為輸入輸出的控制系統(tǒng),首先系統(tǒng)的輸入主要包括溫濕度模塊,數(shù)據(jù)的讀取需要通過單片機,讀取溫濕度模塊數(shù)據(jù)被單片機采集之后,單片機可判斷溫濕度情況,并將溫濕度數(shù)據(jù)顯示在OLED屏上,此外鞋柜內(nèi)紫外線及風(fēng)扇的工作狀態(tài)也會顯示,同時加設(shè)了WiFi通訊模塊,手機端遠(yuǎn)程監(jiān)控鞋柜里的數(shù)據(jù)情況,鞋柜內(nèi)的門控制采用步進電機,通過按鍵控制步進電機的正反轉(zhuǎn),達到開關(guān)門的目的,整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整,功能齊全。