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智能衣柜控制系统设计
摘 要：随着社会经济水平的发展,人性化、智能化的智能家具,它优化了人们的生活方式和居住环境,提高了工作效率.论文将蓝牙技术和嵌入式技术相结合,设计了基于物联网的智能衣柜控制系统,实现了一种全新的智能化衣物存储与管理.
关键词：智能衣柜；步进电机；蓝牙；温湿度传感器
一、前言
智能衣柜属于智能家具的一部分,目前家居市场已经开始重视对智能化控制技术的应用,传统家具的生产模式和功能已经不能满足智能化时代的需求,家具智能化是家居行业发展的必然要求[1].智能衣柜相比传统衣柜具有更强大的功能和“意识”,给人们生活带来便利,提高了生活品质[2].本文是以蓝牙技术和嵌入式技术相结合,实现一种应用方便无线控制的智能衣柜,以目前人们普遍使用的手机为依托设计智能系统,将无线物联网应用到智能家居中,使智能家居具备无线的特色,使智能家居成为独立形态.整个系统使用舒适和低功耗的设计,这种设计在节能型家庭中具有广阔的应用前景.
二、系统方案设计
本次设计采用STM32F103RCT6 作为系统主控制器,主要用来接收和处理环境温湿度信号和蓝牙通讯信号.如图1 所示,将DHT11 温湿度传感器将采集到的温湿度信号转化成数字信号传输给STM32 单片机,然后通过STM32 对数据进行处理,将数字化的温湿度信号转化成对应的温湿度值,最后将得出的信息通过OLED 液晶显示.固态继电器连接湿度调节仪器的开关,当传感器检测到湿度超出上下限值,则主控制器向固态继电器发出信号,由继电器控制外接湿度调节仪器的开关通断,以此来控制衣柜内环境湿度的变化.
电机部分的控制如图1 B 部分所示,智能手机发送的AT 指令通过蓝牙串口发送给单片机系统HC-06 蓝牙接收模块,HC-06蓝牙接收指令后将信号传送给单片机进行处理,STM32 单片机接收到指定信息后向lv8731 电机驱动发送控制信号,由lv8731 驱动控制步进电机转动,电机再带动衣柜内机械轴旋转.
三、硬件电路设计
处理单元采用嵌入式微控制器的集成电路STM32F103RCT6 作为主控制器,是整个控制系统的核心,主要完成对各个外接设备数据采集和处理.
(一)电机驱动模块电路设计
电机驱动采用LV8731 驱动芯片,驱动步进电机旋转,其电路图如图2 所示.步进电机与驱动器是相互影响相互制约的两个元件[3].步进电机可以将电脉冲信号转变成角位移量或线位移量.控制方式有脉冲或并行方式,本设计用脉冲方式.
(二)传感器电路设计
传感器采用DHT11 温湿度传感器,用来检测衣柜内环境温湿度[4].传感器将采集到的数据发送到主芯片STM32 单片机进行处理,然后通过人机接口电路OLED 显示,DHT11 传感器接口电路如图3 所示.
DHT11 传感器主要参数如下：
测量范围：20% ～ 90% RH,0 ℃～ 50℃ ；
测湿精度：&plun;5％ RH,测温精度：&plun;2℃；
测量分辨率：8bit（温度）,8bit（湿度）；
平均最大电流：0.5mA.
DHT11 的数据格式为二进制,数据格式分小数部分和整数部分,数据格式为:8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bi 温度整数数据+8bit 温度小数数据+8bit 校验和.
(三)蓝牙模块电路设计
蓝牙模块电路连接图如图4 所示,蓝牙串口模块就是使用单片机的TX,RX 与蓝牙模块通信,单片机通过TX 发送数据给蓝牙模块,然后蓝牙模块再通过蓝牙协议把数据发送出去.本文选用HC-06 蓝牙模块,支持SPP 蓝牙串口协议,通过UART 和单片机进行通信[5].这里面要注意的是HC-06 的UART-RXD 引脚是不带用上拉能力的,但是这次选用的STM32 的TXD 引脚有上拉电阻,如果用的单片机没的话,需要在UART-RXD 引脚连接上拉电阻.
四、系统监控软件设计
本次设计使用C 语言程序设计,并运用了模块化思想进行编程.软件设计主要由主程序设计、电机驱动程序设计、数据采集程序设计、OLED 显示模块程序设计、蓝牙模块程序设计几部分组成.
(一)主程序设计
主程序流程图如图5 所示.主程序是一个程序的主体,将各个子程序联系起来.本次设计的主程序主要采用模块化的设计,模块的初始化包括：I/O 口的初始化、电机驱动初始化、蓝牙初始化、DHT11 初始化、OLED 初始化.
首先对各个模块进行初始化,然后判断蓝牙是否接收到指令,若接收到指令,则执行电机驱动程序,完成后运行传感器采集数据程序,然后执行显示程序,若未接收到数据,则只执行数据采集和显示程序.
(二)电机驱动程序设计
电机驱动采用lV8731 电机驱动程序框图如图6 所示.电机驱动程序初始化后,通过串口接收指令,当接收到l 指令时,驱动控制电机带动机械旋转1/4 圈,当接收到b 指令时,驱动控制电机带动机械旋转1/2 圈,当接收到r 指令时,驱动控制电机带动机械旋转3/4 圈,当接收到f 指令时,驱动控制电机带动机械旋转1 圈.
(三)数据采集程序设计
设计采用DHT11 温湿度传感器来采集衣柜内环境温湿度,编程思路是根据传感器单总线通信,首先单片机通过I/O 口向传感器发送启动信号,然后传感器控制数据线向单片机发送检测数据,接着单片机不断的检查I/O 口的高低电平,掌握时序时间从而接收准确的传输数据,DHT11 采集流程图如图7 所示.
五、结语
本次设计的智能衣柜, 在智能控制方面, 采用了STM32F103RCT6 芯片作为系统控制的核心,采用蓝牙串口技术实现了远程控制功能,还应用了温湿度传感器,OLED 设备,实现了对环境温湿度的动态监测,可自动控制调节衣柜内环境温湿度.实现了整个系统多功能化,创新化的目标,运行稳定,可应用于家庭、洗衣店、服装店等多种场合.H
参考文献
[1] 吴智慧, 张雪颖, 徐伟, 詹先旭, 方露, 杨勇. 智能家具的研究现状与发展趋势[J]. 林产工业,2017,44(05):5-8+13.
[2] 陈金华、孙雪蕾、尹悦悦. 基于单片机的智能衣柜控制系统设计[J].时代农机,2017,44(10):103-104.
[3] 廖平, 韩伟伟. 基于STM32 多步进电机驱动控制系统设计[J]. 仪表技术与传感器,2016(04):71-73+77.
[4] 倪天龙. 单总线传感器DHT11 在温湿度测控中的应用[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2010(06):60-62.
[5] 章腾辉. 基于MSP430 与HC06 的低功耗无线温湿度检测系统[J].工业控制计算机,2017,30(08):143-144+147.
（作者单位：沈阳化工大学创新创业学院）
系统设计论文范文结:
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