3D打印智能浮雕擺臺

寶鳳至， 都朋超， 馮 沖， 孫美玉， 劉宇婷， 施 展

(大連民族大學 信息與通信工程學院, 遼寧 大連 116600)

引言

擺臺作為一種室內(nèi)美工創(chuàng)意裝飾品，常常出現(xiàn)在書桌、茶幾、梳妝臺等位置[1-3]。照片是擺臺的主要內(nèi)容，附加美觀的外形設(shè)計，即能給家居生活帶來美的享受。并且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，家居設(shè)施趨于智能化，智能化的擺臺可以為人們生活提供更多的便利[4-6]。此外，每個人的審美觀各有不同，現(xiàn)有擺臺產(chǎn)品具有大眾通用性，但卻無法滿足人們對各種型號擺臺的個性化需求。

本文擬將設(shè)計一種可定制的3D浮雕擺臺。在形式方面，該擺臺除了以電子相框的形式來展覽照片外，還利用3D技術(shù)制作照片浮雕，增強擺臺的藝術(shù)效果。在智能化方面，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將日歷、環(huán)境溫度、濕度數(shù)據(jù)顯示在擺臺上，為用戶選擇出行著裝提供智能參考依據(jù)。本文將對此內(nèi)容展開如下設(shè)計論述。

1 總體設(shè)計方案

本浮雕擺臺系統(tǒng)如圖1所示，其核心部分為STM32微控制器，溫濕度傳感器將采集數(shù)據(jù)傳送給STM32用于實時顯示，STM32通過繼電器控制浮雕背景燈調(diào)整其藝術(shù)效果，手機通過藍牙模塊與STM32通信發(fā)出浮雕背景燈的遙控指令，利用STM32內(nèi)部時鐘實現(xiàn)日歷功能。

2 硬件部分

2.1 溫濕度監(jiān)測模塊

溫濕度模塊由DHT11控制，該傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個微處理器相連接。通過涉及微控制器芯片等在內(nèi)的電路連接就能夠?qū)崟r地采集本地濕度和溫度。DHT11 與微處理器之間可利用單總線進行通信，僅僅只需要一個 I/O 口。傳感器內(nèi)部濕度和溫度數(shù)據(jù)一次性傳給微處理器，數(shù)據(jù)采用校驗的方式進行校驗，有效地保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計方案

2.2 實時顯示模塊

實時模塊采用精度較高的晶體振蕩器作為時鐘源，為分頻計數(shù)器提供低功耗的優(yōu)質(zhì)實基信號，變換可得精準的實時時間，產(chǎn)生秒、分、時、日等信息。外加電池進行供電，使其在主電源掉電時，還可以正常工作。

2.3 LCD顯示模塊

LCD液晶模塊設(shè)計連接如圖2所示。本款設(shè)計選用的是4.3寸的TFTLCD、即薄膜晶體管液晶顯示器,其工作電壓為3.3 V。該模塊有如下特點:320×240的分辨率，16位真彩顯示。自帶觸摸屏，可以用來作為控制輸入。

圖2 LCD液晶模塊連接圖

2.4 藍牙無線傳輸模塊

ATK-HCO5 型藍牙模塊通信距離在15 m左右，工作溫度為-25℃～75℃。該模塊通過一個串口TTL接口，既可調(diào)用AT指令來設(shè)置和查詢相關(guān)參數(shù)，同時還能實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)透傳。因此該模塊設(shè)有2種模式：AT指令模式和串口透傳通信模式。藍牙模塊與STM32開發(fā)板連接圖即如圖3所示。

圖3 模塊與STM32開發(fā)板連接圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及浮雕3D打印

3.1 溫濕度監(jiān)測模塊

如圖4所示，傳感器模塊測量當前環(huán)境的溫度及濕度，STM32微控制器獲取整合采集到的數(shù)據(jù)并實時顯示在4.3寸顯示屏上。此功能設(shè)置得到的濕度與溫度的允許范圍為20%～90%RH和0 ℃～50 ℃。

圖4溫濕度功能流程圖

Fig.4Temperatureandhumidityfunctionflowchart

3.2 實時顯示模塊

在STM32中有5個時鐘源，實時時間可以利用內(nèi)部的時鐘源來研發(fā)設(shè)置[7-8]。由此達到了在4.3寸顯示屏上動態(tài)呈現(xiàn)日期與時間的功能效果。圖5即為時鐘顯示流程圖。

圖5 時鐘顯示流程圖

3.3 LCD顯示模塊

初始化液晶顯示屏，此后才可啟動顯示時間及溫、濕度數(shù)據(jù)的運行進程，顯示設(shè)計流程如圖6所示。

圖6 LCD顯示流程圖

3.4 藍牙無線傳輸模塊

該模塊的主題功能是，連接成功后，利用手機App發(fā)出指令，通過藍牙將指令傳送至STM32核心板，并根據(jù)指令控制繼電器開關(guān)，從而遙控浮雕照片背景燈開啟組數(shù)，改變背景的亮度。該模塊設(shè)計流程如圖7所示。

圖7 藍牙無線傳輸流程圖

3.5 3D打印照片浮雕

3D打印照片的原理是打印圖案的厚度會導致透光不同，在背光的作用下顯示照片的圖案，本設(shè)計使用PLA材料并通過M200打印機專業(yè)加工，可得打印完成的照片浮雕如圖8(a)所示。基于3D打印照片浮雕的智能擺臺系統(tǒng)如圖8(b)所示。

(a)照片浮雕 (b)浮雕擺臺系統(tǒng)

4 結(jié)束語

本設(shè)計是3D打印嵌入式浮雕擺臺，該擺臺具有3個特點,可闡釋分述如下。

(1)利用溫濕度傳感器、STM32微處理器內(nèi)部時鐘源將環(huán)境信息、日歷信息綜合呈現(xiàn)給人們，為人們出行和日常著裝提供參考。

(2)利用手機App對浮雕擺臺照片的光亮程度進行調(diào)節(jié)，在調(diào)整擺臺觀賞效果的同時，構(gòu)成可調(diào)亮度的臺燈。

(3)利用3D打印技術(shù)制作照片，滿足人們的家居飾品定制化需求。