基于WIFI 的智能衣柜系統

喬世民，廖翔，陳維佳，單尊，陳馨怡，王培元

（湖北文理學院汽車與交通工程學院，湖北襄陽，441053）

0 引言

衣柜是從古代就開始使用家具之一，以前的衣柜只是滿足人們節省空間分類存放的要求。但隨著科技水平的不斷提升和人們越來越高的生活水平，人們在家具的使用和設計上不斷的改進和完善，但一直到今天，衣柜的要求依然沒達到人們的期望，為了防止衣服在梅雨天氣容易發霉和潮濕這一現象，人們在衣柜的設計上不斷的進行改進，但目前最為前沿的設計也只能通過在衣柜中安裝一個固定的烘干設備，并不能實現衣柜的智能化，沒有最大程度滿足人們要求。衣物在烘干過程中，用戶無法通過 PC 端、手機 APP 查看系統運行狀態，無法進行遠程控制，離理想中的智能化還有一段距離。

為解決這一問題，本設計通過改進衣柜的結構，在原有的基礎上給衣柜加入目前最為方便的WIFI 模塊，使它能夠與PC 端或者用戶手機實現數據交換和實時監控，并且在原有只能烘干的基礎上，加入祛濕和防霉功能且無需人為檢測和運行，實現衣柜的最大智能化，以此滿足人們要求[1]。

1 智能系統結構設計

1.1 系統框架設計

此系統主要以實現溫濕度檢測，烘干，消毒，遠程監控，語音提醒，人機互動等功能。系統主要有三部分組成：衣柜終端-WIFI-手機顯示，衣柜控制終端內的各種傳感網對衣柜內部的溫濕度進行檢測，做出相應的除潮祛濕，烘干，消毒一些列的操作，并通過WIFI 與手機建立聯系向手機反饋運行狀態。

1.2 衣柜系統智能化設計

為使衣柜更具智能化，系統分為手動和自動兩種模式，當系統為自動模式時，可根據衣柜中的環境對衣物進行定時的檢測，除潮除濕，烘干以防止衣物發霉，在每次處理完之后會將衣柜中的運行狀態反饋到用戶手機，并且為不打擾到用戶休息，在夜間時間，系統不會自啟動，除非人為啟動。當系統為手動模式時，用戶可根據自己的要求，設定運行時間，烘烤溫度以及除濕程度，并設有語音播報系統以更直觀方式提醒用戶。

1.3 衣柜結構設計

衣柜內區域分為動作存放區和無動作存放區，根據用戶的要求無動作存放區也可根據衣物材質進行分區存放，各個區域之間相互獨立，無動作區域不會進行任何功能。衣柜底部為智能衣柜終端控制系統。動作區中濕衣物區和干衣物區都有各自的溫濕度傳感器，且該傳感器對衣柜中的溫濕度環境進行實時監管控，一旦溫度或者濕度超過了設定指標，傳感器就將數據反饋給處理器，處理器將根據來自不同的傳感器做出不同的操作，實現各區域之間互不干擾。使各區域間保持最佳存放環境。

2 系統硬件設計

智能衣柜控制終端主要由電源模塊和核心控制板組成。電源模塊包括三種降壓電路。核心控制板以 STM32 為核心處理器，控制外設各個功能模塊(烘干祛濕模塊、殺菌消毒模塊等)進行工作。具體硬件架構如圖1 所示。

圖1 系統硬件架構

2.1 中央處理器模塊

圖2 STM32 最小系統原理圖

數據處理模塊是基于ARM 微處理器32 位的Cortex—M3CPU 內核的STM32F103RCT6 作為核心處理器。有從64K 或128K 字節的閃存程序存儲器，10K～16K 字節的SRAM。2.0 ～3.6V 的電源供電，上電/斷電復位、可編程電壓檢測器，內部有8MHz 的RC 振蕩器,并且置有校準的40KHZ 的RC 振蕩器以及產生CPU 時鐘的鎖相環路（PLL）,帶校準功能的32kHzRTC 振蕩器,睡眠、停機和待機模式,VBAT 為RTC 和后備寄存器供電。內部有3 個16 位定時器，每個定時器均有4 個可作為數據捕獲、比較以及脈沖計數的通道，并且IO 端口多達80 多個，可以完成各類的數據交換[2][3]。

2.2 烘干祛濕防霉模塊

在檢測衣物的潮濕度時，采用PTC 模塊，PTC 加熱體為加熱元件，無明火，加熱效率高達95%，其內部設計有故障保護裝置，對于各種意外情況及故障可做出準確判斷，并自動采取保護措施，且體積小巧，最適宜在衣柜這樣的小空間進行安裝。在其他方面還可還可利用外控負載接口外接通風扇，實現雙向溫度調節，有效的實現對衣物的烘干除濕。

2.3 殺菌模塊

常用的殺菌有紫外線殺菌，臭氧殺菌和等離子殺菌。三種殺菌方式有所不相同，前兩種采用生物殺菌的原理，通過改變細菌和病毒的DNA 或RNA 的排列方式使之死亡，這樣就達到了殺菌的目的，但前兩種對人體的威脅較大，容易對人體造成傷害，因此不適用與本系統。等離子殺菌的原理是將低電壓實現正負高壓的轉換，電離空氣中的正、負離子，利用正負離子在空氣中發生中和的同時會釋放不利于細菌生存的能量波，使其死亡，從而實現殺菌的目的，此殺菌方式不會產生對人體有害的物質，所以最終選用等離子殺菌方式[4]。

2.4 溫濕度傳感器模塊

此系統中主要用STM32 開發板作為溫濕度傳感器的核心處理單元，溫濕度傳感器將檢測到的數據反饋給處理器，處理器根據事先寫好的溫濕度臨界值動作程序對不同時刻的溫度進行處理和分析，并對加熱裝置和除濕裝置進行控制，使其對衣柜中進行加熱和除濕，這個時候溫濕度傳感器仍在工作，當濕度和衣柜溫度重新回到設定值以下時，溫濕度傳感器再次將檢測到的數據反饋給處理器，處理器做出判斷停止加熱和除濕裝置的動作，等待下次命令。在這一循環中，中央處理器會將運行狀態和處理數據反饋給用戶，用戶也可根據自己的要求在手機上APP 上對系統運行的狀態進行調整，人為的實現系統的啟停和運行時間，使系統更加智能化。

2.5 人機交互模塊

人機交互模塊用和STM2 開發板配套的2.8 寸液晶顯示屏與用戶實現面對面的人機交互，并且還并以一種以ARM為核心的嵌入式語音識別模塊，模塊的核心處理單元也使用STM32 作為CPU，此模塊以對話管理單元為中心，通過以LD3302 芯片為核心的硬件單元實現語音識別功能，采用嵌入式操作系統來實現統一的任務調度和外圍設備管理。

2.6 Wi-Fi 模塊

802.11 協議是IEEE802-r 作組定義的第一個被國際認可的無線局域網協議，具有可移動性WIFI 協議的無線局域網，采用動態拓撲結構且與終端易建立聯系。用戶可根據自己的要求在不同的環境中建立局域網來搭建自己網絡系統。為了實現方便，本文選擇一個開發文檔豐富的WIFI模塊，模塊型號為WIFI-M03，WIFI-M03 模塊的設計采用UART 接口，即符合了國際無限局域網的標準，也滿足了與STM32 處理器建立聯系的要求，直接使用簡單的插針接口就可與主機實現通信。

2.7 電源模塊

本系統采用集成穩壓的電路原理實現電源模塊工作，所謂集成穩壓器，就是用半導體工藝和薄膜工藝將穩壓電路中的二極管、三極管，電阻等元件制作在同一半導體或絕緣基片上，形成具有穩壓功能的固定電路。本文用到的穩壓芯片為7812 和7805 以及ASM1117，它們的使用方便，用很簡單的電路即可實現一個可調的直流穩壓電源，將家用220V 電壓轉成12V、5V 以及3.3V，剛好是32 系列單片機的運行所需電壓。

圖3 AC220V—DC12V 降壓電路

圖4 DC12V—DC5V 降壓電路

圖5 DC5V—DC3.3V 降壓電路

2.8 安全防護模塊

實現智能化的前提也要保證系統的安全穩定運行，其中采用的保護有短路保護和溫控保護，為防止電路出現短路引發安全事故，在線路的干路中串接了一枚230V/10A 保險絲，一點出現短路，保險絲便會立刻熔斷跳閘進行保護。PTC模塊由于器自身的物理特性，當溫度超過了預定值之后，溫控保護裝置會立即切斷電源。其中衣柜中還設有煙霧報警裝置，保證能夠在第一時間發現危險。

3 軟件設計

3.1 控制流程設計

圖6 Wi—Fi 數據處理流程

當衣柜系統正式工作時，當系統檢測當前衣柜內濕度時，若檢測出濕度比設定初值要高，則應啟動去潮去濕程序；若檢測到衣柜內有衣物時，則應開啟防霉烘干的程序。在這兩個程序運行過程中實時通過 Wi-Fi 模塊連接網絡正常，向服務器發送數據，從而控制系統內部程序的運行，改變相對應的控制參數。Wi-Fi模塊接收串口數據，來執行相對應的控制程序。

3.2 控制算法設計

該系統主要控制算法有祛潮祛濕、防霉烘干等功能。祛潮祛濕算法：已知在室內濕度長期大于60%的情況下衣物容易發霉，首先將相關模塊初始化，檢測柜內濕度，若濕度大于60%，則開啟祛潮祛濕模塊，直到檢測柜內濕度小于60%，才結束運行；防霉烘干算法：將結束時閥門的濕度設定一個初值，檢測柜內的濕度，將其濕衣物放進柜內，開啟烘干、殺菌消毒模塊，再檢測柜內相應的濕度，與給定初值作出對比，從而達到快速烘干的效果。

3.3 系統測試

在進行衣柜的去潮去濕測試中，設計了三組測試實驗。主要區分條件：不同環境濕度下會對祛潮的時間和衣服的件數對祛潮的時間產生什么影響。第1 組和第2 組主要區分為不同環境濕度對衣柜的祛潮時間的影響；第1 組和第3 組主要區分衣柜中衣服的件數對衣柜的祛潮時間的影響。第1組環境為：濕度48%，衣服件數4 件；第2 組環境為：濕度63%，衣服件數4 件。第3 組環境為：濕度48%，衣服件數2 件。對比第1 組和第2 組測試數據可知，室內濕度越大，去潮去濕耗費的時間越長；對比第1 組和第3 組實驗可知，衣柜中衣服的件數越多，耗費的時間則越長。

4 總結

本文建立了一種WIFI 技術的智能衣柜系統，系統有祛潮祛濕；防霉烘干等功能。各個模塊相互工作,不相影響。每個模塊都能正常運行。另外系統的穩定性、抗干擾性仍需提高。在研究智能衣柜系統過程盡管我們有很多的錯誤，但也從中學習到了很多。