基于PLC、單片機以及手機APP的一體化智能鞋柜

江遠彬　李奇峰　陳淇瑋　許展鴻　李嘉杰

[摘? ? ? ? ? ?要]? 通過物聯網和通信技術，設計出一款基于PLC、單片機以及手機APP的智能鞋柜。以STM32F429為核心器件，將傳感器與單片機結合，把鞋的參數傳送給觸摸屏和手機APP，通過觸摸屏和手機APP發送指令，PLC接收指令且驅動導軌空間移動，實現存鞋和取鞋，同時具有識別、消毒、烘干等功能。

[關? ? 鍵? ?詞]? PLC;單片機;手機APP;智能鞋柜

[中圖分類號]? TB381? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）22-0198-02

鞋子的臟亂問題一直困擾著人們的日常生活。因此，設計一款自動化的智能鞋柜具有重大的意義。采用單片機結合傳感器采集鞋子的實時數據，通過手機APP和觸摸屏顯示，并實現自動控制，不但輕松解決了人們的煩惱，還整潔了家居的衛生環境。

一、智能鞋柜硬件設計

（一）智能鞋柜的總體方案設計

本系統是以STM32F429為核心，通過Arduino單片機與傳感器結合，進行數據采集，觸摸屏和手機APP顯示數據，PLC驅動導軌空間運動，總體設計框圖如圖1所示。

1.結構設計

本設計選用輕質松木，便于鉆孔和角鐵固定。內空間分為三層四列，且工作區間和四個存儲區間旁邊的區間用于存放電機，通過電機的正反轉進行存鞋和取鞋。

二、智能鞋柜軟件設計

（一）數據采集模塊

本設計采用Arduino單片機與傳感器的結合，通過編程設計對鞋的數據進行實時測量。

1.鞋碼的測量

將超聲波傳感器固定在工作區間的內側，測量從運送區間傳送到工作區間的鞋的距離，用工作區間的總長度減去距離，可以得出鞋的長度，比對尺碼表就可以得到相應的鞋碼。

2.顏色的識別

顏色傳感器通電后，會點亮器件上的4個LED，通過光的反射，傳感器內置濾波器依次過濾三個不同原色后，振蕩器通過OUT引腳輸出信號頻率，便可得到RGB值，根據三原色原理，就可以得到鞋的顏色。

3.溫濕度的測量

溫濕度數字傳感器由電阻式感濕元件和NTC測溫元件組成，近距離測量，數值準確，且濕度誤差為±5%RH，溫度誤差為±2℃，可用于鞋的實時測量。

得到上述實時數據后，將Arduino單片機與STM32F429進行串口通訊，把數據傳輸給STM32F429。

（二）數據顯示模塊

本設計數據的顯示采用兩個終端，分別為觸摸屏和手機APP。

1.觸摸屏的設計

本系統的觸摸屏控制系統是使用以KEIL開發軟件，搭配嵌入式處理圖形庫的變換問題而開發的界面設計軟件STEMWIN，構建的觸摸屏桌面僅以兩個簡潔的按鈕作為主控界面，分別為存鞋與取鞋。當用戶選擇存鞋時會出現一個四按鈕的子窗口供給用戶選擇保養鞋的不同功能或者僅執行存鞋的操作，當用戶選擇取鞋時會出現一個以列表框為主要控件的子窗口，上面顯示的是以多種識別傳感器反饋的所存的鞋的各種數據信息顯示在列表框內供用戶選擇，屏幕示意圖如圖2所示。

2.手機APP的設計

本系統的移動端控制系統是使用物聯網的云開發平臺所構建的APP框架下使用以JAVA為開發語言的android studio軟件進行開發修改的。使用物聯網開發平臺開發的好處在于可以使用平臺已有的服務器使整個鞋柜系統的移動端控制不僅限于短距離的局域網控制，只要在有網的情況下都可以對系統進行控制和實時的監控。系統連電后，用戶需要長按鞋柜上的配網按鈕，使芯片進入配網模式進行聯網，建立通信后系統會自行掃描等待用戶的操作指令。

（三）空間運送模塊

本設計采用兩根導軌，分為橫軌和豎軌，十字連接，并將運送區間固定在豎軌的滑片上，在空間內進行上下左右移動，把鞋送到相應的存儲區間。PLC連接導軌，通過限位開關控制導軌的定位，利用一個中間繼電器模組作為一個在內部的機械按鈕，聯通PLC與STM32F429芯片。當用戶通過控制端對系統下達了存鞋的指令時，系統通過本身內部的傳感器反饋的信息，在預先完成的程序中進行自動分析，得出沒有存鞋的空余的儲存空間，核心控制模塊通過中間繼電器給PLC

下達了指令，軌道通過各空間的限位開關精確地定位至核心控制模塊所指定的空間，到達指定存儲空間時系統會通過程序預先設定自發地啟動運送空間以及存儲空間內的傳送帶模塊將鞋傳送至存儲空間內，而后判斷鞋已存儲完成后，導軌將運送空間自動地返回出口處等待用戶下次指令的來臨。

首先設計存鞋、取鞋按鍵作為狀態繼電器的S狀態步的轉移條件;再通過互鎖設計存鞋時儲存空間的優先級，最后設計導軌的動作過程。主要用到的軟元件有輸入/輸出繼電器、失電保持型狀態繼電器、輔助繼電器和定時器。用到的功能指令只有DPLSR指令，作用是使PLC脈沖信號。PLC產生的脈沖在100ms內分10級加速或減速達到最高頻率3000Hz，導軌控制流程圖如圖3所示。

三、結語

由觸摸屏通信核心控制系統實行用戶的現場控制，通過家庭的無線網絡將智能鞋柜的控制系統與移動端控制設備進行連接，給控制芯片發送用戶的控制指令以及接受控制模塊的反饋信號，實現對系統的物聯網控制。外部多個傳感器的反饋數據實現對鞋的實時狀態進行監控，并與保養模塊通過預設的程序進行有機的運行，實現用戶對鞋的日常清理需求。智能鞋柜的多種功能能很好地豐富智能生活的方式以及滿足用戶對智能家居的更高要求。

未來的生活水平將會不斷提高，人們對日常的基本穿戴要求也會日益提高，未來的智能鞋柜體系應當往更進一步發展，結合未來的5G時代提供更多更方便的用戶保養和管理監控鞋的功能。

參考文獻：

[1]C.K.M. Lee Yaqiong Lv K.K.H. Ng William Ho

K.L. Choy， Design and application of Internet of things-based warehouse management system for smart logistics[J].International Journal of Production Research，2018（8）：15-16.

[2]Wang，Yubo Gong，Bei Zhang，etc.A remote attes-

tation mechanism for the sensing layer nodes of the Internet of Things[J].Future generations computer systems：FGCS，

2018（3）：866-867.

[3]李正明，吳波.基于物聯網的智能家居控制系統研究[J].現代科學儀器，2012（2）：68-71.

[4]張鳳珊.電氣控制及可編程序控制器（2版）[M].北京：中國輕工業出版社，2003.

◎編輯 馮永霞