徐 穎，何家錚，陳 馳，張 鵬

(合肥工業(yè)大學 機械工程學院，安徽 合肥 230009)

0 引言

隨著科技的進步，智能家居逐漸走入人們家中，從而創(chuàng)造了一個更加智能的家居環(huán)境。傳統(tǒng)衣柜存在高處空間難以利用、高處存取衣物不方便、衣物長期存放會產(chǎn)生霉變等問題。針對此，本文設計了一種基于stm32f4的吊裝式衣柜控制系統(tǒng)，實現(xiàn)高處取放衣物方便、除濕、殺菌的功能。

1 吊裝式衣柜控制系統(tǒng)總體結構

圖1為吊裝式衣柜控制系統(tǒng)總體結構框圖，該系統(tǒng)由stm32單片機、各傳感器模塊、ESP8266 WiFi模塊等組成。溫濕度傳感器檢測衣柜環(huán)境溫度、濕度情況，經(jīng)單片機數(shù)據(jù)處理，判斷是否達到設定閾值，返回的數(shù)據(jù)作為自動控制模式的參考，若達到閾值，則執(zhí)行除濕、殺菌功能；ESP8266 WiFi模塊通過云服務器實現(xiàn)手機APP與衣柜終端的數(shù)據(jù)鏈接，從而監(jiān)控衣柜環(huán)境和執(zhí)行除濕、殺菌功能；OLED屏幕可以實現(xiàn)衣柜溫濕度的顯示，又可以直接通過控制電平的方式控制衣柜各功能的運行。

圖1 吊裝式衣柜控制系統(tǒng)總體結構框圖

2 控制系統(tǒng)硬件設計

2.1 機械機構

吊裝式衣柜控制系統(tǒng)機械機構如圖2所示，由鏈傳動裝置、滾珠絲杠裝置、衣架桿裝置以及電機組成。其主要功能是將衣物懸掛于衣架桿上并利用衣柜結構懸掛于墻壁高處，存放和拿取時，目標衣架桿運動到指定存放位置，方便使用者存取操作；輔助功能包括柜門打開、排氣扇運轉除濕、紫光燈殺菌抑制霉變。

2.1.1 鏈傳動裝置

鏈傳動裝置由鏈輪1、鏈條2、左C形口連接固定4、步進電機及錐齒輪5組成，通過步進電機及錐齒輪5運動驅動鏈輪1轉動，實現(xiàn)左C形口連接固定4隨著鏈條運動。

2.1.2 滾珠絲杠裝置

滾珠絲杠裝置由右C形口連接固定10、絲杠11、步進電機及錐齒輪12組成，通過步進電機及錐齒輪12運動驅動絲杠11轉動，實現(xiàn)右C形口連接固定10的上下運動。

2.1.3 衣架桿裝置

衣架桿裝置包括衣架桿13、舵機9和舵盤8，衣架桿13在一個衣柜內有6個，內部設有套筒可以進行伸縮變化，通過左C形口連接固定4與鏈傳動裝置相連接，6個衣架桿均勻分布在鏈條2上，隨著鏈條2在衣柜內運動。當目標衣架桿13隨著鏈條2運動到圖2所示C形口對接位置時，通過舵機9帶動舵盤8轉動，舵盤8轉動驅動衣架桿13從左C形口連接固定4運動到右C形口連接固定10上，或反向運動，從而實現(xiàn)衣架桿13從柜內存放環(huán)境與柜外拿取環(huán)境之間的切換。

1-鏈輪；2-鏈條；3-溫濕度傳感器;4,7-左C形口連接固定；5,12-步進電機及錐齒輪；6-限位開關；8-舵盤；9-舵機；10-右C形口連接固定；11-絲杠；13-衣架桿

2.1.4 柜門運動裝置

吊裝式衣柜外形如圖3所示。柜門運動裝置為步進電機滾珠絲杠螺母15，螺母固定在柜門上，通過電機旋轉帶動絲杠轉動，實現(xiàn)將電機轉動轉化為柜門移動。

14-排風扇；15-步進電機絲杠螺母

2.2 控制模塊設計

本裝置采用stm32f4單片機作為主控制器，控制模式包括手動模式和自動模式。自動模式下，利用單片機處理傳感器獲取的信息，判斷是否達到設定的閾值，若是，則打開衣柜柜門通風、開啟排氣扇除濕和紫光燈殺菌；手動模式下，直接通過手動控制電平信號，跳過單片機信息處理的過程，將目標衣架桿運動到指定存取位置或進行柜內的除濕、殺菌。手機APP可以實現(xiàn)自動模式的控制，顯示屏既可以實現(xiàn)自動模式控制，又可以實現(xiàn)手動模式控制。

2.2.1 環(huán)境監(jiān)測模塊

環(huán)境監(jiān)測采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器，包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件。溫濕度模塊監(jiān)測衣柜內環(huán)境溫濕度情況，將檢測到的溫濕度信息發(fā)送給單片機控制模塊，由單片機進行數(shù)據(jù)處理，當判斷到衣柜內環(huán)境溫濕度達到設計的閾值時，系統(tǒng)驅動電機，實現(xiàn)柜門開啟、排氣扇除濕、紫光燈殺菌的功能，保證衣服不發(fā)生霉變。

2.2.2 限位開關模塊

限位開關無需與運動部件進行直接接觸，當限位開關感應到物體時，觸發(fā)開關動作，產(chǎn)生的信號為單片機提供控制指令，能夠精準地控制滾珠絲杠裝置中右C形口連接固定和左C形口連接固定到達指定C形口對接位置。

2.2.3 WiFi模塊

本設計采用ESP8266WiFi模塊，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為衣柜環(huán)境的濕度和溫度以及限位開關的位置，由于傳輸數(shù)據(jù)較小，且對數(shù)據(jù)及時性要求不是很高，因此選用阿里云服務連入云端，通過阿里云中附帶的APP智能生成模塊生成本項目自帶的APP，其中APP中顯示區(qū)域反饋的數(shù)值包括溫濕度傳感器以及多個限位開關的參數(shù)。操作區(qū)域設置了“開衣柜門”、“開排氣扇”、“開紫光燈”、“自動模式選擇”按鈕，實現(xiàn)利用手機APP遠程操縱家用衣柜，達到除濕、殺菌的功能。

2.2.4 顯示、控制模塊

采用OLED屏幕，用于實現(xiàn)智能衣柜的可視化操作。該顯示屏能夠顯示溫濕度傳感器檢測到的環(huán)境信息、限位開關信息以及系統(tǒng)模式選擇的情況；操作界面具有“模式：手動/自動”、“取衣”、“存衣”、“柜門開/關”、“排氣扇開/關”、“紫光燈開/關”等多種選項。

2.2.5 除濕模塊

當處理器檢測到環(huán)境溫濕度達到設計閾值時，則控制電機驅動排風扇運動和柜門開啟，實現(xiàn)除濕、通風的作用。

2.2.6 殺菌模塊

采用紫光燈殺菌，通過破壞細菌或病毒中的DNA或RNA實現(xiàn)殺菌功能，由于紫光燈處于柜內環(huán)境中，對柜外環(huán)境幾乎不存在影響，所以系統(tǒng)選用該殺菌方式。

3 系統(tǒng)軟件控制

本系統(tǒng)采用keil軟件作為編譯軟件，以C語言作為編程語言，以stm32f4為控制核心，通過控制電機運動和電平變化實現(xiàn)目標衣架桿運動到指定存取位置以及打開柜門、排風扇除濕、紫光燈殺菌等功能，也可以通過傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)、單片機處理數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動控制開柜門、排風扇，紫光燈殺菌等功能。高處取衣功能程序流程如圖4所示，除濕、殺菌功能程序流程如圖5所示。

圖4 高處取衣功能程序流程

圖5 除濕、殺菌功能程序流程

4 結語

本文設計了一種基于stm32f4的吊裝式衣柜控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了高處取放衣物方便、除濕、殺菌的功能，解決了傳統(tǒng)衣柜高處存取衣物不方便，同時由于在梅雨季節(jié)衣柜環(huán)境潮濕導致衣物發(fā)霉的問題，從而創(chuàng)造了一個更加智能的家居環(huán)境。