智能衣柜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述*

黃照焱 徐柏

廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院 廣東 廣州 510990

引言

作為“互聯(lián)網(wǎng)＋”人工智能的重要發(fā)展方向，智能產(chǎn)業(yè)已成為全球發(fā)展最快、市場(chǎng)潛力最大的領(lǐng)域之一。在智能家居系統(tǒng)研發(fā)方面，我國(guó)的智能家居相對(duì)于國(guó)外起步較晚，尚未形成一定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前，主要采用國(guó)外的一些技術(shù)產(chǎn)品，現(xiàn)有的智能衣柜系統(tǒng)功能單一，實(shí)用性不強(qiáng)。因此，研發(fā)一款具有功能多樣，實(shí)用性強(qiáng)，使用方便的智能衣柜系統(tǒng)能提高人們的生活舒適度，有一定的應(yīng)用前景。

基于此，本文設(shè)計(jì)出了一款新型的智能衣柜，該智能衣柜集合自動(dòng)控制原理和嵌入式技術(shù)于一體，做到自動(dòng)識(shí)別控制、環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、stm32系列芯片相互結(jié)合，組成手動(dòng)與自動(dòng)交替使用的智能化產(chǎn)品。

1 智能衣柜系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

圖1 智能衣柜系統(tǒng)的框架圖

智能衣柜系統(tǒng)的框架圖如圖1所示，以嵌入式STM32芯片為核心，使用溫度傳感器、濕度傳感器、紅外傳感器和漏電流傳感器等作為檢測(cè)模塊；以超聲波模塊、加熱模塊、紫外線模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等為功能模塊；以顯示交換云平臺(tái)數(shù)據(jù)為觀察模塊；以溫度報(bào)警、蟲體報(bào)警、漏電報(bào)警為報(bào)警模塊，以達(dá)到烘干除濕、防蟲殺菌、功能自啟、實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)控和數(shù)據(jù)更新效果[1]。

2 智能衣柜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 嵌入式STM32硬件系統(tǒng)

（1）電源模塊的設(shè)計(jì)

供電電路采用極性電容和無(wú)極性電容均為濾波電容，作用是減小輸出電壓紋波并抑制AMS1117產(chǎn)生自激振蕩，其中有極性電容還可以較好地對(duì)供電電路起到電壓補(bǔ)償作用，可以把有極性電容比作一個(gè)蓄水池，當(dāng)河流量減小時(shí)，蓄水池可以充當(dāng)臨時(shí)補(bǔ)充水源；在電路上來(lái)說(shuō)，使得穩(wěn)壓供電電路具備更好的抗干擾性能。

（2）復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

復(fù)位采用一個(gè)簡(jiǎn)單RC串聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)，時(shí)間常數(shù)τ= 1ms。在復(fù)位開(kāi)關(guān)沒(méi)有被按下的時(shí)候，由于電容的蓄電荷作用提供一個(gè)高電平信號(hào)給NRST引腳，使得芯片不被該引腳所復(fù)位。在復(fù)位開(kāi)關(guān)被按下的時(shí)候，電容被復(fù)位開(kāi)關(guān)短路，迅速放電，產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)使芯片復(fù)位。實(shí)際上RC串聯(lián)電路是一個(gè)典型的慣性環(huán)節(jié)，其從過(guò)渡態(tài)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間為3T。也就是說(shuō)復(fù)位按鍵使得NRST引腳上產(chǎn)生的低電平信號(hào)保持時(shí)間在3ms左右。

（3）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器電路的設(shè)計(jì)

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。

（4）加熱除濕電路

加熱除濕電路由風(fēng)扇增流模塊與熱電升溫模塊兩個(gè)模塊組成，其中風(fēng)扇增流模塊是利用一個(gè)小電機(jī)，結(jié)合繼電器控制，達(dá)到除濕效果。熱電升溫模塊則是采用PTC加熱片，結(jié)合繼電器控制加熱片工作，控制周圍環(huán)境在恒溫以及增溫狀態(tài)。

（5）紫外線殺菌裝置及升降模塊的機(jī)械結(jié)構(gòu)

紫外線殺菌功能位于柜體的內(nèi)部空腔。紫外線殺菌照射裝置利用醫(yī)用紫外線燈組裝，電壓為12V，連接外部傳感面板以及衣柜按鈕傳感器。當(dāng)使用者在將衣物放入本區(qū)域后，通過(guò)觸控面板或者鏈接按鈕都可以開(kāi)始或者停止對(duì)此區(qū)域的紫外線照射殺菌過(guò)程。在通過(guò)觸摸控制面板以及衣柜按鈕對(duì)紫外線殺菌照射裝置進(jìn)行控制時(shí)，會(huì)進(jìn)行一段時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，此段時(shí)間將一直對(duì)衣柜中區(qū)域內(nèi)衣物進(jìn)行紫外線照射殺菌。

在放置以及拿取衣物時(shí)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)在導(dǎo)軌上的上下運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)衣柜內(nèi)部空間層次進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，以達(dá)到對(duì)柜內(nèi)空間的有效利用以及方便拿取及放置衣物。在各模塊協(xié)調(diào)運(yùn)作時(shí)例如殺菌模塊或加熱模塊運(yùn)作時(shí)，通過(guò)升降模塊對(duì)柜內(nèi)衣物位置調(diào)整，以便最大限度地發(fā)揮出殺菌與除濕加熱效果。升降模塊由步進(jìn)電機(jī)與導(dǎo)軌構(gòu)成主要部分，步進(jìn)電機(jī)在導(dǎo)軌上的上下移動(dòng)帶動(dòng)柜層的移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)升降功能[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了智能衣柜的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及各模塊的設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了智能衣柜具備殺菌、烘干防潮、自動(dòng)識(shí)別控制等多項(xiàng)功能。能實(shí)現(xiàn)保護(hù)衣物、防范衛(wèi)生、實(shí)時(shí)監(jiān)控和便捷化的效果，給廣大家庭生活帶來(lái)便捷。