基于RFID的樹莓派智能衣柜管理系統(tǒng)

許月玲 張世龍仁 任 蔚 謝俊豪 羅 艷

（上海商學(xué)院，上海 201400）

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和傳感器等技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家居受到越來越多人的青睞。隨著人們生活水平的提高和消費觀念的轉(zhuǎn)變，衣柜總是被塞滿各式各樣的服裝，傳統(tǒng)衣柜難免會帶來整理耗時、搭配困難及服飾堆壓受潮等問題，造成人們時間、金錢、精力等方面的損失。智能衣柜應(yīng)運而生，然而目前智能衣柜的定制研發(fā)大多面向高端用戶，價格較為昂貴且僅適用于家居裝修等大幅度整改衣柜情況，難以推廣至在校學(xué)生、上班族等[1]。因此該文以嵌入式技術(shù)為基礎(chǔ)，通過樹莓派搭建Web服務(wù)器，并連接到各種傳感器等硬件實現(xiàn)智能感應(yīng)照明、殺菌抽濕等功能，通過RFID技術(shù)實現(xiàn)對服飾的定位和管理。用戶可在服務(wù)器終端管理自己的衣柜，實現(xiàn)服飾分類管理、實時定位、搭配推薦，多渠道處理閑置衣物及優(yōu)化衣柜環(huán)境。

1 主要使用技術(shù)簡介

1.1 樹莓派技術(shù)

樹莓派為該系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一個具有基本功能的、廉價優(yōu)質(zhì)的硬件平臺。它是一款基于ARM的微型電腦主板，以SD卡為內(nèi)存硬盤，含有眾多接口和引腳等，作為小型服務(wù)器廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，擴展到生活的方方面面[2]。該系統(tǒng)基于樹莓派搭建Web服務(wù)器，并將樹莓派連接到傳感器等器件實現(xiàn)衣柜環(huán)境數(shù)據(jù)采集、顯示系統(tǒng)當前狀態(tài)、數(shù)據(jù)存儲等工作。

1.2 RFID技術(shù)

射頻識別技術(shù)工作原理是閱讀器和標簽之間通過無線通信技術(shù)進行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)自動識別目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，具有易部署、非接觸式傳感、標簽無線供電、無線信息傳輸?shù)忍攸c。該項研究采用RFID柔性服裝標簽，將其附著在服飾原有標識之后，既不影響服飾美觀，同時耐高溫洗滌，利于長期穩(wěn)定使用；并選用RC522閱讀器讀寫標簽信息，記錄服飾存取活動并實現(xiàn)實時定位；應(yīng)用軟件系統(tǒng)負責收集和處理RFID標簽內(nèi)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，解讀標簽發(fā)出的無線電波，并讀寫數(shù)據(jù)。

1.3 傳感器技術(shù)

傳感器能夠感知周圍環(huán)境，監(jiān)測特定指標量，根據(jù)一定的傳輸協(xié)議寫入程序，將傳感器監(jiān)測并發(fā)送的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為需要的數(shù)據(jù)。作為信息獲取的重要手段，傳感器的種類和工作原理各式各樣，成為實現(xiàn)智能化、自動化控制的重要環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)將樹莓派連接到DHT11溫濕度傳感器、光敏傳感器、HC-SR501人體紅外傳感器、紫外線消毒燈、觸控感應(yīng)開關(guān)和LED燈，實現(xiàn)烘干除濕、殺菌祛螨、智能照明的目標[3]。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計主要包括硬件控制模塊和服務(wù)器部分，如圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計圖

硬件控制部分主要以樹莓派作為智能衣柜的主控制器，通過有線電源為其提供電量，連接LCD1602液晶屏顯示服飾存取信息和服務(wù)器IP地址，構(gòu)成核心控制電路部分。而通過面包板中介可以擴展樹莓派連接的控制設(shè)備，該系統(tǒng)用到的器件主要有繼電器、HC-SR501人體紅外傳感器、DHT11溫濕度傳感器、無源蜂鳴器、紫外線殺菌燈、智能觸控開關(guān)、RFID-RC522閱讀器和RFID柔性標簽等。服務(wù)器端主要由HTML網(wǎng)頁技術(shù)和CGI程序?qū)崿F(xiàn)，通過Boa服務(wù)器實現(xiàn)在手機和電腦端查看和管理服飾以及遠程控制衣柜環(huán)境等功能。在樹莓派上啟用SSH進行遠程訪問，搭建Web服務(wù)器，編寫嵌入式文件系統(tǒng)，并移植Boa服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。用戶可以通過給定IP地址登錄該智能衣柜管理系統(tǒng)，手機或電腦端都可以登錄，隨時查看和管理衣柜內(nèi)服飾和環(huán)境。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

該系統(tǒng)包括樹莓派、RFID模塊、傳感器等硬件設(shè)備，依托物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式、HTML網(wǎng)頁服務(wù)器終端，實現(xiàn)了智能衣柜管理。樹莓派作為該系統(tǒng)的主控制模塊，通過Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)搭建Web服務(wù)器，并應(yīng)用HTML網(wǎng)頁作為服務(wù)器終端[4]，實現(xiàn)對衣柜的智能管理，系統(tǒng)實現(xiàn)流程見圖2。

圖2 系統(tǒng)功能流程圖

主要實現(xiàn)功能說明如下。

DHT11溫濕度傳感器檢測衣柜的溫濕度，并可自動進行除濕。當濕度高于設(shè)定最高值時，繼電器自動閉合，加熱設(shè)備烘干除濕，直到濕度降低至設(shè)定值停止工作。

紫外線消毒燈殺菌消毒，由繼電器驅(qū)動，設(shè)定具體時間段工作，為衣柜殺菌祛螨。

HC-SR501人體紅外傳感器用于監(jiān)測人體的存在，確保以上傳感器的操作在無人條件下進行，以免繼電器加熱和紫外線殺菌時對人體造成傷害。

智能觸控感應(yīng)開關(guān)和LED燈實現(xiàn)智能觸控照明，也可從服務(wù)器端控制燈光開關(guān)。

LCD1602液晶屏：顯示W(wǎng)eb服務(wù)器的IP地址以及進入或退出系統(tǒng)的RFID標簽。

RFID-RC522及RFID服飾標簽：用于標注服裝進出，記錄服飾存入和取出的活動；將大致已知位置的衣物指定為錨節(jié)點，可以通過聚類分析對特定服飾進行定位。

無源蜂鳴器：每次存入或取出服飾時，檢測到RFID標簽，蜂鳴器發(fā)出聲音。

登錄服務(wù)器終端，可以對服飾進行分類管理、定位特定服飾、智能環(huán)境優(yōu)化以及對閑置服飾進行多渠道處理，通過超鏈接技術(shù)提供服飾捐贈、共享租衣、改造設(shè)計等選擇。

2.3 嵌入式平臺實現(xiàn)

基于嵌入式Web服務(wù)器的應(yīng)用是嵌入式開發(fā)的一種主流趨勢。該系統(tǒng)中服務(wù)器端的實現(xiàn)，主要應(yīng)用Boa服務(wù)器實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式設(shè)備之間的信息交互，MySQl數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲以及嵌入式CGI技術(shù)和網(wǎng)頁HTML技術(shù)實現(xiàn)智能衣柜管理系統(tǒng)。Boa服務(wù)器在Linux環(huán)境下可以兼容CGI技術(shù)，是一款小巧的HTTP服務(wù)器。其原理如下。瀏覽器與服務(wù)器建立連接，再通過SOCKET套接字進行數(shù)據(jù)的傳輸。瀏覽器通過GET和POST傳遞參數(shù)，服務(wù)器通過HTTP協(xié)議接收請求。根據(jù)不同請求實現(xiàn)不同結(jié)果，調(diào)用HTML網(wǎng)頁或CGI：調(diào)用HTML時，瀏覽器會自動跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的HMTL網(wǎng)頁；而調(diào)用CGI時，Boa服務(wù)器會執(zhí)行HTML網(wǎng)頁對應(yīng)CGI程序，將執(zhí)行結(jié)果返回至服務(wù)器，在瀏覽器頁面進行顯示。Boa服務(wù)器工作原理見圖3。

圖3 Boa服務(wù)器工作原理

通過網(wǎng)頁可將信息傳遞到用戶，應(yīng)用超連接技術(shù)，采用HTML實現(xiàn)服務(wù)器端的文本文件功能，并通過瀏覽器分解網(wǎng)頁，將網(wǎng)頁內(nèi)容展示給人們。在智能衣柜管理系統(tǒng)中先需要設(shè)計網(wǎng)頁，把做好的網(wǎng)頁放在Boa服務(wù)器的WWW文件里，當服務(wù)器端瀏覽器對網(wǎng)頁發(fā)出請求時，服務(wù)器就把HTML文件的內(nèi)容發(fā)送給瀏覽器，待解析完便可進入智能衣柜管理系統(tǒng)網(wǎng)頁。嵌入式開發(fā)平臺移植以及運行Boa服務(wù)器，通過輸入開發(fā)平臺IP地址登錄WWW目錄下的HTML網(wǎng)頁。HTML網(wǎng)頁和服務(wù)器之間通過CGI程序進行數(shù)據(jù)處理的傳輸，實現(xiàn)網(wǎng)頁動態(tài)化，衣柜內(nèi)的環(huán)境信息會實時通過Boa服務(wù)器上傳到網(wǎng)頁，并可在網(wǎng)頁客戶端實現(xiàn)遠程操作[5]。

3 系統(tǒng)測試結(jié)果

通過對該智能衣柜管理系統(tǒng)進行測試，具體情況說明如下：1）通過IP地址可以登入該系統(tǒng)進行操作；2）當附著RFID服裝標簽的衣物存入或取出衣柜時，蜂鳴器正常工作，發(fā)出聲響，LCD液晶屏相應(yīng)顯示“item in/out”字樣；并在服務(wù)器端更新信息，錄入服飾信息并記錄服飾存取活動；3）系統(tǒng)可對服飾進行分類管理，方便用戶查看服飾信息、進行服飾搭配，還有服飾實時定位；4）閑置服飾的處理。通過超鏈接技術(shù)，該系統(tǒng)提供了舊衣捐贈、共享租衣、改造設(shè)計服務(wù)，分別鏈接到對應(yīng)網(wǎng)頁，測試運行結(jié)果成功；5）在環(huán)境信息模塊可以看到該衣柜環(huán)境，如溫度、濕度等；6）在遠程控制模塊可以對傳感器進行遠程控制，如加熱設(shè)備進行烘干、紫外線殺菌消毒、智能照明，并設(shè)置一定的工作時間段，見圖4。

圖4 遠程控制頁面

綜上所述，系統(tǒng)可以較靈敏地實現(xiàn)烘干除濕、殺菌消毒、智能照明和服飾管理、閑置處理等功能，可以投入實際生活使用。

4 總結(jié)

該文提出了一種基于RFID技術(shù)的樹莓派智能衣柜管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在服飾管理方面，提供分類管理、實時定位、閑置處理等服務(wù)；在衣柜環(huán)境優(yōu)化方面，實現(xiàn)殺菌消毒、烘干除濕、智能觸控照明等功能。通過手機或網(wǎng)頁登錄IP地址，可實時管理服飾信息、遠程控制環(huán)境。該系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化、自動化管理衣柜的目標，可直接在傳統(tǒng)衣柜基礎(chǔ)上安裝，無須太大改動就可極大提高人們管理衣柜的效率，可應(yīng)用于學(xué)生宿舍、員工宿舍、家庭、出租屋等多種場合。