基于STM32的智能鞋柜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于STM32的智能鞋柜系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：針對傳統(tǒng)鞋柜性能簡單以及鞋子容易“臟、潮、臭”的問題，設(shè)計(jì)了一款以STM32為主控芯片，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)APP客戶端，實(shí)現(xiàn)鞋柜信息實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能控制等功能。通過實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)能夠有效去除臭味，功能較穩(wěn)定，操作較簡單，具備較高的適用價(jià)值。關(guān)鍵詞：智能鞋柜；STM32；物聯(lián)網(wǎng)引言智能家居作為新生產(chǎn)業(yè)，發(fā)展迅速。當(dāng)代人越來越追求生活的品質(zhì)以及自身的健康狀況，足部健康也愈發(fā)被人們重視，所以，對于鞋子的護(hù)理變得更加重要。而傳統(tǒng)的鞋柜，性能簡單，且空間較小，會導(dǎo)致鞋柜內(nèi)細(xì)菌滋生、發(fā)霉等。人們穿著這種滿是細(xì)菌的鞋子，易引發(fā)各種足部的疾病，對于身體健康也是非常不利的。該文章是基于STM32的智能鞋柜系統(tǒng)，結(jié)合傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對傳統(tǒng)鞋柜進(jìn)行升級，加入了殺菌除臭、狀態(tài)信息顯示等功能，使用STM32并嵌入算法實(shí)現(xiàn)鞋柜的智能控制。1

總體設(shè)計(jì)該智能鞋柜系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，包括STM32模塊、溫濕度參數(shù)檢測模塊、氣體濃度檢測模塊、電源模塊、清潔消毒模塊、無線WIFI模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、顯示模塊。當(dāng)鞋子放進(jìn)鞋柜時(shí)，客戶可通過APP進(jìn)行操作。系統(tǒng)自動檢測鞋柜內(nèi)部溫濕度以及氣體參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32主控單元，主控板發(fā)送指令給驅(qū)動模塊控制風(fēng)扇、紫光燈、刷子等交替工作，完成鞋柜的祛濕防霉、殺菌除臭和自動擦鞋功能。并且能夠?qū)τ脩舻纳眢w情況進(jìn)行檢測，通過手機(jī)APP發(fā)送消息給用戶。[1]本產(chǎn)品通過手機(jī)APP客戶端，液晶顯示屏等電子器件，實(shí)現(xiàn)智能控制鞋柜，幫助用戶了解鞋柜的實(shí)時(shí)情況。2

硬件設(shè)計(jì)2.1

STM32主控模塊本智能鞋柜系統(tǒng)采用STM32F103作為主控板，此種單片機(jī)處理速度遠(yuǎn)高于51及MSP430系列單片機(jī)，且IO口較多，能夠滿足外設(shè)傳感器較多引腳的要求。是整個(gè)系統(tǒng)的核心，用于各模塊間的交流，收集溫度、濕度、氣體濃度等參數(shù)，通過無線WIFI與APP客戶端，發(fā)送數(shù)據(jù)，控制殺菌消毒。[2]2.2

溫濕度檢測模塊溫濕度檢測模塊選擇DHT11傳感器，該傳感器結(jié)合了數(shù)字模塊采集技術(shù)，準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性較高，操作較簡單，測量精確。最大的好處就是具備簡單的單線制串行接口，占引腳數(shù)量很少，能夠在單片機(jī)的開發(fā)中變得簡單。DHT11負(fù)責(zé)收集鞋柜內(nèi)的溫濕度信息集，并將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)。當(dāng)參數(shù)值超過設(shè)定值時(shí)，由STM32單片機(jī)發(fā)送指令給電機(jī)驅(qū)動模塊執(zhí)行相應(yīng)的清潔殺毒操作。2.3

氣體檢測模塊氣體濃度檢測模塊選用MQ135傳感器，此傳感器的活性較高，且較穩(wěn)定，該傳感器可以實(shí)時(shí)檢測鞋柜內(nèi)臭味濃度（如硫化氫，氨氣等），并將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，當(dāng)參數(shù)值超過設(shè)定值時(shí)，由STM32單片機(jī)發(fā)送指令給驅(qū)動模塊執(zhí)行相應(yīng)的除臭殺菌操作。2.4

清潔消毒模塊清潔消毒模塊主要利用紫外線燈和臭氧氣體給鞋子殺菌消毒，并安裝通風(fēng)加熱裝置，以此來殺滅細(xì)菌，防止疾病傳播。紫外線具有極強(qiáng)的殺菌能力，而臭氧具有極強(qiáng)的氧化性，可以完成對鞋子的除臭。由于鞋柜占的空間較小，故選用較小的紫外燈泡，其可以發(fā)出紫外線并且產(chǎn)生較少的臭氧，使殺菌和除臭兩個(gè)功能同時(shí)完成。利用PTC空氣加熱器，可使恒溫區(qū)溫度始終保持在25℃～30℃，使鞋子始終處在最佳保養(yǎng)溫度。由于空間有限，鞋柜的烘干區(qū)一次只能存放一雙潮濕的鞋子，對其進(jìn)行烘干操作。其他的鞋子，系統(tǒng)會對這些鞋子優(yōu)先操作，放在距離烘干區(qū)較遠(yuǎn)的地方，烘干區(qū)溫度持續(xù)穩(wěn)定在40℃左右，利用穩(wěn)定的溫度以及空氣中循環(huán)的氣流，使得鞋子最終烘干。當(dāng)鞋子放進(jìn)鞋柜時(shí)，用戶可通過APP進(jìn)行操作。系統(tǒng)自動檢測鞋柜內(nèi)部溫濕度以及氣體參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32主控單元，主控板發(fā)送指令給驅(qū)動模塊控制發(fā)熱模、風(fēng)扇、紫光燈和粘毛刷交替工作，完成鞋柜的祛濕防霉、殺菌除臭和自動擦鞋性能。2.5

電源模塊電流供電使用220V轉(zhuǎn)5V并且有備用電源供于轉(zhuǎn)換。2.6

無線WIFI模塊WiFi模塊用于完成鞋柜系統(tǒng)與APP客戶端、云服務(wù)器之間實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互。由于所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，故選用ESP8266，其組網(wǎng)形式及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潇`活，支持多種模式共存。并且ESP8266擁有AT指令集，數(shù)據(jù)透明、傳輸快速。2.7

電機(jī)驅(qū)動模塊電機(jī)驅(qū)動模塊用于控制清潔消毒模塊的開關(guān)。本模塊使用低壓低導(dǎo)通電阻的場效應(yīng)管SI2301，與機(jī)械式開關(guān)相比較，體積小、重量輕且使用壽命長。2.8

顯示模塊顯示模塊所應(yīng)用的是LCD1602顯示屏，該屏可以高速、高對比度顯示時(shí)間、溫濕度和氣體濃度等參數(shù)信息。顯示模塊如圖2所示，連接到單片機(jī)的P0.0-P0.7、P2.5、P2.6和P2.7引腳。3

軟件設(shè)計(jì)3.1

系統(tǒng)軟件主流程設(shè)計(jì)采用C語言為代碼語言，運(yùn)用keil5編寫開發(fā)，硬件電路仿真采用Proteus平臺，用以調(diào)試電路和故障糾錯(cuò)。由于智能鞋柜功能較多，故在設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)各項(xiàng)功能進(jìn)行模塊化編程，自頂向下。上電后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化、自檢、網(wǎng)絡(luò)連接等，之后進(jìn)入控制程序，軟件流程如圖3所示。3.2

控制程序設(shè)計(jì)控制程序負(fù)責(zé)定時(shí)采集鞋柜內(nèi)的溫濕度和空氣參數(shù)信息，每隔4s采樣一次，連續(xù)采集5組數(shù)據(jù)，進(jìn)行平均算法處理，在清潔消毒過程中，當(dāng)參數(shù)處于正常值時(shí)，為防止出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷，控制程序先關(guān)閉清潔消毒模塊，15min之后，再次進(jìn)行檢測，此時(shí)如果顯示不正常，立即停止等待，啟動清潔消毒模塊進(jìn)行工作，若正常則表示判斷完成[3]。3.3

客戶端APP設(shè)計(jì)APP方便用戶隨時(shí)查看鞋子狀態(tài)，控制鞋柜運(yùn)行。在局域網(wǎng)狀態(tài)下，通過WiFi，APP客戶端與鞋柜可進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互。使用時(shí)，要先進(jìn)行客戶信息的綁定，將其連接在鞋柜系統(tǒng)上，連接一次成功后，系統(tǒng)會自動連接客戶路由器信息。

圖3

軟件主流程框圖4

結(jié)語該文章提出的是一種基于STM32的智能鞋柜系統(tǒng)，通過軟硬件多個(gè)模塊相結(jié)合，對傳統(tǒng)鞋柜進(jìn)行改造，一方面實(shí)現(xiàn)了對鞋子基本的清潔處理，另一方面擴(kuò)展了鞋柜的功能，使其具備清潔殺菌、信息顯示等功能，并能通過手機(jī)APP客戶端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為用戶提供便捷。通過測試，表明鞋柜清潔消毒效果明顯，功耗低，操作簡單，功能運(yùn)行穩(wěn)定，符合當(dāng)前用戶的消費(fèi)需求。參考文獻(xiàn)：[1]趙宇東，陳坤.一款智能鞋柜的設(shè)計(jì)和開發(fā)[J].價(jià)值工程，2020，39（14）：218-220.[2]戈忠義，王樂，汪語哲，等.基于STM32單片機(jī)的閉環(huán)反饋控制節(jié)能鞋柜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].節(jié)能，2019，38（1）：65-68.[3]王一林，武玉菲，呂利.一款智能家用鞋柜的設(shè)計(jì)研究[J].科技視界，2019（24）：17-18.作者簡介：武珊（出生1998—），女，漢族，山西孝義人，學(xué)生，本科，研究方向：物聯(lián)