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基于STM32的智能鞋柜系统设计
摘要:针对传统鞋柜性能简单以及鞋子容易“脏、潮、臭”的问题,设计了一款以STM32为主控芯片,应用物联网技术,设计APP客户端,实现鞋柜信息实时监测、智能控制等功能。通过实验,系统能够有效去除臭味,功能较稳定,操作较简单,具备较高的适用价值。
关键词:智能鞋柜;STM32;物联网
引言
智能家居作为新生产业,发展迅速。当代人越来越追求生活的品质以及自身的健康状况,足部健康也愈发被人们重视,所以,对于鞋子的护理变得更加重要。而传统的鞋柜,性能简单,且空间较小,会导致鞋柜内细菌滋生、发霉等。人们穿着这种满是细菌的鞋子,易引发各种足部的疾病,对于身体健康也是非常不利的。该文章是基于STM32的智能鞋柜系统,结合传感器技术、单片机技术、通信网络技术对传统鞋柜进行升级,加入了杀菌除臭、状态信息显示等功能,使用STM32并嵌入算法实现鞋柜的智能控制。
1?总体设计
该智能鞋柜系统整体设计框图如图1所示,包括STM32模块、温湿度参数检测模块、气体浓度检测模块、电源模块、清洁消毒模块、无线WIFI模块、电机驱动模块、显示模块。当鞋子放进鞋柜时,客户可通过APP进行操作。系统自动检测鞋柜内部温湿度以及气体参数,将数据传输到STM32主控单元,主控板发送指令给驱动模块控制风扇、紫光灯、刷子等交替工作,完成鞋柜的祛湿防霉、杀菌除臭和自动擦鞋功能。并且能够对用户的身体情况进行检测,通过手机APP发送消息给用户。[1]本产品通过手机APP客户端,液晶显示屏等电子器件,实现智能控制鞋柜,帮助用户了解鞋柜的实时情况。
2?硬件设计
2.1?STM32主控模块
本智能鞋柜系统采用STM32F103作为主控板,此种单片机处理速度远高于51及MSP430系列单片机,且IO口较多,能够满足外设传感器较多引脚的要求。是整个系统的核心,用于各模块间的交流,收集温度、湿度、气体浓度等参数,通过无线WIFI与APP客户端,发送数据,控制杀菌消毒。[2]
2.2?温湿度检测模块
温湿度检测模块选择DHT11传感器,该传感器结合了数字模块采集技术,准确性、稳定性较高,操作较简单,测量精确。最大的好处就是具备简单的单线制串行接口,占引脚数量很少,能够在单片机的开发中变得简单。DHT11负责收集鞋柜内的温湿度信息集,并将数据传送给单片机。当参数值超过设定值时,由STM32单片机发送指令给电机驱动模块执行相应的清洁杀毒操作。
2.3?气体检测模块
气体浓度检测模块选用MQ135传感器,此传感器的活性较高,且较稳定,该传感器可以实时检测鞋柜内臭味浓度(如硫化氢,氨气等),并将数据发送给单片机,当参数值超过设定值时,由STM32单片机发送指令给驱动模块执行相应的除臭杀菌操作。
2.4?清洁消毒模块
清洁消毒模块主要利用紫外线灯和臭氧气体给鞋子杀菌消毒,并安装通风加热装置,以此来杀灭细菌,防止疾病传播。紫外线具有极强的杀菌能力,而臭氧具有极强的氧化性,可以完成对鞋子的除臭。由于鞋柜占的空间较小,故选用较小的紫外灯泡,其可以发出紫外线并且产生较少的臭氧,使杀菌和除臭两个功能同时完成。利用PTC空气加热器,可使恒温区温度始终保持在25℃~30℃,使鞋子始终处在最佳保养温度。由于空间有限,鞋柜的烘干区一次只能存放一双潮湿的鞋子,对其进行烘干操作。其他的鞋子,系统会对这些鞋子优先操作,放在距离烘干区较远的地方,烘干区温度持续稳定在40℃左右,利用稳定的温度以及空气中循环的气流,使得鞋子最终烘干。
当鞋子放进鞋柜时,用户可通过APP进行操作。系统自动检测鞋柜内部温湿度以及气体参数,将数据传输到STM32主控单元,主控板发送指令给驱动模块控制发热模、风扇、紫光灯和粘毛刷交替工作,完成鞋柜的祛湿防霉、杀菌除臭和自动擦鞋性能。
2.5?电源模块
电流供电使用220V转5V并且有备用电源供于转换。
2.6?无线WIFI模块
WiFi模块用于完成鞋柜系统与APP客户端、云服务器之间实时的数据交互。由于所需传输的数据量较小,故选用ESP8266,其组网形式及网络拓扑灵活,支持多种模式共存。并且ESP8266拥有AT指令集,数据透明、传输快速。
2.7?电机驱动模块
电机驱动模块用于控制清洁消毒模块的开关。本模块使用低压低导通电阻的场效应管SI2301,与机械式开关相比较,体积小、重量轻且使用寿命长。
2.8?显示模块
显示模块所应用的是LCD1602显示屏,该屏可以高速、高对比度显示时间、温湿度和气体浓度等参数信息。显示模块如图2所示,连接到单片机的P0.0-P0.7、P2.5、P2.6和P2.7引脚。
3?软件设计
3.1?
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