智能衣橱控制系统的设计

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目  录

摘要--------------------------------------------------- I

ABSTRACT---------------------------------------------- II

1  绪论------------------------------------------------ 1

1.1  研究背景与意义-------------------------------- 1

1.2  国内外研究现状-------------------------------- 1

1.3  论文研究内容---------------------------------- 2

2  系统设计方案---------------------------------------- 4

2.1  系统需求分析---------------------------------- 4

2.2  系统总体设计---------------------------------- 4

3  系统的硬件设计-------------------------------------- 6

3.1  主控制器-------------------------------------- 7

3.2  数据采集模块---------------------------------- 7

3.3  继电器模块----------------------------------- 12

3.4  电动机控制模块------------------------------- 13

3.5  杀菌灯模块----------------------------------- 13

3.6  数据传输模块--------------------------------- 14

4  软件系统设计--------------------------------------- 15

4.1  STC89C52RC程序流程设计---------------------- 15

4.2  开发技术及工具------------------------------- 15

4.3  数据采集模块程序设计------------------------- 16

4.4  APP通信程序设计----------------------------- 19

4.5  APP开发技术及工具--------------------------- 20

5  系统搭建与测试------------------------------------- 22

5.1  程序烧写------------------------------------- 22

5.2  功能测试------------------------------------- 22

6  总结与展望----------------------------------------- 28

6.1  总结----------------------------------------- 28

6.2  展望----------------------------------------- 28

参考文献---------------------------------------------- 29

致谢-------------------------------------------------- 31

摘  要

随着科学技术的高速发展，家居行业逐步引进各种智能型控制技术，许多企业已经开始抢占智能家居市场。衣橱作为生活中必不可少的家具，其单纯储存衣物的功能已经不能满足用户的需求。传统衣橱易潮湿，导致衣物有异味、发潮，严重的还会发霉、生虫。目前市面上的衣橱大多采用特殊材料制成，虽然能够在一定程度上缓解衣物存放的问题，但是造价偏高、价格昂贵。现在出现的一些智能衣橱在技术和功能上来说还是相对不成熟，用户体验并不是很好。

本文根据预期需求将现代技术融入衣橱中，研究了基于STC89C52单片机、传感器和无线通信方式的智能衣橱控制系统。本系统主要采用了温湿度传感器和火焰传感器对衣橱内环境进行监控，不符合条件时进行调节和警报；采用了光照传感器采集光照信息判断是否需要开灯照明；采用了红外传感器判断是否有人靠近来进行开关橱门；衣橱还配备了杀菌灯进行衣橱的定时消毒杀菌。传感器采集到的衣橱内环境数据通过Wi-Fi模块上传到APP端，同时APP端能够完成对衣橱环境的手动优化，实现衣橱环境的可视化控制。本设计具有智能化、低成本、方便快捷等优点，有效地解决了人们日常储存衣物遇到的问题。该文介绍了智能衣橱系统的总体设计，该智能衣橱存取衣物方便，实用性强，能够为智能衣橱的开发提供相关概念和理论支撑，具有广阔的应用前景。

关键词：智能衣橱  控制系统  单片机

ABSTRACT

With the rapid development of science and technology, the home industry has gradually introduced a variety of intelligent control technology, many enterprises have begun to seize the smart home market. As an indispensable furniture in life, the function of simply storing clothes in wardrobe can not meet the needs of users. Traditional wardrobes are easy to be damp, which leads to peculiar smell and damp of clothes, and even mildew and insects. At present, most of the wardrobes on the market are made of special materials, which can alleviate the problem of clothing storage to a certain extent, but the cost is high and the price is expensive. Now some of the smart wardrobe in technology and function is relatively immature, user experience is not very good.

According to the expected demand, this paper integrates modern technology into the wardrobe, and studies the intelligent wardrobe control system based on STC89C52 MCU, sensor and wireless communication. This system mainly uses temperature and humidity sensor and flame sensor to monitor the environment in the wardrobe, and adjust and alarm when it does not meet the conditions; The light sensor is used to collect the light information to judge whether the light needs to be turned on; Infrared sensor is used to judge whether someone is near to open and close the cabinet door; The wardrobe is also equipped with a germicidal lamp for regular disinfection and sterilization of the wardrobe. The environment data collected by the sensor is uploaded to the app through the Wi-Fi module. At the same time, the app can complete the manual optimization of the wardrobe environment and realize the visual control of the wardrobe environment. This design has the advantages of intelligence, low cost, convenience and so on, which can effectively solve the problem of people's daily storage of clothing. This paper introduces the overall design of the intelligent wardrobe system. The intelligent wardrobe is convenient to access clothes and has strong practicability. It can provide related concepts and theoretical support for the development of intelligent wardrobe and has broad application prospects.

Keywords: Intelligent wardrobe  Control system  SCM

1  绪论

1.1  研究背景与意义

随着时代的发展和科技的进步，智能化引领新的生活方式。许多企业似乎嗅到了智能家具行业的气息，进行了初步大胆的探索与尝试，试图来抢占智能家居的市场先机。智能类家居产品是集多种科技智能手段为一体的创造性产物，因此功能上具有较强的可塑性。但是.....

1.2  国内外研究现状

起初，上世纪自动化家居的思想理念是由美国联合科技这一公司提出的，他们的方案是把建筑上相关设施自动化的理论与CityPlaceBuilding融合，最后诞生了全世界第一栋智能化的、信息化的建筑。这一技术的发展与传播让全球各国争先恐后的建造信息化家居，而新兴技术的引用.....

（1）国内研究现状

通过查阅文献资料，发现国内智能衣橱课题缺乏对用户的研究，更多的关注了功能与实现技术，尽管这些功能可能并非人们的实际需求。赵文鹏等人提出了一种......

（2）国外研究现状

国外研究智能衣橱时间点和相关产品的发布都要比国内早，......

1.3  论文研究内容

本文主要研究了一款基于STC89C52RC的智能衣橱控制系统，其中用到了单片机、传感器、无线通信和嵌入式的知识，通过对每一模块的探究分析，.....

第一章为绪论，本章由研究背景出发，介绍了本系统的国内外研究现状，......。

第二章为智能衣橱控制系统设计方案，本章介绍智能衣橱......

第三章为系统的硬件设计，主要介绍了所用的主控芯片以及各个模......

第四章为软件系统设计，本章主要介绍各个模块数据采集程序的设.....

第五章为系统搭建与测试，本章主要是对智能衣橱控制系统搭......

第六章为总结与展望，对系统做出总结与展望。据目前的个.....

2  系统设计方案

通过衣橱发展背景的研究，对智能衣橱控制系统有了进一步的认识和了解，本章针对系统需求和总体设计进行阐述。

2.1  系统需求分析

智能衣橱控制系统是一个集多种功能在一起的系统。系统功能需求如下：

（1）自动开关门是智能衣橱和传统衣橱的明显区别。智能衣橱控制系统能够检测到橱门前是否有人停留来进行开关门的操作。

（2）衣物需要保存在适宜的温湿度下，因此要求系.....

（3）为方便用户使用和节约能源，打开橱门时，系......

（4）环形衣架分为四个扇形区域，可.....

（5）衣橱内带有辐照值符合国家标准UV紫外线灭菌灯.....

（6）采用火焰监测器对衣橱内可能出现的烟雾、火焰进行实时监.....

2.2  系统总体设计

通过对需求进行分析，绘制系统总体框架如图2-1。本文设计的是带有温湿度传感器、光敏传感器、红外传感器、火焰传感器、以及电机带动的环形衣架、橱门和通风换气装置的智......

图2-1  系统总体框架图

3  系统的硬件设计

本章经过对智能衣橱的分析确认了所需要的硬件选型和结构设计。图3-1为系统总体原理图。

图3-1  系统总体原理图

3.1  主控制器

主控制器的职责就是控制系统的主要“指挥官”，在系统中扮演着“大脑”角色，所以主控制芯片的选择对于本系统来说十分重要。综合考虑到系统的灵活性和节约成本的需求，本系统决定采用的主控芯片为STC89C52RC单片机。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗.....如图3-2为本系统所用单片机最小系统电路图。

图3-2  单片机最小系统

3.2  数据采集模块

（1）光照数据采集电路

考虑到用户体验和节约资源，系统并没有选择打开橱门就开灯的方法。当用户在晚上或者昏暗的情况下打开橱门的时候，系统能够控制照明系统进行照明；当用户在白天打开衣橱，衣橱内的照明灯不会开启。所以本系统采用了光敏传感器。

光照传感器是系统的主要传感器之一，考虑到绿.....

图3-3  BH1750FVI实物图

图3-4  BH1750FVI模块图

（2）温湿度数据采集电路

温湿度的监测对于智能衣橱来说是一个非常重要的功能模块。传统衣橱并没有温度湿度的监测功能，并不能及时的对衣橱的潮湿环境做出反应，就容易导致衣物的异味、发霉，甚至木质的衣橱会受到严重的损害。智能衣橱所具有的温湿度监测功能，在一定程度上能很.....

温湿度传感器可以说是本系统中相对重要的传感器了，系统能够判断衣橱内温湿度，.....实物图如图3-5所示。

图3-5  DHT11实物图

本系统在测量范围和其它因素综合考虑下采用了具有已校准数字信号输出的温湿度一体传感器DHT11。其湿度和温度测量范围以及测量精度和分辨率都很符合本系统的设计需求。......需外接3~5.5V的电源。

图3-6  DHT11模块图

（3）红外数据采集电路

作为智能衣橱和传统衣橱的一大跨度，能够自动开关门也是智能衣橱的一大特色。智能衣橱控制系统能够检测到橱门前是否有人停留并进行开关门。所以系统采用了红外.....模块图如图3-8所示。

图3-7  菲涅尔透镜和SR501

图3-8  SR501模块图

（4）火焰监测报警电路

火焰检测报警电路是检测系统火焰信息的主要传感器。衣橱本身存放的都是极易燃烧的衣物类物品，这就对火焰检测的能力具有一定的要求。作为智能衣橱控制系统的安全保障模块，本系统采用的是四线制火焰监测报警电路。此火焰检测器灵敏度很高，对火焰很敏感，对......信号输出引脚输出1。

图3-9  火焰检测器实物图

图3-10  火焰检测报警模块图

3.3  继电器模块

继电器就是我们生活中经常用到的一种控制设备。本质上就是用小电流控......实物图如图3-11所示。

在本系统中继电器模块就是主要执行器的操作对象。此模块如图3-12所示，.....利用继电器模块可以改变电路状态这一特性来完成对环境因素控制。

图3-11  继电器实物图

图3-12  继电器模块图

3.4  电动机控制模块

在STC89C52RC单片机的控制模块中，依据吊杆所要承受的重量和电路的设计选择电机来控制旋转吊架的运作。因为旋转吊架所要承担的重量较大，所以.....电机驱动电路如图3-13所示。

图3-13  电机驱动电路图

3.5  杀菌灯模块

本设计选用UV紫外线灯进行衣柜内衣物的杀菌。紫外线灯是一种分为弧光放电和辉光放的电气体放电灯。紫外线透射率高达90%，能发射强紫外线，具有耐高温、耐腐蚀、热稳定性好、.....杀菌灯连接电路如图3-14所示。

图3-14  杀菌灯电路图

3.6  WIFI模块

无线通信是该系统的重要组成部分，系统采用ESP8266WIFI模块作为数据传输模块，相比蓝牙模块具有更高的安全性和更长的传输距离。ESP8266是一个完整且自成体系的Wi-Fi....，Android应用程序读取数据。WIFI模块图如图3-15所示。

图3-15  WIFI模块图

4  软件系统设计

4.1  STC89C52RC程序流程设计

系统的硬件功能由单片机STC89C52RC软件系统进行管理。在本系统中，STC收到数据并进行处理，Android应用程序对无线通信模块上报的橱内数据进行显示。主芯片也可以......数据处理流程如图4-1所示。

图4-1  数据处理流程图

4.2  开发技术及工具

在单片机程序开发中，选用C语言作为开发语言。C语言是一种面向过程、抽象的通用编程语言，广泛应用于底层开发。C语言的设计目的是提供一种编程语言，它可以以简单的方式编译、.....

4.3  数据采集模块程序设计

（1）温湿度采集模块程序设计

DHT11温湿度传感器通过数据引脚与单片机相连，完成数据传输。当控制芯片发出启动信号时，温湿度传感器被激活并进入高速模式。温湿度传感器响应后，触发内.....图4-2是一个详细的流程图。

图4-2  温湿度读取流程图

（2）光照数据采集模块程序设计

BH1750略去了繁杂的信号处理电路同时又保持了良好的稳定性。数据交换是主控芯片的P2.3引脚和光照传感器的数据总线相连进行的。程序初始化后，将光照传感器的.....数据传输成功。图4-3显示了光照传感器的数据传输过程。

图4-3  光照数据传输流程图

（3）红外监测模块程序设计

红外监测模块利用2引脚与STC的P3.4引脚连接来进行数据交换活动。.....如图4-4为红外数据检测模块数据传输流程图。

图4-4  红外检测数据传输流程图

（4）火焰监测报警模块程序设计

火焰监测模块利用数据传输引脚和单片机的P1.2引脚连接来进行数据交换活动。.....如图4-5为火焰检测模块数据传输流程图。

图4-5  火焰数据传输流程图

4.4  APP通信程序设计

本系统采用Android应用作为数据接收端。应用程序不仅要显示接收到的数据，而且衣橱环境在不满足要求时，还会向用户发出提示信息。APP与单STC通信方式采用Wi-Fi通信.....

作为告知用户衣柜信息的重要工具，APP的实时性和灵活性至关重要。因此，.....应用程序流程图如图4-6所示。

图4-6  APP工作流程图

4.5  APP开发技术及工具

本系统Android应用程序的开发采用Java进行开发，Java语言功能强大且简单易用，可以编写桌面应用程序、Android应用程序等，其核心是JDK，JDK包含开发环境和核心类库。....图4-7、4-8为Android Studio开发工具运行图和Android APP界面图。

图4-7  Android Studio运行图

图4-8  Android APP界面图

5  系统搭建与测试

5.1  程序烧写

本系统采用的单片机程序烧录的方法如下：先利用相关程序将单片机和计算机连接，....最后完成系搭建，系统实物图如图5-1

图5-1  系统实物图

5.2  功能测试

通过上面的程序烧写，测试环境已经适配完成，下面对智能衣橱进行测试。首先将系统启动，将系统放在室温下，此时的湿度在要求的范围内。把系统放在昏暗的环境下，此时系统发现太过昏暗，系统控制打开照明灯。把系统放在光照充足的环境下，此时系统发现光照，.....

测试中人体检测模块实物测试如图5-2、5-3，APP显示如5-4所示。

图5-2  未检测到人体的实物测试图

图5-3  检测到人体的实物测试图

图5-4  人体检测APP显示图

测试中光敏传感器模块实物测试图如图5-5、5-6，APP显示如图5-7所示。

图5-5  光照充足下的实物测试图

图5-6  黑暗下的实物测试图

图5-7  光照监测APP显示图

测试中火焰传感器模块实物测试图如图5-8、5-9，APP显示如图5-10所示。

图5-8  未检测到火焰的实物测试图

图5-9  检测到火焰的实物测试图

图5-10  火焰检测APP显示图

根据上述过程绘制表5-1功能测试结果表如下所示。

表5-1  功能测试结果

检测项	检测条件	预期	结果
湿度	符合设定	不报警、不调节	符合
湿度	不符合设定	报警、调节	符合
光照	符合设定	不调节	符合
光照	不符合设定	调节	符合
火焰	有火焰	报警	符合
火焰	无火焰	不报警	符合
用户	靠近	调节	符合
用户	不靠近	不调节	符合

本次智能衣橱控制系统进行了八次功能性测试，测试条件包含了目前能力之内能实现的所有功能适配条件，其中八次结果都符合预期结果。测试结果显示，本系统具有稳定可靠性

6  总结与展望

6.1  总结

本文通过对国内外发展衣橱人性化、智能化方面进行简单介绍，结合目前智能衣橱的发展趋势设计了安卓和单片机联合的智能衣橱控制系统。整个系统的设计目的是为了更加智能的调节衣橱环境和保障存放衣物的质量和舒适度以及用户的良好体验。据此，通过对本系统.....

6.2  展望

在本文的写作和系统的设计工作当中，由于绝大部分工作都是独立完成，借助大学老师所授知识加上不断翻阅文献资料，不仅使自己在单片机、传感器等专业知识有了更新的.....：

（1）在数据传输方面，本系统的通信方式在距离方面有局限性，....

（2）一些新的待开发功能没有被加入到系统中，.....

在以后的工作、生活中，我仍要始终坚持学习，....

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