基于STC89C52的智能衣柜设计

朱 艳

(山西省电子工业科学研究所有限公司,山西 太原 030006)

0 引言

随着家庭中衣物不断增多，衣物的保存存在着许多的不方便，大多数的人喜欢把衣物存放在衣柜中，而传统的衣柜在防潮防霉等方面表现的并不尽如人意。在防潮方面，传统的衣柜并没有相应有效的除湿措施，每当下雨或者是在空气相对湿度过大时，衣柜中的衣物极易受潮，穿在身上容易引发感冒等疾病，给人们带来许多的不便。潮湿的环境也更容易导致霉菌等各种细菌的生长，而传统的衣柜并没有消毒的功能。霉菌破坏衣物的结构使纤维变得更加脆弱，会使纤维变色，穿着带霉菌的衣物能引起人类的各种皮肤疾病。为了使衣柜的使用变得更方便，增加除湿和消毒的功能便很有必要。

在科学技术发展的今天，智能家具的发展却远没有跟上时代的步伐，智能衣柜还未能普及到大众家庭，最大的障碍是昂贵的智能化设备，由于许多的设计缺少经济实用性,使得人们面对智能衣柜望而却步。为了使更多的人们用上方便实用舒适快捷的智能化衣柜，加快对智能衣柜的研究变得迫在眉睫。

本设计以实用廉价舒适为设计原则，在除湿，紫外线消毒等能够方便衣柜使用的方面，结合对衣柜的使用环境和研发成本上的考虑，在衣柜结构和智能控制的设计上突出创新，用更简便的实现方法完成对衣柜结构和功能上的智能化设计。

1 设计目标

本设计以STC89C52作为中央微处理器，设计合理的机械机构，选用合适的除湿消毒方案，并通过硬件选型，而实现衣柜的智能化功能，

1) 一键开门功能，由步进电机驱动衣柜机械结构，用按键控制柜门的开关和衣架的旋转，方便衣物拿取。

2) 自动除湿功能，在除湿方面设计出更加适合家庭使用的除湿方案，采用CaCl2作为除湿剂，使用步进电机控制除湿风门的开关，使用风扇在除湿时加快内部空气的循环加快CaCl2除湿剂的除湿效率。

3) 一键消毒功能，用带光耦隔离的继电器控制紫外线灯工作，当相对湿度高于50%时，主控制器控制紫外线灯工作，实现消毒的功能。

2 系统设计

2.1 方案设计

在确定完衣柜的功能后，为了更好地实现功能设计，需要制定衣柜的系统结构方案，针对衣柜的功能设计出合适的控制系统结构。

设计采用按键旋转(柜门和衣架)的方法，旋转由步进电机驱动，按键为四个薄膜按键，相对应的具有四种功能分别为衣架的左转、右转、停止、开关门功能组成。以应对具体环节中非除湿状态的开门，非除湿状态的关门，除湿状态的开门，除湿状态的关门，衣架的左转，衣架的右转这六种情况。

除湿的功能是采用DHT11湿度传感器采集数据，来实现自动除湿的功能[1]。采用CaCl2作为除湿剂，使用步进电机控制除湿风门的开关，使用风扇在除湿时加快内部空气的循环加快CaCl2除湿剂的除湿效率。

传统衣柜没有具备紫外线消毒的功能，为了解决衣物受潮时靠太阳光晾晒费时费力的问题和防止霉菌生长，使用镇流器和紫外线消毒灯配合实现消毒的功能。

2.2 机械设计

2.2.1 衣柜门设计

衣柜门的设计上采用旋转切合的方式并且使用步进电机驱动，取代了原始的合页连接衣柜门的方式，打破了传统衣柜在安装空间上的限制，方便了衣柜开关门操作，旋转切合式的开门方式类似于现代酒店的旋转门，与其不同的是这套旋转切合门是由外筒和内筒构成。外筒和内筒在相应位置有预留的柜门口，当两筒的预留柜门通过旋转重合时，柜门便形成一个通往内部的通道。使用步进电机组与旋转切合门配合，避免了使用对开门设计与电机驱动设计结构复杂的问题，柜门结构如图1所示。

图1 柜门结构图

2.2.2 挂衣架设计

传统衣柜采用横置杆式衣架的设计，在衣柜内放置挂衣架，挑选衣物时必须要左右摆动衣物这样才能找到衣物，在结合电机驱动时往往要设计相对复杂的机械结构，为了解决从衣架上拿取衣物不方便的问题，使得用户挑选衣物更加方便[2]。因而在衣架设计上采用旋转挂衣架的设计，衣服挂在圆环状的挂衣架上，当需要挑选衣物时，衣服在挂衣架的带动下一起旋转达到挑选衣物的目的。这样就很大程度上节省了人力进行翻找，使得衣架使用起来更方便，根据上文设计要求画出衣架的结构如图2所示。

图2 衣架结构图

2.2.3 衣柜外形的设计

由于智能衣柜在设计上依托电子设备进行控制，所以衣柜在设计结构上需要考虑控制设备安装的问题，为了在衣柜中的控制设备更好地控制衣柜，使衣柜运行更加平稳，在设计上将控制设备和除湿剂一同安置在衣架的底座中，使得衣柜的重心降低，这样衣柜在运行时就会更加平稳。由于同时安装步进电机和放置除湿剂，因而在除湿剂与控制设备间安装有隔板。同时为了让衣柜的结构可以更好地兼容旋转切合门和电动衣架以及旋转风门的设计，减少步进电机的安装数量以节省研发成本。在衣柜外形设计上使用了可旋转的圆锥台型设计，并且圆锥台形的衣柜更适合安置在墙角等难以利用的角落，节省空间，综合上述要求设计的衣柜外部结构如图3所示。

图3 衣柜外部结构

2.3 硬件设计

2.3.1 消毒设备的设计

潮湿的空气适合霉菌的生长，每当潮湿空气渗入衣物之后，霉菌总会在衣物上生长。在日常生活中，常采用太阳光照射的方法来利用太阳光照中的紫外线杀死衣物中的霉菌。日常生活中这种做法会比较麻烦，为方便用户对衣柜中的衣物进行消毒，改善消毒条件，因而在衣柜中设计相应的紫外线消毒装置。

而紫外线灯在使用时会产生一定的热量，为了防止紫外线对衣物的损伤，采取紫外线消毒灯隔热的措施[3]。紫外线的外部安装透明的聚丙烯塑料隔离罩，在隔离罩的内侧铺设陶瓷纤维隔热纸，防止紫外线灯灼烧隔离罩[4]。同时在消毒灯底部安装降温风扇，随着紫外一起启动。由于紫外线的波长属于短波，短波难以穿透塑料和玻璃，鉴于紫外线的这种光学特性在外筒与内筒形成光路的部分不能产生阻碍。若是掏空筒体，则衣柜内的空气与外界形成空气的交换，丧失衣柜保存衣物的功能。因而在光路上采用内部掏空外筒安装石英玻璃的设计。石英玻璃光学特性上对紫外线具有较强的透过性，在热学性能上还具有低导热的特性，所以石英玻璃在透光和隔热两方面具有很大的优势，是设计上做透光孔的最佳材料[5]。

为了实现衣柜消毒的目的，在设计中需要采用消毒灯作为紫外线光源。目前市面上常见的有直管型、四电极和单电极直管、H管这三种消毒灯，功率上最大145 W最小4 W。额定功率4 W，可产生200 nm～300 nm的紫外线，辐射能量集中在253.7 nm。目前证明紫外线对大部分的细菌、霉菌、病毒、单胞藻等都有效果，考虑到衣柜空间较小的问题，采用功率最小的4 W直管型的消毒灯最为合适[6]。

2.3.2 除湿模块设计

为了使衣物保持干爽，防止霉菌生长，实现衣柜对湿度检测的功能需要使用湿度传感器，湿度传感器主要有湿敏电阻型和湿敏电容型两种类型，由于湿敏电阻型传感器价格较低，成本较小，实用性好所以采用湿敏电阻型湿度传感器。

由于采用DHT11湿度传感器模块，而模块化后的DHT11湿度传感器将空脚悬空，实际连接中只用到三个引脚，所以该模块在与单片机的连接时，只需要连接三个引脚即可，根据引脚的连接情况绘制出该模块的连接图，如图4所示。

图4 DHT11湿度传感器模块的连接

2.3.3 电源模块设计

为了使整个系统更加适合家庭使用，设计中采用由220V交流家庭用电直接经过电源模块转变为12V直流供电的设计方案。在电源模块工作时，首先220V交流电经电容和并联泄放电阻进行降压，由于电网中可能存在影响系统正常工作的杂波，需要经过电容进行滤波，另外由于控制系统中使用的为直流电，需要进行桥式电路进行整流，将交流电转化为直流电。为了得到稳定的12V电压,需要在输出前加入12V稳压管,最后为了限制电流过大会烧毁器件，需要在出口接限流电阻、进行限流，最终得到稳定的12V1A电源供系统使用。电源模块电路如图5所示。

图5 电源模块电路图

2.4 软件设计

智能衣柜的设计采用C语言实现。设计中采用了总分的设计思想，这样可以使函数更加清晰，采用分块函数在调试程序上也具有组织方便、寻找出错位置快的优点。主函数是由初始化程序、按键旋转程序、自动除湿程序和消毒程序这四段程序组成共同完成对衣柜的控制。

湿度监测程序采用if内嵌套判断的编写方式，首先由湿度传感器采回湿度数据作为参值用作比较，开风门的程序需要以湿度超过50%作为第一判断。而后需要判断风门的开关状态，如果风门已开则应避免重复开启，这里使用一个风门位置变量，变量0为关，1为开，参照变量作为第三判断条件从而避免了风门重复开的问题。

由于消毒模块需要以按键为判断条件，所以需要判断是否有消毒按键按下，而门在开启时为避免伤害不能进行消毒，所以需要判断门的开关位置，若门为关闭状态则开始执行消毒。进入消毒后若检测到有关闭按键按下时或者延时时间到达时或开门按键时应当停止消毒操作，以保护衣物和防止紫外线对人身造成伤害

3 总结

本设计通过分析传统衣柜存在的缺点，针对各项缺点对智能衣柜提出了相应的功能方案，并按照提出的功能设计对智能衣柜的控制方案、结构、系统硬件、以及软件程序等进行设计，完成一个具有消毒、除湿和按键旋转功能的智能衣柜系统，使得衣柜在使用上相较于传统衣柜更加的方便快捷，经济实用；增强了衣柜在防潮，防霉，舒适性等方面的效果，提高了其存储衣物的能力，具有一定的实用价值。