基于STM32的智能墙绘机

胡慧敏 田洪铭 刘雯 王乐 李翠锦

【摘  要】墙体装饰的发革是时代发展的必然，现代人有 90%以上的时间在室内度过，所面对和直接接触的就是墙面，千篇一律的大白墙早已经让人厌倦，单一的色彩墙面让人很容易产生视觉疲劳。针对以上问题，本文设计的智能墙绘机，采用STM32单片机为主控芯片，通过蓝牙/WIFIi模块与智能手机相连。外设接多个抽风机，采用负压原理，让其吸附在表面;内置光学传感器和惯性测量单元，在打印时实时跟踪移动速度和方向，借助RMPT技术来控制喷嘴开关，保证图案的连续性，避免出现错位的情况;红外寻迹避障传感器和探测传感器保证了喷绘位置的准确性，让其N或者Z模式进行喷绘。本产品具有环保、喷绘便利、机身小巧、操作简单等优势。

【关键词】STM32单片机;墙上行走;稳定作画;RMPT技术

一、前言

当今中国最火爆的内需市场，非地产建筑行业莫属。据权威机构统计：据2003 年起我国用于建筑装饰行业的资金就高达 1万亿元，并且每年仍在以接近20%的速度增长。而家装市场产值每年超过 3000亿元，增长速度接近 30%。若加上宾馆、酒店、写字楼等其他各类装修，总产值近 5000 亿元。可见，伴随着经济的高速发展，21世纪的中国建筑装饰产业已经进入了一个空前繁荣的时代。其中墙体装饰在建筑装修中占有举足轻重的地位。

按照《中国人均住房的发展规划》的要求，2020 年城镇人均占有住宅应达到32平方米，也就是说 2019—2020年的城镇住宅竣工面积将达到140亿平方米。加上目前存量住宅11平方米进入维修期，以及写字楼、商铺、酒店及老房改造装修等，建筑装饰市场规模将继续扩大。而建筑的主体就是墙面，光建筑面积的3.5倍计算（顶棚+四面墙-门窗），墙体面积总量达到近两千亿平方米，墙面装饰具有广阔的市场前景，发展潜力难以估量。

二、设计原理

“智能墙绘机”通过自主研发的手机APP进行图片的传送，从而实现对墙面的喷绘。采用STM32的芯片作为主控芯片，通过蓝牙/WIFIi模块与智能手机相连，RMPT技术。内置了光学传感器和惯性测量单元，在打印过程中实时跟踪移动速度和方向，并借助RMPT技术来控制喷嘴开关，在墙绘机移动速度或快或慢的情况下保证图案的连续性，避免出现错位的情况;红外寻迹避障传感器和探测传感器保证了喷绘位置的准确性，让其N或者Z模式进行喷绘;运用多个抽风机，采用负压原理让其吸附在表面，真空吸附约为3000pa，再用两个风扇进行加压实现墙上行走。

三、设计结构

1.硬件结构

（1）本产品的系统通过对控制模块、传感器模块的检测给单片机输入信号，单片机在对采集到的数据进行分析处理，通过蓝牙/WIFI模块将数据传输到后台数据库，可以在终端上查看数据，实时掌控喷绘情况;通过终端可以对产品进行操控，手动自动无缝切换。

（2）该产品的系统主要由蓝牙/WIFI模块、光学传感器、惯性测量单元、紅外寻迹避障传感器、探测传感器、3D喷嘴、抽风机、风扇八大部分为STM32单片机服务，共同智能墙绘机系统的硬件，来实现墙上行走、稳定作画，各项数据可通过终端查看。

2.软件结构

（1）本产品将设备与云平台连接，云平台对上传图片以及所绘墙面的信息进行保存与输出。该平台兼容大部分物联网相关传输协议，也提供私有协议支持。

（2）本产品系统的软件部分主要包括主程序、喷头部分子程序、抽风机部分子程序、APP程序。子程序的流程设计首先对系统和外接芯片进行初始化，然后对墙面信息进行检测和采集以及输入图片的信息采集与上传，通过程序控制与输出，最终在APP上显示出相关参数，同时驱动各部分硬件进行工作，实现墙上行走，进行稳定作画。

四、作品测试

通过手机与产品的蓝牙模块/WIFI模块进行连接和操作，光学传感器、惯性测量单元、红外寻迹避障传感器、探测传感器等模块通电后进行数据检测，将数据传给单片机，单片机驱动各项硬件，使得机身吸附在墙面进行稳定行走;单片机控制喷嘴开关，实现喷绘作画功能;使用应用RMPT技术，实现自由移动打印。

测试结果：通过以上测试，本产品喷绘作画误差率为4.6%，行走定位率误差率为6.2%，有待进一步提升。

五、总结与展望

现阶段我市人民对墙绘的需求，可分为高档、中档和普通三种不同的消费者群体。调查表明，18%的消费者需要艺术型墙绘，51%的消费者追求个性化的墙绘，31%的消费者希望能有物美价廉的墙绘。在国内墙绘市场中，墙纸与人工墙绘占据了大量的市场，但人工墙绘所需专业能力强，收费昂贵，高达110元/平米，且墙绘所需时间较长，人工成本过于高昂导致大部分的市场在于墙纸，墙纸操作简易，价格低廉，均价8元/平米，便于人们使用，但是可塑造力不强，不能满足于消费者的个性化需求，且保质期较短，易褶皱，更换墙纸时易残留墙纸，造成墙面的不美观。如果市面上出现一款操作简单，价格低廉，突显个性化的墙绘工具，就会受到大部分消费者的喜爱，从而迅速提高市场占有率。本产品的特点是：

（1）国内首件吸附在墙上行走作画的智能设备;

（2）APP控制，操作简便，能够满足人们的多样化需求;

（3）相比市场上的喷绘机，本产品体积小便于携带，小至一般家庭，大至工用都很适合，适用面广;

（4）绿色环保，可多次重复使用。

“智能墙绘机”的出现打破了传统模式的束缚，本产品也进一步将RMPT技术做了推广。目前本产品各项指标仍需进一步完善，将来的发展方向为不断提升系统精确度，拓展用户功能，有朝一日做到更小更精，能够应用于城市高空作业。

参考文献：

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作者简介：

胡慧敏（1999-），女，重庆工程学院电子信息学院，学生，本科，专业方向：电子信息工程;田洪铭（1998-），男，重庆工程学院电子信息学院，学生，本科，专业方向：电子信息工程;刘雯（1998-），女，重庆工程学院电子信息学院，学生，本科，专业方向：电子信息工程;李翠锦（1984-），女，重庆工程学院电子信息学院，副教授，硕士，研究方向：電子信息技术。

基金项目：

全国大学生创新创业项目（项目编号：201812608001）;重庆市高等教育教学改革研究项目（项目编号：193297）。

（作者单位：1.重庆工程学院 电子信息学院）