基于STM32的智能鞋柜系统设计

何子旸　张里　雷栗　杨智历

摘 要：针对传统鞋柜功能单一，鞋子无法得到有效护理的问题，本文设计了一款以STM32为主控芯片，同时具有护理保养鞋物、监测环境参数、根据天气智能推荐、信息显示、语音交互、安全防护等多种功能的智能鞋柜系统。该系统主要分为智能鞋柜和手机客户端两个部分，用户可通过手机APP实时掌握鞋柜内部环境情况，并且可以根据需求自由选择杀菌、除臭、防潮、安防等模式，以达到远程操控鞋柜的目的。测试结果表明，该系统的功能特性较稳定，操作简单，具有较高的实用价值。

关键词：智能鞋柜;STM32;护理保养;智能推荐;语音交互;安全防护

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）14-0039-03

Design of Intelligent Shoe Cabinet System Based on STM32

HE Ziyang ZHANG Li LEI Li YANG Zhili

（School of Electrical and Electronic Engineering， Chongqing University of Technology，Chongqing 400054）

Abstract： In view of the single function of traditional shoe cabinet and the problem that shoes cannot be effectively cared for， an intelligent shoe cabinet system with STM32 as the main control chip is designed in this paper， which has a variety of functions such as care and maintenance of shoes， detection of environmental parameters， intelligent recommendation according to the weather， information display， voice interaction， security protection and so on. The system is mainly divided into two parts， namely smart shoe cabinet and mobile phone client. Users can master the internal environment of shoe cabinet in real time through mobile phone APP， and can freely choose the modes of ssterilization， deodorization， moisture-proof， security and so on to achieve the purpose of remote control of shoe cabinet. The test results show that the system has stable function， simple operation and high practical value.

Keywords： intelligent shoe cabinet;STM32;nursing and maintenance;intelligent recommendation;voice interaction;safety protection

近年来，随着科技的迅速发展，人们对生活质量的要求越来越高，足部健康开始引起人们重视，因此鞋子的日常护理保养也开始变得重要起来。但是，传统鞋柜的功能特别单一，只能对鞋子进行简单的存储摆放，加上人们忙于工作与学习，平时并不能对鞋柜进行清洁护理。因此，鞋柜内部细菌泛滥，鞋中的难闻气味四处扩散，霉菌随处滋生，鞋子的使用寿命也会大大缩短。如果人们穿着这种鞋子，非常容易引发各种足部疾病，不利于身体健康。虽然目前市场上已经开始出现了智能鞋柜，但大部分价格高昂，功能较少，样式单一，性价比较低，大部分消费者难以接受。因此，设计一款价格易于接受、功能全面、样式多种、性价比较高的多功能智能鞋柜是具有非常广阔的市场前景的[1]。而本文介绍的基于STM32的智能鞋柜系统相对于其他同类产品在功能上有了更深层次的研究，在样式上提供了更多的选择，也更加注重用户的体验感，符合当前人们的消费心理需求。

1 系统整体设计

此智能鞋柜系统主要由三部分构成，分别是底层执行、网络＼通信和人机应用交互，系统整体框图如图1所示。

1.1 底层执行部分

1.1.1 杀菌除臭模块。将鞋子放进保养区时，用户在移动端进行操作設置，信息传输到主控单元，主控单元

控制底层驱动开始工作，开启含微量臭氧的紫光灯进行杀菌除臭。

1.1.2 去湿防潮模块。系统自动检测鞋柜内部温湿度后将数据传输到主控单元，主控单元控制PTC加热片和制冷片交替工作，使存储环境保持适宜状态。

1.1.3 温湿度检测模块。用于实时对鞋柜内部的温湿度进行数据采集。

1.1.4 鞋存放情况扫描模块。当用户通过移动终端APP选取鞋子或系统智能推荐功能启动时，终端将信息发送给服务器，服务器分析该信息后找出该鞋子的记录位置并传输给控制器，再经过单片机处理发送给鞋子位置检测模块，从而控制该鞋子位置的射灯发光，指示用户取鞋[2]。相反，用户存放鞋子时，鞋柜内部记录该鞋子对应的位置后将信息保存到服务并显示在APP上。

1.1.5 自动门控制模块。当用户需要进行取鞋及存鞋操作时，通过APP或者鞋柜体上的按钮使鞋柜门迅速打开和关闭，方便用户进行操作。

1.1.6 报警及防盗模块。当鞋柜内部温湿度传感器和位于鞋柜顶部的人体红外传感器检测到异常时，将信息传输至主控单元，控制鞋柜上的报警器工作，再经过单片机处理后将报警信息传输至用户终端。

1.2 人机交互部分

1.2.1 语音交互。通过具体的语音指令，实现对鞋柜的基本控制。通过“天气情况”指令可以从鞋柜处得到当天天气的具体情况和温湿度。通过“推荐出行”指令可以实现鞋柜对出行的智能推荐。通过“紫外线开关”指令可以控制鞋柜内部的除臭杀菌等。

1.2.2 移动端APP设计。通过研发了一款具体的APP，实现了对鞋柜的远程控制，不但可以随时随地掌握自己爱鞋的具体状态，而且可配合鞋柜上的安防模块实现对家的实时安防，也可通过鞋柜的控制端实现控制鞋柜的开关门和除湿除臭模块的开启。

1.2.3 LCD屏显示。将鞋柜内部的具体温湿度、鞋子存放情况实时显示在屏幕上，实现了用户对鞋子当前信息的准确信息掌握。

2 系统硬件设计

本智能鞋柜系统硬件设计由主控模块、传感器模块、通信模块、显示模块、语音识别模块组合而成，STM32单片机对传感器数据进行分析，控制继电器完成自动化操作，同时主控发出数据，由服務器和移动端接收后组成通信网络进行信息交互。其中，传感器模块由温湿度传感器、超声波扫描模块、红外感应模块组成，各模块之间采用网线连接，传输信息速率快且稳定。

2.1 主控模块

主控模块分为上位机和下位机，都由STM32单片机作为主控。下位机实现对紫外灯、电热风扇、制冷片、制热片、鞋刷、继电器以及电机的控制，通过串口与上位机进行通信，接收上位机的控制信息，对控制信息进行判断并执行相应的操作。上位机接受来自移动终端的操作指令，将操作指令转化为控制信息传递给下位机[3]。

2.2 显示模块

采用ALIENTEK TFTLCD显示屏，采用16位并行方式与外部连接，适用于显示图片、彩屏的情况。其静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。本系统用显示屏实时显示时间和鞋柜内部鞋物摆放情况。超声波测距模块依次扫描鞋柜内部情况，将其状态显示在屏幕上。

2.3 语音识别模块

采用LD3320语音识别模块，通过SPI与STM32通信[4]，语音识别非常灵敏，1 m内识别率可达85%，其识别词条数量根据单片机容量而定。

3 系统软件设计

3.1 底层执行软件设计

系统底层执行部分以温湿度传感器、红外传感器、超声波测距传感器作为信息获取工具，检测到的环境信息数据发送至STM32单片机处理判断，系统实现闭环反馈自动控制杀菌除臭、去湿防潮功能，同时实现鞋位置显示功能和报警功能。

3.2 天气获取与处理设计

鞋柜初始化后，通过A9G模块连接服务器，获取服务器上抓取到的天气数据，判断当天的下雨情况和寒冷情况。若天气有雨，将主推雨鞋或者皮鞋出行;当天气气温过低时，推荐加绒的鞋;当既没有下雨气温又合适时，将推荐休闲鞋或者凉鞋这样的鞋子出行。

4 系统运行结果显示

4.1 手机APP显示功能

打开手机端APP连接服务器，连接成功后，手机页面会显示鞋柜内部的温湿度情况。点击各个按钮后，其对应的功能也会实现。

4.1.1 智能门控。打开门控开关，推杆电机在相应驱动模块的驱动下开始工作，控制鞋柜门自动打开。

4.1.2 杀菌除臭。打开紫外线灯按钮，控制紫外线灯打开，同时释放臭氧，达到杀菌除臭的目的。

4.1.3 去湿防霉。通过定时电路、微处理器、风扇和PTC组成的模块监控环境温湿度，对鞋柜进行智能加热祛湿，利用STM32主控对实时温湿度数据信号进行采集，并利用单片机上的继电器功能控制模块通断，启动风扇和发热膜，达到去湿防霉的目的[5]。

4.1.4 安防模式。打开安防模式开关，当红外传感器模块检测到鞋柜前方3 m内有人经过时会自动报警，蓝色的灯变为红色，主要用于用户不在家的情况，提高用户家庭的安全系数。

4.1.5 语音交互。点击语音识别，可以给智能鞋柜系统下达指令，比如打开门，关闭门;打开紫外，关闭紫外;打开安防模式，关闭安防模式。系统接收到指令后会执行相应操作。也可以通过语音指令获取相关信息，比如获取实时的天气情况，智能推荐出行鞋子的种类等。其显示界面如图2所示。

4.2 显示屏显示功能

显示屏位于鞋柜的上方，便于用户观察，当鞋柜通电后，显示屏开始显示，显示内容主要是鞋柜内部的温湿度情况以及鞋柜内鞋子的摆放情况。温湿度数值会随着鞋柜内部的变化而改变，方格表示鞋子在鞋柜内的摆放位置，有鞋时显示为绿色，无鞋时显示为黄色，可以达到实时掌握鞋柜内部情况的目的。其显示界面如图3所示。

5 结语

本设计利用STM32单片机相关技术，并结合多个模块，在传统鞋柜的基础上进行改造和创新，一方面实现了对鞋子的全面护理保养，大大提高了鞋子的使用寿命，为用户的足部健康提供了强有力的保障;另一方面扩展了鞋柜的其他功能，如智能推荐、语音交互、安全防护等，为用户提供更加人性化的服务。另外，利用手机APP对鞋柜进行远程操控的方式为用户的使用提供了便利。

在当下网络技术飞速发展、智能家居普遍应用的情况下，智能鞋柜的发展和完善已是大势所趋，而本设计功能运行稳定，操作简单并且选择多样，页面数据显示准确，设计成本较低，符合当前用户的消费需求，因此具有较高的实用价值。另外，该系统不仅仅适用于普通家庭用户，还适用足浴中心、美容中心、医疗场所、研究中心、娱乐场所、酒店、课堂等公共场所。

参考文献：

[1]陈佳明，邓巧茵，钟国琛，等.基于云服务环境的多功能智能鞋柜[J].国外电子测量技术，2016（10）：58-63.

[2]曾树洪，李梓涛.智慧衣柜的设计与实现[J].现代计算机，2017（6）：73-76.

[3]苏南光，张华成，杨雄珍，等.基于网络控制的移动监控机器人的设计与研究[J].电子世界，2017（23）：104-106.

[4]王俐伟，廉小亲，安飒，等.智能空调语音控制系统的设计与实现[J].家电科技，2018（7）：46-50.

[5]汤知日.基于STC单片机的闭环反馈控制智能鞋柜系统设计[J].电脑知识与技术，2016（18）：232-234.