一种基于stm32f4的吊装式衣柜控制系统*

徐 颖，何家铮，陈 驰，张 鹏

(合肥工业大学 机械工程学院，安徽 合肥 230009)

0 引言

随着科技的进步，智能家居逐渐走入人们家中，从而创造了一个更加智能的家居环境。传统衣柜存在高处空间难以利用、高处存取衣物不方便、衣物长期存放会产生霉变等问题。针对此，本文设计了一种基于stm32f4的吊装式衣柜控制系统，实现高处取放衣物方便、除湿、杀菌的功能。

1 吊装式衣柜控制系统总体结构

图1为吊装式衣柜控制系统总体结构框图，该系统由stm32单片机、各传感器模块、ESP8266 WiFi模块等组成。温湿度传感器检测衣柜环境温度、湿度情况，经单片机数据处理，判断是否达到设定阈值，返回的数据作为自动控制模式的参考，若达到阈值，则执行除湿、杀菌功能；ESP8266 WiFi模块通过云服务器实现手机APP与衣柜终端的数据链接，从而监控衣柜环境和执行除湿、杀菌功能；OLED屏幕可以实现衣柜温湿度的显示，又可以直接通过控制电平的方式控制衣柜各功能的运行。

图1 吊装式衣柜控制系统总体结构框图

2 控制系统硬件设计

2.1 机械机构

吊装式衣柜控制系统机械机构如图2所示，由链传动装置、滚珠丝杠装置、衣架杆装置以及电机组成。其主要功能是将衣物悬挂于衣架杆上并利用衣柜结构悬挂于墙壁高处，存放和拿取时，目标衣架杆运动到指定存放位置，方便使用者存取操作；辅助功能包括柜门打开、排气扇运转除湿、紫光灯杀菌抑制霉变。

2.1.1 链传动装置

链传动装置由链轮1、链条2、左C形口连接固定4、步进电机及锥齿轮5组成，通过步进电机及锥齿轮5运动驱动链轮1转动，实现左C形口连接固定4随着链条运动。

2.1.2 滚珠丝杠装置

滚珠丝杠装置由右C形口连接固定10、丝杠11、步进电机及锥齿轮12组成，通过步进电机及锥齿轮12运动驱动丝杠11转动，实现右C形口连接固定10的上下运动。

2.1.3 衣架杆装置

衣架杆装置包括衣架杆13、舵机9和舵盘8，衣架杆13在一个衣柜内有6个，内部设有套筒可以进行伸缩变化，通过左C形口连接固定4与链传动装置相连接，6个衣架杆均匀分布在链条2上，随着链条2在衣柜内运动。当目标衣架杆13随着链条2运动到图2所示C形口对接位置时，通过舵机9带动舵盘8转动，舵盘8转动驱动衣架杆13从左C形口连接固定4运动到右C形口连接固定10上，或反向运动，从而实现衣架杆13从柜内存放环境与柜外拿取环境之间的切换。

1-链轮；2-链条；3-温湿度传感器;4,7-左C形口连接固定；5,12-步进电机及锥齿轮；6-限位开关；8-舵盘；9-舵机；10-右C形口连接固定；11-丝杠；13-衣架杆

2.1.4 柜门运动装置

吊装式衣柜外形如图3所示。柜门运动装置为步进电机滚珠丝杠螺母15，螺母固定在柜门上，通过电机旋转带动丝杠转动，实现将电机转动转化为柜门移动。

14-排风扇；15-步进电机丝杠螺母

2.2 控制模块设计

本装置采用stm32f4单片机作为主控制器，控制模式包括手动模式和自动模式。自动模式下，利用单片机处理传感器获取的信息，判断是否达到设定的阈值，若是，则打开衣柜柜门通风、开启排气扇除湿和紫光灯杀菌；手动模式下，直接通过手动控制电平信号，跳过单片机信息处理的过程，将目标衣架杆运动到指定存取位置或进行柜内的除湿、杀菌。手机APP可以实现自动模式的控制，显示屏既可以实现自动模式控制，又可以实现手动模式控制。

2.2.1 环境监测模块

环境监测采用DHT11数字温湿度传感器，该传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度传感器，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。温湿度模块监测衣柜内环境温湿度情况，将检测到的温湿度信息发送给单片机控制模块，由单片机进行数据处理，当判断到衣柜内环境温湿度达到设计的阈值时，系统驱动电机，实现柜门开启、排气扇除湿、紫光灯杀菌的功能，保证衣服不发生霉变。

2.2.2 限位开关模块

限位开关无需与运动部件进行直接接触，当限位开关感应到物体时，触发开关动作，产生的信号为单片机提供控制指令，能够精准地控制滚珠丝杠装置中右C形口连接固定和左C形口连接固定到达指定C形口对接位置。

2.2.3 WiFi模块

本设计采用ESP8266WiFi模块，传输的数据为衣柜环境的湿度和温度以及限位开关的位置，由于传输数据较小，且对数据及时性要求不是很高，因此选用阿里云服务连入云端，通过阿里云中附带的APP智能生成模块生成本项目自带的APP，其中APP中显示区域反馈的数值包括温湿度传感器以及多个限位开关的参数。操作区域设置了“开衣柜门”、“开排气扇”、“开紫光灯”、“自动模式选择”按钮，实现利用手机APP远程操纵家用衣柜，达到除湿、杀菌的功能。

2.2.4 显示、控制模块

采用OLED屏幕，用于实现智能衣柜的可视化操作。该显示屏能够显示温湿度传感器检测到的环境信息、限位开关信息以及系统模式选择的情况；操作界面具有“模式：手动/自动”、“取衣”、“存衣”、“柜门开/关”、“排气扇开/关”、“紫光灯开/关”等多种选项。

2.2.5 除湿模块

当处理器检测到环境温湿度达到设计阈值时，则控制电机驱动排风扇运动和柜门开启，实现除湿、通风的作用。

2.2.6 杀菌模块

采用紫光灯杀菌，通过破坏细菌或病毒中的DNA或RNA实现杀菌功能，由于紫光灯处于柜内环境中，对柜外环境几乎不存在影响，所以系统选用该杀菌方式。

3 系统软件控制

本系统采用keil软件作为编译软件，以C语言作为编程语言，以stm32f4为控制核心，通过控制电机运动和电平变化实现目标衣架杆运动到指定存取位置以及打开柜门、排风扇除湿、紫光灯杀菌等功能，也可以通过传感器监测数据、单片机处理数据实现自动控制开柜门、排风扇，紫光灯杀菌等功能。高处取衣功能程序流程如图4所示，除湿、杀菌功能程序流程如图5所示。

图4 高处取衣功能程序流程

图5 除湿、杀菌功能程序流程

4 结语

本文设计了一种基于stm32f4的吊装式衣柜控制系统，实现了高处取放衣物方便、除湿、杀菌的功能，解决了传统衣柜高处存取衣物不方便，同时由于在梅雨季节衣柜环境潮湿导致衣物发霉的问题，从而创造了一个更加智能的家居环境。