基于图像识别的家用自动蒸汽熨烫装置

李晓茜 章煜佳 农苑樱

（台州学院，浙江 台州318000）

随着科技的发展和生活进入小康时代，人们对衣着打扮更加注重，熨烫机逐渐成为家庭必备品之一。熨烫机能烫平褶皱，改善衣服外观，塑造立体服装效果。传统熨烫机类型有电熨斗、挂烫机，以上熨烫机均需手动操作，在操作过程中存在安全性不高、操作难度大、操作费力等缺点。本文阐述的基于图像识别的家用自动蒸汽熨烫装置，能很好弥补上述缺点。它通过图像识别技术、十字滑台运动、蒸汽熨斗来实现蒸汽熨烫机的自动工作，解放人们的双手。

1 工作原理

系统主要由单片机控制电路，十字滑台及其驱动电路，摄像头图片采集模块电路，照明电路，继电器模块电路，蒸汽熨斗等组成。系统原理框图如图1 所示。

图1 系统原理框图

2 系统硬件设计

2.1 十字滑台模块

该模块主要由变压器、驱动器和十字滑台构成，三者与STM32 控制模块的接法根据电平有效，可分为共阳极接法（低电平有效，将PUL+、DIR+、EN+连接到控制系统的电源上）和共阴极接法（高电平有效，PUL-，DIR-，EN- 连接到控制系统的地端）。具体接法如图2 所示。

图2 滑台模组接线图

2.1.1 变压器。选用型号S-250-24 开关电源直流变压器，将220V 交流电通过电源变压器、整流电路、滤波器和稳压电路转变为24V 直流电，用于给驱动器提供24V 直流电。接线如图3所示，最左端为输出调节，用于调节直流电压的值；从左边第一、三、五接线柱为直流输出端的正极，左边第二、四、六接线柱为直流输出端的负极；左边第七个接线柱接地线；第八和第九个接线柱分别接火线和零线。其中各选一个直流输出端的正、负极接到驱动器的输入端。

图3 变压器接口说明图

2.1.2 驱动器。选用步进电机DM542 驱动器驱动滑台，该驱动具有定位精度高，低速运行平稳，几乎没有振动和噪声的特点。DM542 接口由信号接口、电源接口和机电接口组成。信号接口中，调整单片机STM32 的PWM，用于提供给PUL+和PUL-脉冲信号，从而控制步进电机的运行速度；用单片机的I/O 口连接DIR+和DIR-，来确定电机的正反方向；ENA+和ENA- 为使能信号的正端和负端。电源接口采用S-250-24 变压器输出的24V 直流电。电机接口的A+和A- 接步进电机A 相绕组的正负端；B+和B- 接步进电机B 相绕组的正负端。

2.1.3 十字滑台。十字滑台选用两个梯形丝杆加线轨滑台构成X、Y 轴，该滑台所用的电机为42 步进电机。STM32 分别设定X、Y 轴电机驱动器的PWM波脉冲时间和方向信号，从而改变X、Y 轴上的滑块位移量与方向，控制熨烫蒸汽喷头进行有一定轨迹的二维运动。本装置所设定的运动轨迹为从左上角的滑块在Y 轴方向往下进行熨烫，当到达衣服下摆时，X 轴方向的滑块向右移动熨烫蒸汽喷头宽度大小的位移量，滑块接着在Y轴方向向上移动，直到滑块运行到最右下角，熨烫完成。根据衣服的常规长度，所选用的X 轴（宽）为500mm，Y 轴（长）为700mm。十字滑台组合部分结构如图4 所示。

2.2翻转装置

翻转装置由ULN2003 步进电机驱动板与四相五线5V 步进电机构成。该翻转装置用于翻转衣服，使得衣服的正反面都能够进行熨烫。翻转的判断条件为熨烫蒸汽头的位置是否在最右下角，倘若在最右下角，则步进电机带动衣架转动180°，接着继续按设定好的轨迹运动到左上角。

图4 十字滑台组合部位图

2.3 图像采集模块

CMOS 摄像头选用OV7670 作为图像传感器，OV7670 摄像头通过SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等各种分辨8 位影像数据，图像最高达到30 帧每秒。选用大容量AL422B 作为采样处理的共享数据RAM，把数据传给STM32。在STM32 接收到数据之后，建立二维坐标，把采集到的图像进行坐标定位；最后STM32 将分析后的信息进行相应的处理，通过灰度值分析判断衣领处和褶皱较多处。

2.4 继电器模块

选用2 路5V 继电器，用于单片机开关按键控制蒸汽熨斗和变压器与220V 交流电的通断，为用电安全性提供保障。继电器有高电平触发和低电平触发两种触发方式。继电器的原理图如图5 所示。

图5 继电器原理图

2.5 STM32 主控模块

芯片采用STM32F10x 系列，属于32 位ARM控制器, 内核是Cortex-M3。芯片内部还集成了定时器、UART、SPI、I2C、USB等多种功能。选用STM32F103，其时钟频率可以达到72M，可输出16 个PWM。

3 系统软件部分设计

经过测试，软件程序与硬件系统能够比较好的联动起来；能够实现自动熨烫衣物，当通过摄像头识别到褶皱或衣领处，十字滑台会多次进行往返，达到深度熨烫效果，衣服整体熨烫效果明显。系统的软件流程如图6 所示。

4 系统测试

本装置的软硬件设计完成后，分别需要对其各部分功能进行测试。本设计制作了一个简易模型，翻转装置、滑台、摄像头模块、蒸汽熨斗等均采用前文提到的各个模块，用来模拟自动熨烫系统验证各部分功能是否实现。在测试过程中，如果熨烫机在工作时突发状态停止工作，则滑块就不会停止在左上角，那么STM32 所设定的轨迹就无法再次运行。于是，修改程序，使每次开启装置时，滑块都会初始化，移动到左上角。该自动熨烫系统整体框架如图7 所示。

图6 软件流程图

图7 自动熨烫系统图

5 结论

本文设计的自动熨烫装置，能够实现自动熨烫衣服，可解放双手，提高人们的生活效率和质量。集智能化、人性化、自动化于一体；可移植性强，适用范围广；材料易得，成本低，便于大规模生产；安装、使用简单，便于推广，具有一定现实意义和开发价值。相信在未来的智能化时代，中国人的生活会更加便捷、美好。