基于RFID的树莓派智能衣柜管理系统

许月玲 张世龙仁 任 蔚 谢俊豪 罗 艳

（上海商学院，上海 201400）

0 引言

随着物联网、人工智能和传感器等技术的飞速发展，智能家居受到越来越多人的青睐。随着人们生活水平的提高和消费观念的转变，衣柜总是被塞满各式各样的服装，传统衣柜难免会带来整理耗时、搭配困难及服饰堆压受潮等问题，造成人们时间、金钱、精力等方面的损失。智能衣柜应运而生，然而目前智能衣柜的定制研发大多面向高端用户，价格较为昂贵且仅适用于家居装修等大幅度整改衣柜情况，难以推广至在校学生、上班族等[1]。因此该文以嵌入式技术为基础，通过树莓派搭建Web服务器，并连接到各种传感器等硬件实现智能感应照明、杀菌抽湿等功能，通过RFID技术实现对服饰的定位和管理。用户可在服务器终端管理自己的衣柜，实现服饰分类管理、实时定位、搭配推荐，多渠道处理闲置衣物及优化衣柜环境。

1 主要使用技术简介

1.1 树莓派技术

树莓派为该系统的实现提供了一个具有基本功能的、廉价优质的硬件平台。它是一款基于ARM的微型电脑主板，以SD卡为内存硬盘，含有众多接口和引脚等，作为小型服务器广泛应用于物联网领域，扩展到生活的方方面面[2]。该系统基于树莓派搭建Web服务器，并将树莓派连接到传感器等器件实现衣柜环境数据采集、显示系统当前状态、数据存储等工作。

1.2 RFID技术

射频识别技术工作原理是阅读器和标签之间通过无线通信技术进行非接触式的数据通信，实现自动识别目标并读写相关数据，具有易部署、非接触式传感、标签无线供电、无线信息传输等特点。该项研究采用RFID柔性服装标签，将其附着在服饰原有标识之后，既不影响服饰美观，同时耐高温洗涤，利于长期稳定使用；并选用RC522阅读器读写标签信息，记录服饰存取活动并实现实时定位；应用软件系统负责收集和处理RFID标签内各种数据业务，解读标签发出的无线电波，并读写数据。

1.3 传感器技术

传感器能够感知周围环境，监测特定指标量，根据一定的传输协议写入程序，将传感器监测并发送的串行数据转化为需要的数据。作为信息获取的重要手段，传感器的种类和工作原理各式各样，成为实现智能化、自动化控制的重要环节。该系统将树莓派连接到DHT11温湿度传感器、光敏传感器、HC-SR501人体红外传感器、紫外线消毒灯、触控感应开关和LED灯，实现烘干除湿、杀菌祛螨、智能照明的目标[3]。

2 系统总体方案设计

2.1 系统架构设计

该系统整体架构设计主要包括硬件控制模块和服务器部分，如图1。

图1 系统架构设计图

硬件控制部分主要以树莓派作为智能衣柜的主控制器，通过有线电源为其提供电量，连接LCD1602液晶屏显示服饰存取信息和服务器IP地址，构成核心控制电路部分。而通过面包板中介可以扩展树莓派连接的控制设备，该系统用到的器件主要有继电器、HC-SR501人体红外传感器、DHT11温湿度传感器、无源蜂鸣器、紫外线杀菌灯、智能触控开关、RFID-RC522阅读器和RFID柔性标签等。服务器端主要由HTML网页技术和CGI程序实现，通过Boa服务器实现在手机和电脑端查看和管理服饰以及远程控制衣柜环境等功能。在树莓派上启用SSH进行远程访问，搭建Web服务器，编写嵌入式文件系统，并移植Boa服务器、MySQL数据库实现数据存储。用户可以通过给定IP地址登录该智能衣柜管理系统，手机或电脑端都可以登录，随时查看和管理衣柜内服饰和环境。

2.2 系统功能设计

该系统包括树莓派、RFID模块、传感器等硬件设备，依托物联网、嵌入式、HTML网页服务器终端，实现了智能衣柜管理。树莓派作为该系统的主控制模块，通过Wi-Fi无线网络搭建Web服务器，并应用HTML网页作为服务器终端[4]，实现对衣柜的智能管理，系统实现流程见图2。

图2 系统功能流程图

主要实现功能说明如下。

DHT11温湿度传感器检测衣柜的温湿度，并可自动进行除湿。当湿度高于设定最高值时，继电器自动闭合，加热设备烘干除湿，直到湿度降低至设定值停止工作。

紫外线消毒灯杀菌消毒，由继电器驱动，设定具体时间段工作，为衣柜杀菌祛螨。

HC-SR501人体红外传感器用于监测人体的存在，确保以上传感器的操作在无人条件下进行，以免继电器加热和紫外线杀菌时对人体造成伤害。

智能触控感应开关和LED灯实现智能触控照明，也可从服务器端控制灯光开关。

LCD1602液晶屏：显示Web服务器的IP地址以及进入或退出系统的RFID标签。

RFID-RC522及RFID服饰标签：用于标注服装进出，记录服饰存入和取出的活动；将大致已知位置的衣物指定为锚节点，可以通过聚类分析对特定服饰进行定位。

无源蜂鸣器：每次存入或取出服饰时，检测到RFID标签，蜂鸣器发出声音。

登录服务器终端，可以对服饰进行分类管理、定位特定服饰、智能环境优化以及对闲置服饰进行多渠道处理，通过超链接技术提供服饰捐赠、共享租衣、改造设计等选择。

2.3 嵌入式平台实现

基于嵌入式Web服务器的应用是嵌入式开发的一种主流趋势。该系统中服务器端的实现，主要应用Boa服务器实现互联网和嵌入式设备之间的信息交互，MySQl数据库进行数据存储以及嵌入式CGI技术和网页HTML技术实现智能衣柜管理系统。Boa服务器在Linux环境下可以兼容CGI技术，是一款小巧的HTTP服务器。其原理如下。浏览器与服务器建立连接，再通过SOCKET套接字进行数据的传输。浏览器通过GET和POST传递参数，服务器通过HTTP协议接收请求。根据不同请求实现不同结果，调用HTML网页或CGI：调用HTML时，浏览器会自动跳转到对应的HMTL网页；而调用CGI时，Boa服务器会执行HTML网页对应CGI程序，将执行结果返回至服务器，在浏览器页面进行显示。Boa服务器工作原理见图3。

图3 Boa服务器工作原理

通过网页可将信息传递到用户，应用超连接技术，采用HTML实现服务器端的文本文件功能，并通过浏览器分解网页，将网页内容展示给人们。在智能衣柜管理系统中先需要设计网页，把做好的网页放在Boa服务器的WWW文件里，当服务器端浏览器对网页发出请求时，服务器就把HTML文件的内容发送给浏览器，待解析完便可进入智能衣柜管理系统网页。嵌入式开发平台移植以及运行Boa服务器，通过输入开发平台IP地址登录WWW目录下的HTML网页。HTML网页和服务器之间通过CGI程序进行数据处理的传输，实现网页动态化，衣柜内的环境信息会实时通过Boa服务器上传到网页，并可在网页客户端实现远程操作[5]。

3 系统测试结果

通过对该智能衣柜管理系统进行测试，具体情况说明如下：1）通过IP地址可以登入该系统进行操作；2）当附着RFID服装标签的衣物存入或取出衣柜时，蜂鸣器正常工作，发出声响，LCD液晶屏相应显示“item in/out”字样；并在服务器端更新信息，录入服饰信息并记录服饰存取活动；3）系统可对服饰进行分类管理，方便用户查看服饰信息、进行服饰搭配，还有服饰实时定位；4）闲置服饰的处理。通过超链接技术，该系统提供了旧衣捐赠、共享租衣、改造设计服务，分别链接到对应网页，测试运行结果成功；5）在环境信息模块可以看到该衣柜环境，如温度、湿度等；6）在远程控制模块可以对传感器进行远程控制，如加热设备进行烘干、紫外线杀菌消毒、智能照明，并设置一定的工作时间段，见图4。

图4 远程控制页面

综上所述，系统可以较灵敏地实现烘干除湿、杀菌消毒、智能照明和服饰管理、闲置处理等功能，可以投入实际生活使用。

4 总结

该文提出了一种基于RFID技术的树莓派智能衣柜管理系统，该系统在服饰管理方面，提供分类管理、实时定位、闲置处理等服务；在衣柜环境优化方面，实现杀菌消毒、烘干除湿、智能触控照明等功能。通过手机或网页登录IP地址，可实时管理服饰信息、远程控制环境。该系统实现了智能化、自动化管理衣柜的目标，可直接在传统衣柜基础上安装，无须太大改动就可极大提高人们管理衣柜的效率，可应用于学生宿舍、员工宿舍、家庭、出租屋等多种场合。