目錄TOC\o"1-3"\h\u29106摘要 III1引言1.1研究背景科技進(jìn)步推動(dòng)智能家居深入人們生活，通過(guò)高科技設(shè)備極大提升居住體驗(yàn)。智能家居可以監(jiān)測(cè)和控制家居環(huán)境，使其變得更智能化，為用戶提供更便捷、舒適、安全的居住體驗(yàn)。在這一趨勢(shì)下，針對(duì)特定場(chǎng)景的智能化設(shè)計(jì)逐漸成為研究的焦點(diǎn)，本研究選定了多功能鞋柜系統(tǒng)作為研究對(duì)象，旨在通過(guò)引入現(xiàn)代化技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一款具有智能功能的鞋柜系統(tǒng)。鞋柜作為家居中不可或缺的家具之一，其智能化設(shè)計(jì)既能提升生活的便利性，又能使家居環(huán)境更加智能、舒適REF_Ref23530\r\h[1]。本研究將在這一空白領(lǐng)域進(jìn)行深入探討，旨在為智能鞋柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供新的思路和解決方案，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的綜述和深入研究，本研究力求在智能家居領(lǐng)域邁出新的步伐，為提升家居生活質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。1.2研究意義本設(shè)計(jì)選定基于STM32的多功能鞋柜系統(tǒng)作為設(shè)計(jì)對(duì)象，旨在通過(guò)引入現(xiàn)代化技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一款智能化的鞋柜系統(tǒng)，通過(guò)引入智能技術(shù)，將傳統(tǒng)的鞋柜升級(jí)為多功能鞋柜系統(tǒng)，不僅可以有效監(jiān)測(cè)鞋柜內(nèi)部的溫濕度信息，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和智能化調(diào)節(jié)，這將為用戶提供更為智能、便利的家居體驗(yàn)，使得鞋柜不再僅僅是存放物品的家具，而是具有更多智能化功能的家居裝置。作為家居生活中的一部分，鞋柜系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)代表著智能家居技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)在鞋柜系統(tǒng)中整合溫濕度傳感器和液晶顯示模塊，探索了一種新的智能化設(shè)計(jì)思路，為其他家具和生活用品的智能化提供了參考和啟示，通過(guò)在鞋柜系統(tǒng)中引入智能化設(shè)計(jì)，為智能家居領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展貢獻(xiàn)了有價(jià)值的研究成果。1.3國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析智能家居技術(shù)作為當(dāng)今科技領(lǐng)域的熱門方向，在國(guó)內(nèi)外都取得了顯著的進(jìn)展。然而，對(duì)于鞋柜系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)，目前的研究相對(duì)較少。在國(guó)內(nèi)，智能家居市場(chǎng)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)，許多公司推出了各類智能家居產(chǎn)品，包括智能燈具、智能門鎖、智能空調(diào)等REF_Ref23615\r\h[2]。然而，在對(duì)鞋柜系統(tǒng)的智能化研究方面，尚未有大規(guī)模的涉足，一些智能鞋柜產(chǎn)品雖然問(wèn)世，但對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的智能化程度和創(chuàng)新性仍有待提高，因此，國(guó)內(nèi)的現(xiàn)狀表明在鞋柜系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)領(lǐng)域存在發(fā)展的機(jī)遇。國(guó)外智能家居領(lǐng)域在技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)應(yīng)用方面也取得了不少成就，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的一些科技公司推出了一系列先進(jìn)的智能家居產(chǎn)品，并在用戶體驗(yàn)、能源管理等方面進(jìn)行了深入研究，然而，對(duì)于鞋柜系統(tǒng)的智能化研究同樣相對(duì)較少。2相關(guān)元器件2.1STM32F103C8T6STM32F103C8T6是一款由Stmicroelectronics生產(chǎn)的32位ARMCortex-M3微控制器。它是Stmicroelectronics旗下STM32F1系列的一員，具有高性能、低功耗和豐富的外設(shè)特性REF_Ref23651\r\h[3]。該微控制器的核心頻率高達(dá)72MHz，配備64KB閃存及20KB靜態(tài)RAM，它的核心運(yùn)用了ARMCortex-M3架構(gòu)的微控制器，支持多種外設(shè)如通用定時(shí)器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和串行接口，適用于工業(yè)控制、自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品等各種場(chǎng)景。STM32F103C8T6通過(guò)集成SPI、I2C、USART及CAN等多樣化通信接口，極大地簡(jiǎn)化了與外設(shè)的交互過(guò)程。同時(shí)，該微控制器支持多種低功耗運(yùn)行模式，優(yōu)化能效表現(xiàn)?？勺畲笙薅鹊匮娱L(zhǎng)電池壽命，適用于需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的便攜式設(shè)備。在本文研究中，選擇STM32主板作為系統(tǒng)的核心控制單元，以實(shí)現(xiàn)多功能鞋柜系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)，STM32引腳如圖2-1所示。圖2-1STM32F103C8T62.2DHT11溫濕度傳感器DHT11溫濕度傳感器模塊是一種常用于測(cè)量環(huán)境溫度和濕度的數(shù)字傳感器，具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定和成本低廉的特點(diǎn)，該模塊采用了DHT11傳感器芯片，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地獲取環(huán)境的溫濕度信息，是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、氣象站、溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等領(lǐng)域中常見的傳感器之一REF_Ref23732\r\h[4]。在多功能鞋柜系統(tǒng)中，通過(guò)整合DHT11溫濕度傳感器模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鞋柜內(nèi)部環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高系統(tǒng)的智能化水平，為用戶提供更為細(xì)致的環(huán)境信息，DHT11溫濕度傳感器引腳如圖2-2所示。圖2-2DHT112.3LCD1602液晶顯示器LCD1602液晶顯示模塊是一種常用于嵌入式系統(tǒng)的顯示設(shè)備，并被廣泛使用于多種嵌入式系統(tǒng)和電子設(shè)備，其中的"1602"指的是該液晶顯示屏可以顯示16列2行的字符。LCD1602模塊使用了液晶顯示技術(shù)，能夠以可視化的方式展示文字和簡(jiǎn)單的圖形REF_Ref23768\r\h[5]。在多功能鞋柜系統(tǒng)中，整合LCD1602液晶顯示器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和環(huán)境信息的直觀顯示，提高用戶對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況的了解，LCD1602液晶顯示引腳如圖2-3所示。圖2-3LCD16023系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)3.1整體架構(gòu)設(shè)計(jì)多功能鞋柜系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其合理性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和性能表現(xiàn)，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為軟件層和硬件層兩個(gè)主要部分。整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)如圖3-1所示：圖3-1系統(tǒng)架構(gòu)圖通過(guò)綜合考慮硬件、軟件等多個(gè)方面的因素，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)將確保多功能鞋柜系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，并滿足本設(shè)計(jì)的需求REF_Ref23830\r\h[6]。3.2關(guān)鍵技術(shù)方案本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)方案包括以下幾個(gè)方面，如表3-1所示：表3-2關(guān)鍵技術(shù)方案序號(hào)關(guān)鍵技術(shù)方案描述1嵌入式系統(tǒng)選擇選擇STM32單片機(jī)作為主控制單元，具備強(qiáng)大的性能和豐富的外設(shè)接口，適用于鞋柜系統(tǒng)的控制需求REF_Ref23876\r\h[7]。2傳感器選擇與集成運(yùn)用DHT11溫濕度傳感器模塊，及時(shí)掌握鞋柜內(nèi)的溫濕信息，并通過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌谂cSTM32主板進(jìn)行集成。3顯示模塊選擇與驅(qū)動(dòng)選擇LCD1602液晶顯示模塊，提供用戶界面。編寫適當(dāng)?shù)娘@示驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)和溫濕度信息的顯示。4控制算法設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)智能控制算法，根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)鞋柜內(nèi)部環(huán)境的智能調(diào)節(jié)。確保系統(tǒng)穩(wěn)定性和能效。5數(shù)據(jù)處理與校準(zhǔn)構(gòu)建數(shù)據(jù)處理模塊，針對(duì)傳感器所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致濾波與精確校準(zhǔn)，旨在提升數(shù)據(jù)質(zhì)量的精確度及其穩(wěn)定性。6通信協(xié)議定義定義硬件模塊之間的通信協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，比如確保STM32與LCD1602的通信方式。7用戶交互設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)用戶界面模塊，實(shí)現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的交互。包括顯示系統(tǒng)狀態(tài)、溫濕度信息，接收用戶輸入并進(jìn)行響應(yīng)。8電源管理設(shè)計(jì)低功耗的電源管理方案，確保系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中能夠有效利用電能，適合電池供電的場(chǎng)景。通過(guò)以上關(guān)鍵技術(shù)方案的選擇和實(shí)現(xiàn)，可以多功能鞋柜系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和高效性，實(shí)現(xiàn)對(duì)鞋柜及時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理REF_Ref23925\r\h[8]。4多功能鞋柜系統(tǒng)硬件單元設(shè)計(jì)4.1溫濕度傳感器電路DHT11溫濕度傳感器是一種數(shù)字式溫濕度傳感器，能夠通過(guò)單一的數(shù)字信號(hào)輸出當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度值REF_Ref23964\r\h[9]。該系統(tǒng)運(yùn)用DHT11傳感器來(lái)獲取鞋柜內(nèi)部環(huán)境的溫濕度，達(dá)成智能環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制。在DHT11傳感器引腳部署中，VCC連接至系統(tǒng)的供電正極（3.3V或5V）。DATA：連接至STM32微控制器的某一GPIO引腳，用于數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。GND：連接至系統(tǒng)的地線。其中，GPIOx是STM32微控制器上選擇的GPIO引腳，電路圖如圖4-1所示：圖4-1溫濕度傳感器電路原理圖4.2LCD液晶顯示電路為了實(shí)現(xiàn)液晶顯示模塊LCD1602的正常工作，需要進(jìn)行正確的接線和引腳配置REF_Ref24010\r\h[10]。本設(shè)計(jì)中，LCD1602與STM32微控制器相連，以顯示環(huán)境溫濕度等信息。接線方式將LCD1602模塊的VDD（電源正極）引腳連接至STM32的電源引腳VCC，VSS（接地）引腳連接至STM32的地（GND）引腳，VO（液晶對(duì)比度調(diào)節(jié)）引腳連接到一個(gè)可變電阻器，而電阻器的另一頭連接到STM32的電源引腳，以調(diào)整該液晶的對(duì)比度。LCD1602模塊的RS（寄存器選擇）引腳連接到STM32的一個(gè)GPIO引腳，用以選擇發(fā)送命令或數(shù)據(jù)。RW（讀寫選擇）引腳連接至STM32的地引腳，確保數(shù)據(jù)能夠?qū)懭隠CD1602。將LCD1602模塊的E（使能端）引腳連接到STM32的一個(gè)GPIO引腳，用于使能數(shù)據(jù)的傳輸，D0-D7（數(shù)據(jù)線）引腳分別連接到STM32的GPIO引腳，用于傳輸數(shù)據(jù)。A（背光燈正極）引腳連接到一個(gè)電阻限流，然后連接到STM32的電源引腳，以控制背光燈的亮度，電路圖如圖4-2所示：圖4-2LCD液晶顯示電路原理圖4.3繼電器控制加熱片電路繼電器控制加熱片電路設(shè)計(jì)用于多功能鞋柜系統(tǒng)中，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)鞋柜內(nèi)部溫度的控制。在本設(shè)計(jì)中，繼電器用于控制加熱片的開關(guān)，從而調(diào)節(jié)鞋柜內(nèi)部溫度，電路設(shè)計(jì)基于STM32微控制器和繼電器模塊，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)微控制器控制繼電器的動(dòng)作，從而控制加熱片的通斷REF_Ref24066\r\h[11]。具體電路接線為將STM32的引腳GPIO_PIN_A5用于繼電器控制端口模塊。將其正極接到電源正極，負(fù)極接到地線，然后將加熱片的兩端分別連接到繼電器模塊的輸出端和地線。電路圖如圖4-3所示：圖4-3繼電器控制加熱片電路原理圖4.4繼電器控制風(fēng)扇電路在多功能鞋柜系統(tǒng)中，使用繼電器來(lái)控制風(fēng)扇的開關(guān)，通過(guò)微控制器（STM32）的輸出信號(hào)來(lái)控制風(fēng)扇的啟停，用于實(shí)現(xiàn)溫度控制功能。實(shí)際設(shè)計(jì)電路的接線方式為如下REF_Ref24141\r\h[12]。繼電器模塊接線：將VCC引腳連接到微控制器（STM32）的5V電源輸出端，GND引腳連接到微控制器（STM32）的地（GND）確保電路的完整性和穩(wěn)定性，同時(shí)，將IN引腳連接到微控制器（STM32）的數(shù)字輸出引腳，用于控制繼電器的開關(guān)。。風(fēng)扇接線：風(fēng)扇的負(fù)極連至繼電器的NO（常開端），正極連至COM（公共端），通過(guò)繼電器的開閉來(lái)控制風(fēng)扇的運(yùn)作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和可靠性。電路圖如圖4-4所示：圖4-4繼電器控制風(fēng)扇電路原理圖4.5多功能鞋柜系統(tǒng)硬件系統(tǒng)電路將晶振的一腳接至單片機(jī)STM32的PA8引腳，這是晶振的輸入端。另一腳連接至PA9引腳，作為輸出，然后在晶振的兩側(cè)各接一只22pF的陶瓷電容，另一端則與至單片機(jī)的地相連。將穩(wěn)壓器的輸入引腳連接至電源正極，輸出引腳連接至單片機(jī)的供電引腳（例如STM32的VDD引腳），最后將100nF的陶瓷電容連接到穩(wěn)壓器的輸入和地之間，起到濾波作用，將10uF的電解電容連接到穩(wěn)壓器的輸出和地之間，起到穩(wěn)壓作用。將LED的長(zhǎng)腳連接至單片機(jī)的任意IO引腳（例如STM32的PA0引腳），通過(guò)使用330Ω電阻，將LED的短腳連接至地。首先將單片機(jī)的地引腳（GND）與電源地線相連，再將復(fù)位引腳接至電源正極確保初始化，VDD引腳通過(guò)穩(wěn)壓器接通電源，最終VSS引腳也連回電源地保證電路完整。本圖展示了單片機(jī)最小系統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)的實(shí)際連接方式，具體見圖4-5：圖4-5多功能鞋柜系統(tǒng)整機(jī)原理圖通過(guò)以上的硬件電路實(shí)現(xiàn)，各個(gè)模塊之間能夠正確地連接和通信，系統(tǒng)能夠正常工作并實(shí)現(xiàn)多功能鞋柜的功能。5多功能鞋柜系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1程序設(shè)計(jì)方法程序設(shè)計(jì)方法是在軟件開發(fā)過(guò)程中采用的具體設(shè)計(jì)和編碼的方法,系統(tǒng)被細(xì)分為若干功能模塊，每個(gè)模塊承擔(dān)獨(dú)立的職責(zé)。各模塊間通過(guò)預(yù)設(shè)的明確接口相互協(xié)作，確保整體運(yùn)行的高效與穩(wěn)定,提高了代碼的可維護(hù)性和可復(fù)用性，使用函數(shù)或類來(lái)封裝每個(gè)模塊的功能，確保模塊內(nèi)部邏輯清晰，同時(shí)通過(guò)接口與其他模塊相連接。程序設(shè)計(jì)方法的采用有助于改善多功能鞋柜系統(tǒng)的代碼質(zhì)量、易維護(hù)性和可擴(kuò)展性，可以根據(jù)需要靈活運(yùn)用不同的設(shè)計(jì)方法，確保系統(tǒng)的邏輯清晰、穩(wěn)定可靠。5.2程序流程設(shè)計(jì)程序流程設(shè)計(jì)是指對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行邏輯劃分，并定義各功能模塊之間的執(zhí)行流程REF_Ref24206\r\h[13]。下面是本系統(tǒng)采用的流程設(shè)計(jì)：整體程序流程：系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)執(zhí)行初始化操作，這包括硬件及各模塊的初始化，并隨后進(jìn)入主循環(huán)，不斷檢測(cè)各類事件和傳感器數(shù)據(jù)的變化，根據(jù)檢測(cè)到的事件類型，觸發(fā)相應(yīng)的事件處理模塊，如傳感器數(shù)據(jù)更新事件、用戶輸入事件等。傳感器數(shù)據(jù)更新事件觸發(fā)數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和校準(zhǔn)處理。在控制邏輯模塊中，根據(jù)處理后的溫濕度數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定，制定智能控制策略，生成控制指令。將生成的控制指令傳遞給繼電器模塊，控制鞋柜內(nèi)部設(shè)備的開關(guān)和調(diào)節(jié)。更新LCD1602液晶顯示模塊上顯示的系統(tǒng)狀態(tài)、溫濕度信息等。主循環(huán)持續(xù)等待下一個(gè)事件的觸發(fā)，保持系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。事件處理流程：傳感器模塊發(fā)出數(shù)據(jù)更新事件。主控制單元接收事件并觸發(fā)數(shù)據(jù)處理模塊。傳感器數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)處理模塊處理，以確保信息準(zhǔn)確性，然后將處理后的信息傳輸給控制邏輯模塊。用戶輸入事件：用戶通過(guò)界面輸入設(shè)定參數(shù)。主控制單元負(fù)責(zé)接收用戶的輸入事件。用戶界面模塊將用戶的輸入傳遞給主控制單元進(jìn)行處理。主控制單元觸發(fā)控制邏輯模塊，考慮用戶輸入進(jìn)行相應(yīng)的智能控制?？刂七壿嬃鞒蹋嚎刂七壿嬆K接收處理后的溫濕度數(shù)據(jù)和用戶輸入。根據(jù)設(shè)定的智能控制算法，生成相應(yīng)的控制指令。控制指令傳遞給繼電器模塊。設(shè)備控制：繼電器模塊接收控制指令。根據(jù)指令控制鞋柜內(nèi)部的相關(guān)設(shè)備，如風(fēng)扇或加熱器。以下是多功能鞋柜系統(tǒng)的主要程序流程設(shè)計(jì)，如圖5-1所示：圖5-2系統(tǒng)軟件流程圖通過(guò)以上程序流程設(shè)計(jì)，確保了多功能鞋柜系統(tǒng)能夠在各種情境下穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)響應(yīng)用戶輸入和傳感器數(shù)據(jù)的變化，并實(shí)現(xiàn)智能化的設(shè)備控制。系統(tǒng)總程序的主函數(shù)代碼如下所示：#include"stm32f10x.h"#include"dht11.h"#include"lcd1602.h"#include"relay.h"#include"delay.h"http://定義系統(tǒng)狀態(tài)枚舉enumSystemState{DISPLAY_INFO,SANITIZATION_MODE,MANUAL_MODE,AUTO_MODE};//初始化硬件voidhardwareInit(){DHT11_Init();//初始化DHT11溫濕度傳感器LCD1602_Init();//初始化LCD1602液晶顯示模塊Relay_Init();//初始化繼電器}//主函數(shù)intmain(void){//系統(tǒng)初始化SystemInit();hardwareInit();//變量定義enumSystemStatecurrentState=DISPLAY_INFO;inttemperature,humidity;while(1){switch(currentState){caseDISPLAY_INFO://讀取溫濕度數(shù)據(jù)DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity);//顯示溫濕度信息LCD1602_Display_TempAndHumidity(temperature,humidity);//等待用戶輸入或定時(shí)時(shí)間到，切換狀態(tài)currentState=SANITIZATION_MODE;//切換到消毒模式break;caseSANITIZATION_MODE://判斷是否需要消毒if(/*條件判斷*/){//開啟消毒流程Relay_Control(SANITIZATION_RELAY,ON);//開啟指示燈LED_Control(SANITIZATION_LED,ON);//其他相關(guān)操作}else{//關(guān)閉指示燈LED_Control(SANITIZATION_LED,OFF);}//等待用戶輸入或定時(shí)時(shí)間到，切換狀態(tài)currentState=MANUAL_MODE;//切換到手動(dòng)模式break;caseMANUAL_MODE://用戶手動(dòng)控制鞋柜系統(tǒng)//根據(jù)用戶輸入或其他條件，控制繼電器和LED//等待用戶輸入或定時(shí)時(shí)間到，切換狀態(tài)currentState=AUTO_MODE;//切換到自動(dòng)模式break;caseAUTO_MODE://自動(dòng)控制鞋柜系統(tǒng)//根據(jù)溫濕度條件，自動(dòng)控制繼電器和LED//等待用戶輸入或定時(shí)時(shí)間到，切換狀態(tài)currentState=DISPLAY_INFO;//切換到顯示信息模式break;default://默認(rèn)狀態(tài)處理currentState=DISPLAY_INFO;break;}//延時(shí)，控制狀態(tài)切換速度Delay_ms(1000);}}5.2.1溫濕度監(jiān)控子程序設(shè)計(jì)溫濕度監(jiān)控子程序是多功能鞋柜系統(tǒng)的核心組成部分，負(fù)責(zé)收集鞋柜內(nèi)部的溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的調(diào)控。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)DHT11溫濕度傳感器以及其工作模式和配置I/O口進(jìn)行初始化操作，然后，定時(shí)讀取DHT11傳感器的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)完整性和準(zhǔn)確性，接下來(lái)，對(duì)讀取的溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)的可靠性，并將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為易于理解的格式，如攝氏度、相對(duì)濕度百分比等，將處理后的溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新到LCD1602液晶顯示模塊上，供用戶查看，同時(shí)，將溫濕度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，以便于歷史數(shù)據(jù)分析和查詢，根據(jù)預(yù)設(shè)的溫濕度閾值，判斷是否需要啟動(dòng)調(diào)控機(jī)制，當(dāng)環(huán)境溫濕度超過(guò)既定閾值時(shí)，繼電器便啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，直至環(huán)境溫濕度恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。定期檢查傳感器是否工作正常，如發(fā)現(xiàn)故障，則觸發(fā)報(bào)警并提示用戶。當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)恢復(fù)流程，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，最后，子程序通過(guò)預(yù)定的通信協(xié)議與主控模塊交換數(shù)據(jù)，確保整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同工作，流程圖如圖5-2所示：圖5-2-1溫濕度監(jiān)控子程序流程圖部分代碼如下所示：#include"stm32f10x.h"#include"dht11.h"#include"lcd1602.h"http://已有DHT11和LCD1602的驅(qū)動(dòng)程序voidTemperatureHumidityMonitoring_Init(void){//初始化DHT11傳感器DHT11_Init();//初始化LCD1602液晶顯示模塊LCD1602_Init();}voidTemperatureHumidityMonitoring_Update(void){//讀取DHT11傳感器的數(shù)據(jù)if(DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity)==DHT11_OK){//數(shù)據(jù)處理//更新LCD顯示LCD1602_Print("Temp:%dC,Hum:%d%%",temperature,humidity);//智能調(diào)控if(temperature>MAX_TEMP||humidity>MAX_HUMIDITY){//執(zhí)行調(diào)控措施ControlDeviceBasedOnThresholds();}}else{//異常處理HandleSensorError();}}intmain(void){//系統(tǒng)初始化TemperatureHumidityMonitoring_Init();while(1){//溫濕度監(jiān)控子程序循環(huán)TemperatureHumidityMonitoring_Update();//需要延時(shí)delay_ms(1000);}}5.2.2LCD液晶顯示電路子程序設(shè)計(jì)LCD液晶顯示電路子程序負(fù)責(zé)將溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在LCD1602液晶顯示模塊上。首先，對(duì)LCD1602液晶顯示模塊進(jìn)行初始化，包括配置I/O口和液晶顯示模塊的工作模式。然后，將處理后的溫濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新到LCD1602液晶顯示模塊上，供用戶查看。流程圖如圖5-3所示：圖5-2-2LCD液晶顯示子程序流程圖以下是LCD液晶顯示電路子程序的代碼部分：#include"stm32f10x.h"#include"lcd1602.h"http://已有LCD1602的驅(qū)動(dòng)程序voidLCD1602_Display_Init(void){//初始化LCD1602液晶顯示模塊LCD1602_Init();}voidLCD1602_Display_Update(inttemperature,inthumidity){//更新LCD顯示LCD1602_Print("Temp:%dC,Hum:%d%%",temperature,humidity);}intmain(void){//系統(tǒng)初始化LCD1602_Display_Init();while(1){//溫濕度監(jiān)控子程序循環(huán)//已有獲取溫濕度數(shù)據(jù)的函數(shù)inttemperature=GetTemperature();inthumidity=GetHumidity();//更新LCD顯示LCD1602_Display_Update(temperature,humidity);//需要延時(shí)delay_ms(1000);}}5.2.3繼電器控制加熱子程序設(shè)計(jì)繼電器控制加熱子程序負(fù)責(zé)當(dāng)環(huán)境溫度或濕度超出預(yù)設(shè)范圍時(shí)，繼電器會(huì)啟動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱，以調(diào)節(jié)鞋柜內(nèi)部的環(huán)境溫濕度。首先，初始化繼電器相關(guān)的I/O口。然后，溫濕度監(jiān)控中，若溫度跌破下限閾值，繼電器將自動(dòng)吸合，激活加熱器；溫度一旦觸及上限閾值，繼電器斷開，停止加熱。流程圖如圖5-4所示：圖5-2-3繼電器控制加熱子程序流程圖以下是繼電器控制加熱子程序的代碼部分：#include"stm32f10x.h"http://繼電器的驅(qū)動(dòng)程序voidRelay_Heating_Init(void){//初始化繼電器相關(guān)的I/O口GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;//設(shè)置繼電器控制引腳為推挽輸出模式RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOx,ENABLE);//x為繼電器控制引腳所在的GPIO端口GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_x;//x為繼電器控制引腳編號(hào)GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOx,&GPIO_InitStructure);//x為繼電器控制引腳所在的GPIO端口//初始化時(shí)，繼電器默認(rèn)為斷開狀態(tài)Relay_Heating_Off();}voidRelay_Heating_Control(inttemperature,intlowerThreshold,intupperThreshold){//根據(jù)溫度閾值控制繼電器if(temperature<lowerThreshold){//如果溫度低于下限閾值，則觸發(fā)繼電器吸合，啟動(dòng)加熱器Relay_Heating_On();}elseif(temperature>upperThreshold){//如果溫度高于上限閾值，則觸發(fā)繼電器斷開，停止加熱Relay_Heating_Off();}}voidRelay_Heating_On(void){//觸發(fā)繼電器吸合GPIO_SetBits(GPIOx,GPIO_Pin_x);//x為繼電器控制引腳編號(hào)}voidRelay_Heating_Off(void){//觸發(fā)繼電器斷開GPIO_ResetBits(GPIOx,GPIO_Pin_x);//x為繼電器控制引腳編號(hào)}intmain(void){//系統(tǒng)初始化Relay_Heating_Init();while(1){//溫濕度監(jiān)控子程序循環(huán)//假設(shè)您已經(jīng)有了一個(gè)獲取溫度的函數(shù)inttemperature=GetTemperature();//設(shè)置溫度閾值intlowerThreshold=LOWER_TEMPERATURE_THRESHOLD;intupperThreshold=UPPER_TEMPERATURE_THRESHOLD;//根據(jù)溫度閾值控制繼電器Relay_Heating_Control(temperature,lowerThreshold,upperThreshold);//是否需要延時(shí)delay_ms(1000);}}6仿真與測(cè)試6.1硬件仿真為了驗(yàn)證多功能鞋柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可行性，本文進(jìn)行了基于STM32的硬件仿真。利用高級(jí)仿真軟件在計(jì)算機(jī)上重構(gòu)硬件環(huán)境，從而精確評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，確保實(shí)際應(yīng)用的可靠性。硬件仿真主要通過(guò)仿真軟件完成，其中，常用的仿真軟件包括Proteus、Keil等。在仿真過(guò)程中，需要將STM32微控制器和相關(guān)外圍硬件連接在一起，在仿真軟件Proteus中，將STM32微控制器與DHT11傳感器和LCD1602液晶顯示模塊連接，并編寫了相應(yīng)的程序來(lái)讀取溫濕度數(shù)據(jù)并在液晶顯示屏上顯示，仿真過(guò)程中，模擬了不同的環(huán)境溫濕度變化，并觀察系統(tǒng)的響應(yīng)情況，通過(guò)仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地讀取溫濕度數(shù)據(jù)，并且能夠正確地顯示在液晶顯示屏上，硬件仿真圖如圖6-1所示：圖6-1硬件仿真圖6.2系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試是確保多功能鞋柜系統(tǒng)在各個(gè)方面正常運(yùn)行的過(guò)程，測(cè)試包括功能測(cè)試、性能測(cè)試和可靠性測(cè)試等REF_Ref24265\r\h[14]。下面是多功能鞋柜系統(tǒng)的系統(tǒng)測(cè)試步驟，如表6-1所示：表6-2系統(tǒng)測(cè)試內(nèi)容序號(hào)測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試內(nèi)容預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果是否通過(guò)1傳感器數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證DHT11傳感器能夠準(zhǔn)確采集鞋柜內(nèi)部的溫度和濕度數(shù)據(jù)。獲取到實(shí)際環(huán)境的溫度和濕度值。實(shí)際數(shù)據(jù)與環(huán)境實(shí)際值一致。通過(guò)2LCD1602顯示探究LCD1602液晶模塊在顯示系統(tǒng)狀態(tài)與溫濕度數(shù)據(jù)的有效性。顯示信息清晰，無(wú)異常閃爍或顯示錯(cuò)誤。LCD1602顯示模塊正常工作，信息顯示正確。通過(guò)3控制邏輯和設(shè)備控制測(cè)試控制邏輯模塊是否根據(jù)溫濕度數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定生成正確的控制指令，繼電器是否能夠正確控制鞋柜內(nèi)部設(shè)備。鞋柜內(nèi)部設(shè)備根據(jù)環(huán)境和用戶設(shè)定正常調(diào)節(jié)控制邏輯和設(shè)備控制正常，鞋柜內(nèi)部設(shè)備調(diào)節(jié)正常。通過(guò)4用戶界面交互檢查用戶界面模塊是否能夠正確接收用戶輸入，顯示系統(tǒng)狀態(tài)，并響應(yīng)用戶的操作。界面顯示用戶設(shè)定的參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)。用戶界面交互正常，能夠正確顯示和響應(yīng)用戶操作。通過(guò)5異常處理通過(guò)模擬傳感器故障及設(shè)備控制異常，檢驗(yàn)系統(tǒng)處理與記錄這些情況的能力。系統(tǒng)記錄異常信息，保持穩(wěn)定運(yùn)行，不崩潰。異常處理正常，系統(tǒng)能夠適應(yīng)異常情況。通過(guò)6溫度測(cè)試在不同溫度下測(cè)試溫度傳感器的準(zhǔn)確性±1°C±0.8°C通過(guò)7濕度測(cè)試在不同濕度下測(cè)試濕度傳感器的準(zhǔn)確性±5%±4.5%通過(guò)8LCD顯示測(cè)試檢查L(zhǎng)CD顯示是否正常工作正常顯示正常顯示通過(guò)9繼電器控制測(cè)試檢查繼電器是否能正?？刂萍訜崞髡ｉ_關(guān)正常開關(guān)通過(guò)10系統(tǒng)集成測(cè)試檢查各個(gè)模塊是否能協(xié)同工作正常運(yùn)行正常運(yùn)行通過(guò)6.3測(cè)試結(jié)果分析在系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)執(zhí)行不同的測(cè)試項(xiàng)目，得到了相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，下列是對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析：傳感器數(shù)據(jù)采集測(cè)試：測(cè)試內(nèi)容：檢查DHT11傳感器能否準(zhǔn)確采集鞋柜內(nèi)部的溫度和濕度數(shù)據(jù)。分析結(jié)果：實(shí)際數(shù)據(jù)與環(huán)境實(shí)際值一致，說(shuō)明傳感器數(shù)據(jù)采集功能正常。LCD1602顯示測(cè)試：測(cè)試內(nèi)容：考察LCD1602液晶模塊在呈現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)及溫濕度信息方面的功能性。分析結(jié)果：該模塊表現(xiàn)穩(wěn)定，數(shù)據(jù)顯示準(zhǔn)確無(wú)誤，沒有異常閃爍或顯示錯(cuò)誤?？刂七壿嫼驮O(shè)備控制測(cè)試：測(cè)試內(nèi)容：測(cè)試控制邏輯模塊能否根據(jù)溫濕度數(shù)據(jù)和用戶設(shè)定生成正確的控制指令，繼電器是否能夠正確控制鞋柜內(nèi)部設(shè)備。分析結(jié)果：控制邏輯和設(shè)備控制正常，鞋柜內(nèi)部設(shè)備根據(jù)環(huán)境和用戶設(shè)定正常調(diào)節(jié)。用戶界面交互測(cè)試：測(cè)試內(nèi)容：檢查用戶界面模塊能否能夠準(zhǔn)確地接收用戶輸入，顯示系統(tǒng)狀態(tài)，并對(duì)用戶的操作做出響應(yīng)。分析結(jié)果：用戶可以正常與界面進(jìn)行交互，能夠正確顯示和響應(yīng)用戶操作，顯示用戶設(shè)定的參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)。異常處理測(cè)試：測(cè)試內(nèi)容：系統(tǒng)在模擬傳感器故障和設(shè)備控制異常時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)及記錄功能。分析結(jié)果：系統(tǒng)記錄異常信息，保持穩(wěn)定運(yùn)行，不崩潰，說(shuō)明異常處理功能正常。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，可以得出多功能鞋柜系統(tǒng)在各個(gè)方面均通過(guò)了系統(tǒng)測(cè)試，功能正常，穩(wěn)定性較高。測(cè)試結(jié)果的正常通過(guò)為系統(tǒng)的部署和使用提供了可靠的基礎(chǔ)REF_Ref24350\r\h[15]。如果在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常，需要進(jìn)一步調(diào)查和修復(fù)問(wèn)題，然后重新進(jìn)行測(cè)試。7結(jié)論與展望7.1結(jié)論本設(shè)計(jì)基于STM32的多功能鞋柜系統(tǒng)通過(guò)合理選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，成功整合DHT11溫濕度傳感器、LCD1602液晶顯示模塊、繼電器等硬件模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鞋柜內(nèi)部環(huán)境的智能監(jiān)測(cè)與調(diào)控，經(jīng)過(guò)充分的系統(tǒng)測(cè)試，各功能均表現(xiàn)出色，包括