基于單片機(jī)的智能衣柜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u3986第一章系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2214151.1設(shè)計(jì)分析 2105891.2設(shè)計(jì)方案 2314951.3方案論證 491091.3.1電源選擇 4203501.3.2主控芯片的選擇 583141.3.3輸出顯示的選擇 67951第二章硬件設(shè)計(jì) 7162962.1主控系統(tǒng)電路 7302072.2溫濕度傳感器電路 87692.3煙霧傳感器電路 988572.4紅外感應(yīng)電路 10112392.5聲音報(bào)警電路 11255802.6WiFi電路 12234232.7繼電器電路 129182.8顯示電路 1321965第三章軟件設(shè)計(jì) 15232663.1設(shè)計(jì)分析 1517673.2溫濕度監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 1614633.3智能照明設(shè)計(jì) 17230893.4繼電器驅(qū)動(dòng)裝置的程序設(shè)計(jì) 1814880第四章系統(tǒng)調(diào)試 20127654.1硬件調(diào)試流程 20166304.2軟硬件結(jié)合測(cè)試 2114827第五章總結(jié)與展望 241925.1總結(jié) 24270905.2展望 24系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分析隨著人們生活水平的日益提升，衣柜也已經(jīng)成為人們?cè)谄綍r(shí)生活中不可或缺的一種儲(chǔ)物工具，因此現(xiàn)在很多人裝修房間時(shí)擔(dān)心的難題就包含了衣柜有效存儲(chǔ)空間的問(wèn)題。這就需要一個(gè)可以控制衣柜的系統(tǒng)來(lái)滿足人們的要求。一個(gè)智能的衣柜應(yīng)該具備以下功能：首先門的兩側(cè)會(huì)裝有紅外感應(yīng)器，如果柜門檢測(cè)到人的肢體或物體柜內(nèi)的燈會(huì)亮，檢測(cè)不到肢體柜子里的燈熄滅。可以在OLED屏幕上看到柜子內(nèi)部的溫度濕度與煙霧濃度，如果你出差工作，也可以利用手機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜子的內(nèi)部情況，假如溫度或濕度超過(guò)你的接受范圍，你可以遠(yuǎn)程操控手機(jī)進(jìn)行降溫或者消毒操作。基于以上分析，本設(shè)計(jì)要求如下：1.設(shè)計(jì)模擬智能衣柜運(yùn)行的控制系統(tǒng)；2.設(shè)置紅外感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)柜門開(kāi)關(guān)照明功能；3.利用溫濕度傳感器，檢測(cè)柜子內(nèi)部溫度與濕度；4.利用煙霧傳感器，檢測(cè)柜子內(nèi)部的煙霧濃度；5.設(shè)置蜂鳴器，若是煙霧濃度超標(biāo)發(fā)起警報(bào)；6.使用OLED屏幕實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度與煙霧濃度；7.利用WIFI模塊連接路由器通過(guò)MQTT協(xié)議上傳Onenet云端與手機(jī)通信傳輸數(shù)據(jù)完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)環(huán)境；8.利用網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議使用手機(jī)異地對(duì)衣柜進(jìn)行降溫、消毒操作。設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路在單片機(jī)的最小系統(tǒng)中是比較重要的，它的作用是讓系統(tǒng)回到最初的狀態(tài)，也就是沒(méi)有配網(wǎng)的出廠狀態(tài)，而后將其與一鍵配網(wǎng)按鍵同時(shí)按下，松開(kāi)復(fù)位鍵就開(kāi)啟了與手機(jī)連接的WIFI進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)配網(wǎng)成功后，溫濕度與煙霧濃度都會(huì)同時(shí)顯示在OLED屏上，此時(shí)所有的功能都會(huì)傳輸完畢可以正常使用。打開(kāi)手機(jī)APP輸入網(wǎng)絡(luò)地址就可以對(duì)衣柜環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果溫度過(guò)高了可以打開(kāi)繼電器上的模擬風(fēng)扇，如果濕度過(guò)高了可以打開(kāi)繼電器上的模擬消毒去濕，若是發(fā)現(xiàn)不正常的煙霧則會(huì)觸發(fā)報(bào)警，有效的處理之后報(bào)警會(huì)自動(dòng)取消。整個(gè)設(shè)計(jì)的正常運(yùn)行是對(duì)單片機(jī)下載之前編好的程序來(lái)進(jìn)行控制。所以本設(shè)計(jì)主要有WiFi模塊、單片機(jī)的最小系統(tǒng)控制模塊、顯示模塊、電源模塊、傳感器模塊等幾大部分構(gòu)成。方案的設(shè)計(jì)如圖2.1所示。圖2.1設(shè)計(jì)方案流程圖各模塊作用如下：（1）電源模塊衣柜的電源模塊負(fù)責(zé)對(duì)主控系統(tǒng)、傳感器、繼電器和顯示器進(jìn)行持續(xù)供電，電源供電分為兩步，先將家用220V的交流電壓通過(guò)先降壓再整流最后濾波得到的穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)化為12V的直流電壓，再將其通過(guò)電源線轉(zhuǎn)化為3.3V的直流電壓，以保證系統(tǒng)能夠暢通無(wú)阻的運(yùn)行。（2）傳感器模塊溫濕度傳感器負(fù)責(zé)采集衣柜內(nèi)部的溫度和濕度信息，煙霧濃度傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)衣柜內(nèi)煙霧的濃度，紅外傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)柜門開(kāi)關(guān)的情況并進(jìn)行亮燈與關(guān)燈的操作。（3）顯示電路模塊使用顯示電路來(lái)表示衣柜內(nèi)部此時(shí)的溫度、濕度、煙霧濃度信息，讓使用者對(duì)衣柜內(nèi)部的狀態(tài)一目了然。（4）主控模塊把選型好的單片機(jī)芯片作為主控模塊，將程序?qū)懭胗靡赃B接并控制各分散模塊，來(lái)達(dá)到接收或發(fā)送指令的目的。（5）WiFi模塊此模塊與MQTT網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議利用OneNet云IoT平臺(tái)將電路板上的數(shù)據(jù)與手機(jī)通過(guò)路由器相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程操控功能。方案論證電源選擇對(duì)于單片機(jī)電梯的控制系統(tǒng)在電源方面可以有很多不同的選項(xiàng)：1.如果使用干電池來(lái)進(jìn)行供電，就能夠供給4.5-6V的電壓。2.選用鋰電池來(lái)供電，它的分類是非正極的材料，并且利用特殊的電解質(zhì)溶液所做成的電池，又因?yàn)殇嚮钴S的元素特性，所以對(duì)操作的要求也會(huì)很高。3.選用USB供電可以直接連接充電寶或電腦的USB接口等，其內(nèi)置電源提供5V電源給設(shè)備?？梢栽陔娔X上一邊下載程序一邊供電給設(shè)備，使設(shè)備運(yùn)行起來(lái)非常方便。選用此型號(hào)單片機(jī)最重要的是它的耗能低，因此選擇干電池是不合適的，因?yàn)楦呻姵夭皇强梢远啻问褂玫哪茉矗猛暌淮尉蜎](méi)有價(jià)值了，這就大大增加了成本還污染了環(huán)境，基于控制系統(tǒng)的真實(shí)操作情況，電源選擇大致可以分為以下的幾種類型：如果電源是分正負(fù)15V的電源時(shí)能選擇放大電路進(jìn)行上電；如果電源是分正負(fù)5V時(shí)就選擇它的邏輯電路進(jìn)行上電。電源方面有一點(diǎn)需要注意的地方是電源必須要是共電的，還要把+15V和-5V的電壓隔離起來(lái)，還要同時(shí)讓傳感器的開(kāi)關(guān)和信號(hào)的開(kāi)關(guān)的供電使得他們可以單獨(dú)進(jìn)行。由于本系統(tǒng)是模擬衣柜基本功能的運(yùn)行，為此系統(tǒng)的供電選擇USB。可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)、顯示器、LED燈的工作狀態(tài)可以達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。主控芯片的選擇目前，市面上銷量比較高的單片機(jī)的型號(hào)有MSP430，STC89C52，STM32三款。首先，STM32是現(xiàn)如今最熱門的單片機(jī)芯片，非常低的售賣價(jià)格卻包含著很多的外設(shè)和功能，擁有非常高的集成度。而STM32又分為多種型號(hào)，每種型號(hào)所主打的功能各不相同，還具有封裝選擇的特權(quán)。其中以功耗最低和以無(wú)線為應(yīng)用的F103系列增強(qiáng)型芯片更是領(lǐng)先發(fā)展。它內(nèi)部含有比其他單片機(jī)更多的中斷，并且它的每個(gè)引腳都可以進(jìn)行設(shè)置，可編程的優(yōu)先級(jí)為16級(jí)。MSP430系列單片機(jī)是市場(chǎng)上一種16位超低功耗的混合信號(hào)處理器，功耗低、速度快、匯編語(yǔ)言編程靈活、指令少、尋址方式多等都是它的優(yōu)點(diǎn)。憑借它的強(qiáng)大處理能力，采用精簡(jiǎn)指令集以及大量的寄存器和片內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器都可參加多種運(yùn)算，在8MHz晶體驅(qū)動(dòng)下指令周期為125ns。STC89C52單片機(jī)是使用CMOS工藝打造，片內(nèi)含有支持多次清除寫入的8KB的只讀程序存儲(chǔ)器以及用來(lái)保存程序的256字節(jié)隨機(jī)的存取存儲(chǔ)器，片內(nèi)安裝通用的8位CPU（中央處理器）以及Flash存儲(chǔ)單元，從而讓STC89C52有以下幾個(gè)基本功能：8k字節(jié)Flash，32位的I/O口線，256字節(jié)的RAM，看門狗定時(shí)器，數(shù)據(jù)的指針有兩個(gè)，16位計(jì)數(shù)/定時(shí)器有三個(gè)，去掉以上還有一個(gè)2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)的6向量，它支持三種形式，其中包括時(shí)鐘電路與全雙工串行口。還有就是，STC89C52靜態(tài)的理論操作還能夠降低到0Hz，節(jié)電的模式有兩款軟件可以選擇。在未工作的狀態(tài)下，中央處理器（CPU）的工作停止，同時(shí)能讓串口、RAM以及中斷和計(jì)數(shù)/定時(shí)器的工作繼續(xù)進(jìn)行。在模式為掉電的情況下，RAM保留的內(nèi)容并且振蕩器要凍結(jié)，使得單片機(jī)停止運(yùn)行，直到一個(gè)有硬件可以復(fù)位或中斷結(jié)束。在這一模塊中將單片機(jī)作為核心將程序代碼加進(jìn)去再把外圍接上LED顯示電路、鍵盤控制、報(bào)警電路、復(fù)位電路、振蕩電路等等。了解到目前的市場(chǎng)上可以買到的芯片然后將它們的功能進(jìn)行類比，再利用系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)分析需要什么樣的芯片，就可以得到以下結(jié)論。這三種單片機(jī)芯片在性能或者功耗方面各有特點(diǎn)，但通過(guò)具體的比較與分析得出：方案二的芯片不容易上手，主要是因?yàn)榫W(wǎng)上關(guān)于此芯片資料較少要去官網(wǎng)下載，單片機(jī)本身工作電壓偏低而且I/O無(wú)保護(hù)，過(guò)壓過(guò)流會(huì)立即擊穿。相較后兩款控制器STM32功能最多且?guī)缀跬耆采w其作用雖然使用方法比較復(fù)雜但對(duì)本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是最合適的，此設(shè)計(jì)需要用多個(gè)傳感器與串口通訊，而對(duì)于MSP430和STC89C52在功能上是接近的，但是STM32卻是最適合功能最全面的而且現(xiàn)在是市場(chǎng)熱銷的，前兩者已經(jīng)逐漸被淘汰，所以選擇了STM32的F103系列增強(qiáng)型單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控芯片。輸出顯示的選擇常見(jiàn)顯示的器件有數(shù)碼管的（LED）顯示和液晶屏（LCD）顯示還有OLED顯示三種。數(shù)碼管的顯示是用很多個(gè)被連接在一起發(fā)亮的二極管所組合而成的一個(gè)數(shù)字“8”的元器件，它是顯示屏其中的一種。想要使數(shù)碼管發(fā)亮能夠從中看到顯示的信息或數(shù)字，就要把各個(gè)管腳輸入對(duì)應(yīng)的電流。它又叫七段數(shù)碼管，用英文來(lái)表示這些段分別為a，b，c，d，e，f，g。它的電極類型為共陰極。它最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠在PCB畫圖軟件上根據(jù)需求進(jìn)行連線，來(lái)設(shè)置成為能夠播放任意效果的顯示器件。它的外殼封裝顏色大多選用白色；防護(hù)的等級(jí)非常高；工作電壓的范圍是24V-220V；工作的電源是8-12V；工作的環(huán)境要求非常嚴(yán)格，溫度不能過(guò)低也不能過(guò)高；正常情況下壽命大于80000小時(shí)。壽命長(zhǎng)，耐磨損，不怕濕不吸塵也是它的特點(diǎn)。它的發(fā)光單元是發(fā)光二極管，可以產(chǎn)生很多種的顏色出來(lái)，關(guān)于連線是用引線的方式全部在內(nèi)層完成。了解發(fā)光二極管連接方式的不同，可以知道它分為兩種：共陰以及共陽(yáng)，因?yàn)殡娫凑?fù)極的不同，使得它們的編寫程序的方法和硬件電路的搭建或多或少都有差異。OLED顯示屏，是使用有機(jī)發(fā)光的二極管制作而成，他又被人叫做機(jī)電激光顯示。它具備很多特性，省電與輕薄只是其中一部分。從03年開(kāi)始，這種顯示屏幕經(jīng)過(guò)精密的改良具備很多優(yōu)勢(shì)被人們廣泛應(yīng)用在MP3、手機(jī)等電子產(chǎn)品身上。它本身直接3.3V與5V控制芯片的I/O電平，因此與采取接線模式的單片機(jī)更為契合。而且它區(qū)別于其他兩種顯示器，它上電之后不會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)，需要程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)才會(huì)顯示內(nèi)容。LCD的液晶顯示是用液態(tài)晶體所組成的顯示器件，因?yàn)樗姆浅４蠖以趶?qiáng)光的環(huán)境下很容易讓人看不清楚，價(jià)格相比下來(lái)也較為昂貴，考慮到不應(yīng)該耗費(fèi)能源，因此并沒(méi)有選用液晶顯示屏來(lái)做設(shè)計(jì)。OLED顯示屏因?yàn)樗陀谩⒎磻?yīng)快、耗能低、高亮度一系列優(yōu)點(diǎn)被人們廣泛的使用。相較其他兩種，它的畫面感更優(yōu)秀，特別是顯示數(shù)據(jù)相關(guān)的信息時(shí)更為突出。由于它不用背光源而是自發(fā)光的形式具有更節(jié)能與環(huán)保的特點(diǎn)。不得不提的還有它的清晰度，無(wú)論遠(yuǎn)觀還是近看都特別的細(xì)膩，還帶有彩色觀感的舒適性。對(duì)比之下決定，由于本設(shè)計(jì)用于顯示的多為數(shù)據(jù)信息，故采用OLED顯示屏更為合適。硬件設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)電路本設(shè)計(jì)的主要控制元件是主控系統(tǒng)，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，其中包含了復(fù)位電路、電源電路、晶振電路、程序下載電路等，各個(gè)模塊通過(guò)主控芯片的控制進(jìn)行運(yùn)作。當(dāng)按下復(fù)位鍵與一鍵配網(wǎng)按鍵時(shí)，會(huì)出現(xiàn)WiFi連接界面，只需在手機(jī)APP的配置界面輸入手機(jī)連接路由器的密碼就可配置成功，OLED屏幕顯示配網(wǎng)成功，隨后刷新溫濕度與煙霧濃度的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。7號(hào)腳接到復(fù)位電路的按鍵電容電阻連接處，電阻上接3.3V電源起限流作用阻值為10K，電容接地。PA0口外接煙霧傳感器的4號(hào)引腳，PA1口與R4接智能配網(wǎng)按鍵，電阻的阻值為10K。本設(shè)計(jì)所用到的這種型號(hào)的主控系統(tǒng)，它采用LQFP48的封裝型號(hào)，包含了很多接口，其中有37個(gè)是供用戶使用的IO口都可以映像到全部外部中斷且有眾多引腳具有復(fù)用功能。9、24、36、48腳和8、23、35、47腳分別接+3.3V電源和地端。3、4和5、6兩個(gè)引腳外接晶體引腳XTAL1和XTAL2，分別是電路中的放大器反過(guò)來(lái)的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，它們接在微調(diào)電容和外部晶體的兩點(diǎn)，這里晶體的振蕩頻率選用的是8MHz。本設(shè)計(jì)核心板采用了STM32F103C8T6主控系統(tǒng)，想要讓系統(tǒng)正常的運(yùn)行，那么必須要有電源，復(fù)位，晶振電路。本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位的復(fù)位電路和外部方式的時(shí)鐘電路用來(lái)保證運(yùn)作的時(shí)候，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，可以恢復(fù)到最初的狀態(tài)。此電路最重要的作用是將寄存器中的數(shù)據(jù)恢復(fù)為初始數(shù)據(jù)。有的時(shí)候單片機(jī)在運(yùn)作的時(shí)候被物體干擾等原因造成的寄存器中數(shù)值發(fā)生錯(cuò)誤導(dǎo)致崩潰，這時(shí)需要重新復(fù)位。原理圖上電容上接電源選擇20μF的電容，R6起到限流作用，由計(jì)算公式：R=U/I算出10K電阻。核心板系統(tǒng)電路如圖3.1所示。完整的單片機(jī)包括很多像觸發(fā)器一樣組合而成的時(shí)序電路，由晶振發(fā)送脈沖，通過(guò)分頻就出現(xiàn)了單片機(jī)中所謂的時(shí)鐘信號(hào)，然后由它作為芯片內(nèi)部負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)任務(wù)的脈沖信號(hào)。特定的系統(tǒng)需要特定頻率的晶振用來(lái)匹配其需求。如果時(shí)鐘信號(hào)丟失，單片機(jī)內(nèi)部電路將不會(huì)遵從指示進(jìn)入待機(jī)的狀態(tài)，這是因?yàn)橛|發(fā)器接收不到時(shí)鐘信號(hào)，它的狀態(tài)就無(wú)法變化。晶體給單片機(jī)提供了一個(gè)非常穩(wěn)定的通訊信號(hào)，能和外部設(shè)備連接達(dá)到同步的同時(shí)使單片機(jī)各內(nèi)部元件一起工作。8MHz晶振通常用20-30pF的電容，如圖3.1所示，此處選用了兩個(gè)大小容量一樣的20pF電容。圖3.1核心板系統(tǒng)電路溫濕度傳感器電路本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)智能家具實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，需具備至少三個(gè)采集室內(nèi)數(shù)據(jù)的傳感器，設(shè)計(jì)中選用了AHT10溫濕度傳感器，它的作用是采集衣柜內(nèi)的溫度與濕度數(shù)據(jù)并且實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，衣柜的主人可以根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)了解衣柜內(nèi)部的情況，溫度過(guò)高了可以進(jìn)行降溫操作，濕度過(guò)高了可以進(jìn)行除濕操作。非常適合新時(shí)代的年輕人使用，當(dāng)你上了一天班回家的時(shí)候肯定不會(huì)花時(shí)間關(guān)注衣柜的情況，而這種智能衣柜可以在手機(jī)APP上一鍵操作十分方便。模塊原理圖如圖3.2所示，相對(duì)濕度的計(jì)算方法是RH對(duì)比SDA所輸出的信號(hào)SRH所得，測(cè)量范圍為0-100%，具體計(jì)算公式為：RH[%]=（SRH220）*100%，溫度T是通過(guò)溫度輸出信號(hào)ST的變化而改變，其結(jié)果用溫度℃來(lái)表示，具體公式計(jì)算為：T（℃）=(ST220)*200-50。SCL為串行時(shí)鐘負(fù)責(zé)微控制器與AHT10之間通訊的同步，SDA為串行數(shù)據(jù)此引腳的作用為傳感器的輸出和輸入，發(fā)送命令的時(shí)候S在原理圖中通過(guò)模塊電路的1號(hào)腳連接3.3V電源，2號(hào)腳接地，3、4號(hào)腳也就是AHT10的SCL（時(shí)鐘線）與SDA（數(shù)據(jù)線）引腳與微控制器的PB6、7引腳連接通過(guò)IIC通信輸出信號(hào)，將程序下載進(jìn)去直接驅(qū)動(dòng)本模塊進(jìn)行工作。圖3.2溫濕度傳感器煙霧傳感器電路MQ-2煙霧傳感器，它的作用是檢測(cè)衣柜內(nèi)部的煙霧濃度，如果出現(xiàn)超過(guò)安全范圍外的濃煙則會(huì)觸發(fā)報(bào)警機(jī)制，會(huì)主動(dòng)提醒使用者及時(shí)的處理突發(fā)問(wèn)題，具體模塊電路圖如圖3.3所示，六只引腳其中有四個(gè)作用是信號(hào)的取出，另外兩個(gè)負(fù)責(zé)提供加熱電流，MQ-2對(duì)甲烷、液化氣的靈敏度特別高，因此我們可以使用打火機(jī)來(lái)檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)與否。其敏感體的功耗值計(jì)算公式可表示為：Ps=Vc2×Rs/（Rs+RL）2，傳感器電阻的計(jì)算公式表示為：Rs=（Vc/VRL?1）×在原理圖設(shè)計(jì)中將此模塊電路的1號(hào)引腳連接5V電源，2號(hào)引腳接GND，4號(hào)引腳A0連接主控系統(tǒng)的PA0口負(fù)責(zé)提供與煙霧濃度形成比例的模擬輸出電壓，在程序的驅(qū)動(dòng)下使得模塊功能正常運(yùn)行。圖3.3煙霧傳感器紅外感應(yīng)電路本設(shè)計(jì)考慮到衣柜打開(kāi)的時(shí)候內(nèi)部會(huì)很暗導(dǎo)致不好在眾多衣物中找到自己想穿的，所以加裝了一個(gè)智能照明的功能。對(duì)照各種方案的成本問(wèn)題，最終選用紅外傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。在衣柜門的兩側(cè)嵌入紅外傳感器，如果柜子的門被打開(kāi)，使用者的手伸進(jìn)衣柜，紅外傳感器感應(yīng)到了物體，此時(shí)衣柜內(nèi)部的燈就會(huì)點(diǎn)亮，如果把手收回去，紅外傳感器失去了物體的感應(yīng)燈就會(huì)自動(dòng)熄滅，這樣一來(lái)既實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的作用，又實(shí)現(xiàn)了智能照明的效果。電路圖中1號(hào)腳接3.3V電源，2號(hào)腳接地，4號(hào)腳是OUT連接微控制器的PB13IO口，載入程序后將該端口配置成輸入然后IO口讀電平被微控制器驅(qū)動(dòng)。具體如下圖3.4所示。圖3.4紅外感應(yīng)電路聲音報(bào)警電路為了確保智能衣柜內(nèi)部的安全，本設(shè)計(jì)加入了報(bào)警電路，以應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)情況。當(dāng)衣柜內(nèi)部的煙霧濃度超過(guò)安全范圍，傳感器若是檢測(cè)到超過(guò)4500的濃度，就會(huì)觸發(fā)警報(bào)的提示音，讓使用者接收提醒第一時(shí)間進(jìn)行處理，解決問(wèn)題后自動(dòng)解除報(bào)警。電路中蜂鳴器的1號(hào)腳連接3.3V電源，2號(hào)腳連接NPN型三極管的集電極，基極通過(guò)起限流作用的R8電阻連接主控系統(tǒng)被驅(qū)動(dòng)其阻值為1K，發(fā)射極連接GND形成一個(gè)完整的電路。具體如下圖3.5所示。圖3.5聲音報(bào)警電路WiFi電路智能衣柜最重要的功能，利用手機(jī)APP監(jiān)測(cè)衣柜內(nèi)部的狀態(tài)，這樣使得用戶不必時(shí)刻關(guān)注衣柜的內(nèi)部情況，想知道的話只需要打開(kāi)APP進(jìn)入即可查看。首先使用安卓的手機(jī)做成的一個(gè)具有控制界面的APP，然后使用手機(jī)的WiFi和電路板上WiFi就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制電路板上的WiFi進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。硬件電路上電之后，WiFi處于斷開(kāi)狀態(tài)，此時(shí)需要使用者手動(dòng)同時(shí)按住按住一件配網(wǎng)按鍵與復(fù)位鍵，呼出網(wǎng)絡(luò)連接界面，隨后手動(dòng)在手機(jī)APP上輸入此時(shí)連接的路由器密碼，密碼正確后WiFi成功連接，那么采集到的所有數(shù)據(jù)將會(huì)在手機(jī)的界面中顯示出來(lái)，并有除濕和降溫的按鍵，一鍵按下系統(tǒng)即可自動(dòng)操作。在此模塊電路中，1、4、8號(hào)引腳連接主控系統(tǒng)的PA2、4、3引腳，在程序載入主控系統(tǒng)并且上電時(shí)被驅(qū)動(dòng)使用。2、6號(hào)引腳連接3.3V電源，7號(hào)引腳接地形成完整電路。具體如下圖3.6所示。圖3.6WiFi電路繼電器電路在日常使用中智能衣柜必不可少的兩個(gè)功能：自動(dòng)消毒與降溫。此設(shè)計(jì)中使用繼電器模塊用來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)提出的功能。選用最基礎(chǔ)的2路繼電器，它既能滿足設(shè)計(jì)需求又能最大程度的節(jié)省成本。它本身采用貼片式的光耦隔離具有性能穩(wěn)定與驅(qū)動(dòng)能力非常強(qiáng)等特點(diǎn)。模塊設(shè)定的工作電壓在5V12V以及24V都可驅(qū)動(dòng)，支持通過(guò)跳線設(shè)置低電平或者高電平觸發(fā)。支持控制線斷掉的容錯(cuò)，繼電器此時(shí)不會(huì)有任何動(dòng)作。它的電源指示燈為綠色，紅色指示燈代表啟動(dòng)狀態(tài)。還擁有人性化設(shè)計(jì)的接口，通過(guò)接線的端子就可將所有接口連線直接引出，十分方便。它的使用是和手機(jī)APP與紅外感應(yīng)器一起配合使用，當(dāng)數(shù)據(jù)連接成功后，手機(jī)界面里的按鈕1和按鈕2分別代表消毒和降溫，2路繼電器上的兩個(gè)LED燈就模擬了這兩個(gè)操作，按下其中的任一按鍵對(duì)應(yīng)的LED燈就會(huì)點(diǎn)亮。同樣的，紅外感應(yīng)器也是這個(gè)原理。具體設(shè)計(jì)如下圖3.7所示，二極管起到續(xù)流作用，繼電器的電磁線圈為感性元件，在繼電器開(kāi)關(guān)的瞬間會(huì)有極大的反向電壓產(chǎn)生，加上這個(gè)續(xù)流二極管可以保護(hù)其他元件。光耦的作用是控制高電壓或電流的設(shè)備開(kāi)關(guān)從而保護(hù)主控系統(tǒng)，加上了光耦實(shí)現(xiàn)隔離，限流電阻R1、R2的阻值都為1K。原理圖中，1號(hào)腳連接5V電源，2號(hào)腳接地，3、4號(hào)腳連接主控系統(tǒng)的PB10、11引腳驅(qū)動(dòng)繼電器形成完整的電路，PB10輸出低電平三極管接到光信號(hào)導(dǎo)通繼電器打開(kāi)，輸出高電平就關(guān)閉。圖3.7繼電器電路顯示電路本設(shè)計(jì)最吸引人的就是選用LQ12864的OLED顯示電路，將采集到的數(shù)據(jù)清晰完整的展現(xiàn)在眼前。OLED是由發(fā)光的有機(jī)二極管組成，它又被人稱作帶有機(jī)電激光的顯示器，具有節(jié)能、輕薄、顯示效果清晰且亮度高等特點(diǎn)，在強(qiáng)光照射的狀況下也能做到清晰顯示，因此近年來(lái)在手機(jī)、平板等智能設(shè)備上應(yīng)用十分廣泛，經(jīng)過(guò)改良后的OLED壽命也得到了很大的提升。考慮到PCB板的尺寸選用0.96寸的大小的玻璃寬度，該模塊內(nèi)部兼容4線SPI/IIC，采用SPI需短接兩個(gè)電阻，其電源范圍為：2.2V~5.5V之間，是兼容本設(shè)計(jì)所選用的主控系統(tǒng)不需要任何設(shè)置。此電路中，1、2號(hào)引腳分別連接GND與3.3V電源，3、4、5、6、7號(hào)引腳分別是D0（CLK時(shí)鐘高電平觸發(fā)）、D1（MOSI數(shù)據(jù)）、RES（復(fù)位）、D/C（數(shù)據(jù)/命令）、CS（接地）連接PB0、PB1、PB10、PB11、PB12形成一個(gè)完整的模塊電路，利用下載好程序的微控制器驅(qū)動(dòng)，具體如下圖3.8所示。圖3.8顯示電路軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程：目前所處于的狀態(tài)，為整個(gè)的程序能夠正常運(yùn)作做了核心保證。當(dāng)WIFI連接成功后，這個(gè)函數(shù)模塊就會(huì)被自動(dòng)選用。在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連通的基礎(chǔ)上具有低延時(shí)、效率高，合理和快速的對(duì)智能衣柜的運(yùn)作進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn)。綜上與事實(shí)相結(jié)合，最后會(huì)知道衣柜的內(nèi)部情況并進(jìn)行監(jiān)測(cè)與特殊情況處理。其流程如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖由上圖所示，將程序分為三個(gè)大的模塊也就是三個(gè)主要的實(shí)際情況需要去判斷：當(dāng)電路板通電之后，蜂鳴器報(bào)警LED燈點(diǎn)亮OLED屏幕顯示連接APP…，在手機(jī)上輸入通信協(xié)議的地址之后在APP上驗(yàn)證當(dāng)前連接的路由器密碼就可以正常使用了。這三種不同的情況，即包括了智能衣柜實(shí)際使用中發(fā)生的幾乎全部的情況。發(fā)生的情況不同，分析方法也有差異。首先，我們需要知道智能衣柜是上面所述三類情況的哪一類。分類進(jìn)行判斷：首先要做的就是判斷WiFi模塊有沒(méi)有與手機(jī)連接的路由器連通；其次是判斷衣柜內(nèi)部煙霧濃度有無(wú)異常。通過(guò)對(duì)比，最容易的判別是第二次，因?yàn)橐鹿裨谑褂玫倪^(guò)程中，會(huì)有它濃度數(shù)據(jù)的精確監(jiān)測(cè)，無(wú)論是衣柜表面的數(shù)據(jù)顯示屏或是手機(jī)APP上的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗难舆t非常低所以兩者數(shù)據(jù)并無(wú)差距，這兩個(gè)數(shù)值的比較毫無(wú)意義，只需采取一個(gè)便可以，當(dāng)煙霧傳感器監(jiān)測(cè)濃度超過(guò)4500時(shí)，蜂鳴器立刻發(fā)出警報(bào)聲，此時(shí)使用者需將衣柜內(nèi)的煙霧濃度降低至安全范圍，報(bào)警才會(huì)解除衣柜無(wú)損壞就會(huì)正常運(yùn)行。然后是判斷衣柜內(nèi)部的溫度與濕度并進(jìn)行處理是本設(shè)計(jì)一個(gè)難以解決的問(wèn)題。為了解決這個(gè)困難，在這個(gè)地方很巧妙的使用了狀態(tài)變量。我們?cè)跍y(cè)量時(shí)為了確保數(shù)據(jù)的精確，還要在一個(gè)相對(duì)封閉的房間里測(cè)試，盡可能的不讓外界的天氣過(guò)度影響數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)跳動(dòng)過(guò)快的現(xiàn)象。然而在實(shí)際的應(yīng)用中難免會(huì)出現(xiàn)一些困難，例如本設(shè)計(jì)中的智能照明系統(tǒng)，假如我們?cè)谌粘Ｊ褂弥姓４蜷_(kāi)衣柜就會(huì)亮燈，關(guān)閉衣柜就會(huì)滅燈，我個(gè)人認(rèn)為這種照明算不上智能，因?yàn)槠綍r(shí)生活中衣柜消毒結(jié)束大多數(shù)人都會(huì)開(kāi)著衣柜門透透氣而此時(shí)衣柜內(nèi)的燈一直亮著就顯得很不合適，無(wú)論在智能或是節(jié)能上都說(shuō)不過(guò)去，所以本設(shè)計(jì)采用紅外感應(yīng)器，只有檢測(cè)到物體進(jìn)入衣柜才會(huì)亮燈，這樣也更智能更節(jié)能。溫濕度監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)此模塊的硬件選用AHT10型傳感器，在智能與尺寸方面都做了較大的創(chuàng)新也建立成新的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其輸出的標(biāo)定數(shù)字信號(hào)具有標(biāo)準(zhǔn)的IIC模式。它還配備一個(gè)經(jīng)過(guò)全新改造的專用ASIC芯片和一個(gè)改進(jìn)過(guò)MEMS電容式半導(dǎo)體濕度傳感器以及標(biāo)準(zhǔn)的片上溫度傳感元件，可以支持在惡劣環(huán)境下工作且性能發(fā)揮穩(wěn)定。在程序設(shè)計(jì)中使用KeilRAM5軟件使用C語(yǔ)言編程，它的程序簡(jiǎn)潔易懂網(wǎng)上資料很多因此適合選用。代碼設(shè)計(jì)中，我們先將所包含的頭文件都寫出來(lái)，然后對(duì)需要的數(shù)據(jù)以及功能進(jìn)行初始化，例如延時(shí)、串口、TIM等功能并將溫度濕度等數(shù)據(jù)類型定義好。最主要的是將WiFi、MQTT、OneNet進(jìn)行初始化。隨后在While主循環(huán)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的判斷，這里使用的是最為簡(jiǎn)單的IF語(yǔ)句，如果判斷標(biāo)志位同服務(wù)器建立好連接那么數(shù)據(jù)就支持接收與推送，發(fā)送數(shù)據(jù)，指針下移到緩沖區(qū)，接收到數(shù)據(jù)后，電路板上就會(huì)顯示手機(jī)APP同步，具體如下流程圖所示。圖4.2溫濕度監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)智能照明設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)的智能照明依托最小系統(tǒng)板的LED燈與E18的D80NK型號(hào)的光電傳感器組成，它是一種將發(fā)射與接收合于一體的傳感器，可以根據(jù)自己的需求對(duì)它的檢測(cè)距離進(jìn)行微末調(diào)整一般為3-80cm之間，該器件的特點(diǎn)就是對(duì)可見(jiàn)光干擾減弱，檢測(cè)距離相對(duì)其他紅外來(lái)說(shuō)較遠(yuǎn)。利用該器件電平的輸出特性配和主控系統(tǒng)進(jìn)行編程，若是目標(biāo)物體被檢測(cè)到則輸出的是低電平，LED燈點(diǎn)亮；若是沒(méi)有檢測(cè)到物體即處于正常狀態(tài)那么LED燈是熄滅的。在編程中，首先定義紅外判斷標(biāo)記位，在WHILE循環(huán)里利用IF語(yǔ)句嵌套判斷，如果檢測(cè)到傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)入延時(shí)再次判斷，確定真的檢測(cè)到了LED燈點(diǎn)亮，信號(hào)消失燈熄滅。具體如下圖4.3所示。圖4.3智能照明設(shè)計(jì)繼電器驅(qū)動(dòng)裝置的程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)衣柜消毒除濕裝置采用了繼電器驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)模擬，一路繼電器用來(lái)標(biāo)識(shí)消毒除濕，另一路繼電器用來(lái)表示降溫，通過(guò)手機(jī)APP上對(duì)應(yīng)的輸出指令，ESP266WIFI模塊將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給微處理器再進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，如果微處理器收到開(kāi)啟操作指令，讀取數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)的操作，此時(shí)繼電器上的燈就會(huì)點(diǎn)亮，此時(shí)若是接收到停止的指令，同樣是讀取數(shù)據(jù)之后繼電器停止工作，程序的基本流程圖如圖4.4所示。圖4.4繼電器驅(qū)動(dòng)裝置程序流程圖系統(tǒng)調(diào)試硬件調(diào)試流程在進(jìn)行調(diào)試之前我們要對(duì)板子上連接的線路進(jìn)行檢查，確保連線全都正確然后進(jìn)行硬件調(diào)試，調(diào)試過(guò)程中注意觀察線路中會(huì)不會(huì)出現(xiàn)斷路或短路等現(xiàn)象。首先，拿出事先準(zhǔn)備好的萬(wàn)用表對(duì)電路是否完全正確進(jìn)行測(cè)試。在沒(méi)有通電的情況下，要先將檔位旋轉(zhuǎn)至歐姆檔，紅表筆測(cè)試火線，黑表筆放在地線上，如果電路是接通的，線路中會(huì)有規(guī)定作用的電阻值，這時(shí)萬(wàn)用表會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，即表示電路是沒(méi)有錯(cuò)誤的。反之，如果電路是錯(cuò)誤的，電路中的阻值是無(wú)窮大的，此時(shí)的萬(wàn)用表并不會(huì)發(fā)出聲音，也就是說(shuō)電路出現(xiàn)斷路的錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)一個(gè)一個(gè)排查，可以確定電路完全正確，隨即進(jìn)行下一步測(cè)試。衣柜的控制系統(tǒng)之中，硬件的調(diào)試主要包括：按鍵控制、紅外感應(yīng)效果、OLED數(shù)碼管的顯示和的揚(yáng)聲器的聲音幾個(gè)主要部分。我們?cè)?V電源電壓的環(huán)境下進(jìn)行硬件調(diào)試。首先打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，將電路板通電，此時(shí)蜂鳴器一直響并且OLED屏幕顯示連接WiFi,在手機(jī)上輸入此時(shí)連接路由器的密碼，連接成功之后蜂鳴器停止報(bào)警，屏幕上刷新出采集到衣柜內(nèi)部的數(shù)據(jù)，上下三排依次是溫度、濕度、煙霧濃度。此時(shí)我們打開(kāi)手機(jī)APP查看是否與電路板上的數(shù)據(jù)是否一致，然后將手伸到紅外感應(yīng)器上，繼電器上的LED燈會(huì)點(diǎn)亮，手拿開(kāi)就會(huì)熄滅，這樣循環(huán)調(diào)試，查看調(diào)試結(jié)果是否全部精準(zhǔn)。圖5.1測(cè)試圖1軟硬件結(jié)合測(cè)試當(dāng)接通電源之后，同時(shí)按下一件配網(wǎng)按鍵與復(fù)位按鍵開(kāi)關(guān)，先松開(kāi)復(fù)位按鍵再松開(kāi)另一個(gè)，此時(shí)衣柜的OLED屏幕會(huì)顯示PleaseApp…,Smog的數(shù)據(jù)直接顯示為4500PPM以上故而蜂鳴器一直報(bào)警溫濕度的數(shù)據(jù)顯示為零。那么此時(shí)將手機(jī)連接路由器的密碼在APP上驗(yàn)證，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程需要幾秒鐘的時(shí)間同時(shí)顯示Esptouch正在執(zhí)行配網(wǎng)，請(qǐng)稍等片刻…,密碼輸入正確數(shù)據(jù)重新接收進(jìn)來(lái)界面刷新，具體如圖5.2所示。圖5.2測(cè)試圖2數(shù)據(jù)成功傳輸進(jìn)來(lái)，板子上顯示W(wǎng)iFiisConnect同時(shí)手機(jī)界面也會(huì)顯示EspTouch傳輸成功，并且顯示當(dāng)前路由地址。此時(shí)電路板上顯