電器與工具
智能鞋柜控制板設(shè)計開發(fā)
隨著智能時代的到來，智能家居成為各界人士爭相討論、深度研究的重要話題和主要方向，而智能家居中對鞋柜的智能處理方案少之又少，市面上現(xiàn)有的電子智能鞋柜存在功能比較單一、對鞋的殺菌除臭強度不夠等缺點。因此，文中對鞋柜的功能種類、加熱除濕、殺菌除臭等方面進行了完善與加強。
以STM32F103RBT6單片機作為核心控制處理器，通過外設(shè)傳感器進行外部數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過單片機處理進而實現(xiàn)相應(yīng)功能。
本設(shè)計一方面通過控制外設(shè)傳感器模塊實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，另一方面，采用220V轉(zhuǎn)12V的開關(guān)電源或太陽能電池板相互切換這2種模式，即可以通過220V直接供電，也可以放在陽臺等光照強度高、光照面積大的地點進行充電，既安全可靠，又能起到節(jié)能環(huán)保的作用。
一、智能鞋柜系統(tǒng)總體設(shè)計方案
采用太陽能電池板或220V開關(guān)電源對整個系統(tǒng)進行供電，鞋柜整體由木板組成，利用SolidWorks進行圖紙設(shè)計，并通過雕刻機進行加工處理，鞋柜下方設(shè)有4個自鎖萬向輪，方便移動；通過使用臭氧發(fā)生器、負離子發(fā)生器、溫濕度傳感器、PTC加熱陶瓷片、煙霧報警器等傳感器進行數(shù)據(jù)采集，選用STM32F103RBT6單片機為核心控制處理器進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，采用TFT液晶屏進行參數(shù)顯示，通過藍牙實現(xiàn)無線通信，在移動端顯示測試的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)預(yù)期成果。系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示。
二、智能消毒鞋柜系統(tǒng)硬件設(shè)計
本系統(tǒng)主要由光耦隔離電路、加熱除濕、殺毒消菌、顯示屏幕等外接電路組成，電源部分采用開關(guān)電源或太陽能電池板進行供電，利用藍牙進行數(shù)據(jù)實時返回。系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2所示。
2.1單片機最小系統(tǒng)電路
智能節(jié)能鞋柜系統(tǒng)采用STM32F103RBT6作為總控制器,選擇此種單片機型號有3點原因：（1）其強大的處理速度遠遠高于51系列單片機、MSP430系列單片機；（2）GPIO口相對較多，充分滿足我們外設(shè)傳感器需要眾多引腳的要求；（3）在程序編寫過程中，整體的程序框架更清晰、更加地模塊化。
2.2電源及光耦隔離電路設(shè)計
（1）太陽能電池板及開關(guān)電源的選擇：太陽能電池板采用光伏發(fā)電系統(tǒng)的12V家用單晶太陽能電池板，單晶硅太陽能電池是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的。開關(guān)電源采用輸入電壓為115~223V，輸入電流為0.45~0.8A，輸出電壓為-12~+12V，輸出電流均為3A的成品模塊。降壓電路以LM2940芯片進行電路設(shè)計，該電路可以把12V電壓降為5V。
（2）光耦隔離電路設(shè)計：光耦隔離電路對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，本設(shè)計中的光耦電路采用的芯片型號為HCPL-2630，該芯片可以實現(xiàn)雙路信號的隔離。
2.3溫濕度檢測及氣體濃度檢測系統(tǒng)
溫度檢測選用DS18B20傳感器，該傳感器具有成本低、功耗小的優(yōu)點。濕度檢測選用DHT11傳感器，該傳感器測量準(zhǔn)確，操作簡單易上手，價格低廉。氣體濃度檢測選用MQ135傳感器，該傳感器可以實時檢測鞋柜內(nèi)部氣體濃度。
2.4加熱除濕系統(tǒng)
加熱部分采用高效節(jié)能的PTC加熱陶瓷與散熱風(fēng)扇對鞋柜內(nèi)部進行加熱除濕，PTC發(fā)熱體有熱阻小、換熱效率高的優(yōu)點。通氣風(fēng)扇采用5V低功率機箱散熱風(fēng)扇，既能節(jié)約能量又能起到通風(fēng)換氣的效果。
2.5殺菌除臭除塵系統(tǒng)
通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，對鞋中臭味所含的氨、甲硫醇等氣體成分進行氧化分解，從而達到除臭的目的。通過負離子發(fā)生器產(chǎn)生的負離子對擦鞋后飄在空氣中的細菌和灰塵等進行沉降，達到除塵除灰的目的。
2.6顯示系統(tǒng)
本設(shè)計所使用的顯示模塊是2.7寸TFT液晶屏，該屏可以高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。
2.7無線傳輸系統(tǒng)
使用HC-05藍牙模塊與移動端進行通信，移動端通過串口助手控制鞋柜，該型號藍牙具有速度快，配對簡單等優(yōu)點。
三、智能消毒鞋柜系統(tǒng)軟件設(shè)計
采用C語言作為代碼語言，利用keil5平臺進行編寫開發(fā)。程序基于STM32F103RBT6進行編寫，該型號單片機引腳眾多且內(nèi)部資源豐富，模塊化編程通俗易懂。整體方案是單片機初始化整個系統(tǒng)，溫濕度傳感器率先工作，當(dāng)柜內(nèi)濕度過高則觸發(fā)加熱除濕系統(tǒng)，由DS18B20感知溫度控制加熱系統(tǒng)的停止；當(dāng)MQ135檢測到柜內(nèi)氣體濃度過高時，則觸發(fā)臭氧發(fā)生器模塊進行除臭，之后則進行擦鞋系統(tǒng)的處理，負離子發(fā)生器會對空氣中的細菌和灰塵等進行沉降；檢測氣體異味濃度，判斷鞋子當(dāng)前的潔凈度，并將信息反饋給單片機從而觸發(fā)排風(fēng)擦鞋模塊，開始清潔鞋子。
3.1加熱除濕程序設(shè)計
在加熱除濕的程序設(shè)計上，首先單片機進行初始化，DHT11進行柜內(nèi)溫度采集，當(dāng)數(shù)值超過了預(yù)定閾值，則觸發(fā)PTC加熱系統(tǒng)，加熱后的溫度數(shù)值由DS18B20監(jiān)控，當(dāng)溫度數(shù)值大于預(yù)定閾值，則停止PTC陶瓷片加熱，除濕完畢后觸發(fā)排風(fēng)擦鞋模塊，相關(guān)數(shù)據(jù)通過藍牙傳到移動端，移動端用戶也可以通過串口助手對鞋柜進行控制。
3.2殺菌除臭除塵程序設(shè)計
在殺菌除臭除塵的程序設(shè)計上，單片機進行初始化，MQ135進行柜內(nèi)氣體濃度檢測，當(dāng)氣體濃度大于預(yù)定閾值，則觸發(fā)臭氧發(fā)生器，產(chǎn)生臭氧對氣體中有關(guān)成分進行氧化。當(dāng)氧化、擦鞋清潔后空中存在細菌和灰塵，通過負離子發(fā)生器進行沉降，再經(jīng)由通風(fēng)管道排出。
四、消毒鞋柜的系統(tǒng)調(diào)試
對系統(tǒng)進行測試，溫濕度傳感器采回數(shù)據(jù)與目標(biāo)值進行比對，當(dāng)濕度超過預(yù)定閾值，PTC陶瓷則開始加熱除濕，溫度大于閾值便停止加熱，防止過熱造成系統(tǒng)損壞，加熱結(jié)束后，MQ135開始檢測氣體濃度，當(dāng)柜內(nèi)氣體濃度大于閾值，臭氧發(fā)生器開始工作，同時，負離子發(fā)生器進行沉降除塵。
經(jīng)過實際測試，各個外設(shè)傳感器均可正常工作（ON-工作，OFF-停止），據(jù)觀察與相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示，相比于普通的電子消毒鞋柜，該系統(tǒng)加大對加熱除濕、殺菌消毒方面的強度，并且，太陽能供電起到節(jié)能環(huán)保的作用。在調(diào)試過程中，針對DS18B20讀取頻繁導(dǎo)致不精準(zhǔn)，致使加熱系統(tǒng)一直工作這一問題，設(shè)計增加了1套算法，即設(shè)定1個目標(biāo)值，溫度達不到則會一直上漲，一旦達到或超過閾值，立刻通過繼電器停止加熱系統(tǒng)工作，之后進行殺菌除臭系統(tǒng)的同時，再次打開繼電器，這樣就解決了由于DS18B20偶爾的非正常工作導(dǎo)致系統(tǒng)異常的問題。據(jù)整體調(diào)試及數(shù)據(jù)顯示，各個傳感器均在可控制范圍內(nèi)，實現(xiàn)反饋控制，整個系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)期要求。
總結(jié)
基于閉環(huán)反饋控制理論設(shè)計的節(jié)能鞋柜系統(tǒng)，實現(xiàn)了溫濕度反饋、加熱除濕、殺菌除臭以及排風(fēng)打掃清潔功能，有效提升了家居鞋柜的智能性、實用性、節(jié)能環(huán)保性和低成本性，同時，該系統(tǒng)可通過無線系統(tǒng)進行簡單的人機交互，具有容易控制的特點，在智能節(jié)能鞋柜乃至家居領(lǐng)域具有一定應(yīng)用價值和創(chuàng)新意義。
以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的基于STM32單片機的閉環(huán)反饋控制節(jié)能鞋柜系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)示例。如果您有智能消毒鞋柜方案開發(fā)需求，可以放心交給我們。我們代理多種單片機、語音芯片、雙模藍牙IC、wifi芯片。品牌有松翰單片機、應(yīng)廣單片機、杰理藍牙、安凱藍牙、全志、瑞昱（realtek）。我們的技術(shù)服務(wù)范圍有：PCB設(shè)計、單片機開發(fā)、藍牙方案、軟硬件定制開發(fā)、APP開發(fā)、小程序開發(fā)、微信公眾號開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品方案設(shè)計、生活電器開發(fā)、美容儀器研發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用、智能家居控制系統(tǒng)、TWS耳機、藍牙耳機音箱開發(fā)、兒童益智玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品方案設(shè)計等。
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