基于STM32的智能鞋柜系統設計

何子旸　張里　雷栗　楊智歷

摘 要：針對傳統鞋柜功能單一，鞋子無法得到有效護理的問題，本文設計了一款以STM32為主控芯片，同時具有護理保養鞋物、監測環境參數、根據天氣智能推薦、信息顯示、語音交互、安全防護等多種功能的智能鞋柜系統。該系統主要分為智能鞋柜和手機客戶端兩個部分，用戶可通過手機APP實時掌握鞋柜內部環境情況，并且可以根據需求自由選擇殺菌、除臭、防潮、安防等模式，以達到遠程操控鞋柜的目的。測試結果表明，該系統的功能特性較穩定，操作簡單，具有較高的實用價值。

關鍵詞：智能鞋柜;STM32;護理保養;智能推薦;語音交互;安全防護

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）14-0039-03

Design of Intelligent Shoe Cabinet System Based on STM32

HE Ziyang ZHANG Li LEI Li YANG Zhili

（School of Electrical and Electronic Engineering， Chongqing University of Technology，Chongqing 400054）

Abstract： In view of the single function of traditional shoe cabinet and the problem that shoes cannot be effectively cared for， an intelligent shoe cabinet system with STM32 as the main control chip is designed in this paper， which has a variety of functions such as care and maintenance of shoes， detection of environmental parameters， intelligent recommendation according to the weather， information display， voice interaction， security protection and so on. The system is mainly divided into two parts， namely smart shoe cabinet and mobile phone client. Users can master the internal environment of shoe cabinet in real time through mobile phone APP， and can freely choose the modes of ssterilization， deodorization， moisture-proof， security and so on to achieve the purpose of remote control of shoe cabinet. The test results show that the system has stable function， simple operation and high practical value.

Keywords： intelligent shoe cabinet;STM32;nursing and maintenance;intelligent recommendation;voice interaction;safety protection

近年來，隨著科技的迅速發展，人們對生活質量的要求越來越高，足部健康開始引起人們重視，因此鞋子的日常護理保養也開始變得重要起來。但是，傳統鞋柜的功能特別單一，只能對鞋子進行簡單的存儲擺放，加上人們忙于工作與學習，平時并不能對鞋柜進行清潔護理。因此，鞋柜內部細菌泛濫，鞋中的難聞氣味四處擴散，霉菌隨處滋生，鞋子的使用壽命也會大大縮短。如果人們穿著這種鞋子，非常容易引發各種足部疾病，不利于身體健康。雖然目前市場上已經開始出現了智能鞋柜，但大部分價格高昂，功能較少，樣式單一，性價比較低，大部分消費者難以接受。因此，設計一款價格易于接受、功能全面、樣式多種、性價比較高的多功能智能鞋柜是具有非常廣闊的市場前景的[1]。而本文介紹的基于STM32的智能鞋柜系統相對于其他同類產品在功能上有了更深層次的研究，在樣式上提供了更多的選擇，也更加注重用戶的體驗感，符合當前人們的消費心理需求。

1 系統整體設計

此智能鞋柜系統主要由三部分構成，分別是底層執行、網絡＼通信和人機應用交互，系統整體框圖如圖1所示。

1.1 底層執行部分

1.1.1 殺菌除臭模塊。將鞋子放進保養區時，用戶在移動端進行操作設置，信息傳輸到主控單元，主控單元

控制底層驅動開始工作，開啟含微量臭氧的紫光燈進行殺菌除臭。

1.1.2 去濕防潮模塊。系統自動檢測鞋柜內部溫濕度后將數據傳輸到主控單元，主控單元控制PTC加熱片和制冷片交替工作，使存儲環境保持適宜狀態。

1.1.3 溫濕度檢測模塊。用于實時對鞋柜內部的溫濕度進行數據采集。

1.1.4 鞋存放情況掃描模塊。當用戶通過移動終端APP選取鞋子或系統智能推薦功能啟動時，終端將信息發送給服務器，服務器分析該信息后找出該鞋子的記錄位置并傳輸給控制器，再經過單片機處理發送給鞋子位置檢測模塊，從而控制該鞋子位置的射燈發光，指示用戶取鞋[2]。相反，用戶存放鞋子時，鞋柜內部記錄該鞋子對應的位置后將信息保存到服務并顯示在APP上。

1.1.5 自動門控制模塊。當用戶需要進行取鞋及存鞋操作時，通過APP或者鞋柜體上的按鈕使鞋柜門迅速打開和關閉，方便用戶進行操作。

1.1.6 報警及防盜模塊。當鞋柜內部溫濕度傳感器和位于鞋柜頂部的人體紅外傳感器檢測到異常時，將信息傳輸至主控單元，控制鞋柜上的報警器工作，再經過單片機處理后將報警信息傳輸至用戶終端。

1.2 人機交互部分

1.2.1 語音交互。通過具體的語音指令，實現對鞋柜的基本控制。通過“天氣情況”指令可以從鞋柜處得到當天天氣的具體情況和溫濕度。通過“推薦出行”指令可以實現鞋柜對出行的智能推薦。通過“紫外線開關”指令可以控制鞋柜內部的除臭殺菌等。

1.2.2 移動端APP設計。通過研發了一款具體的APP，實現了對鞋柜的遠程控制，不但可以隨時隨地掌握自己愛鞋的具體狀態，而且可配合鞋柜上的安防模塊實現對家的實時安防，也可通過鞋柜的控制端實現控制鞋柜的開關門和除濕除臭模塊的開啟。

1.2.3 LCD屏顯示。將鞋柜內部的具體溫濕度、鞋子存放情況實時顯示在屏幕上，實現了用戶對鞋子當前信息的準確信息掌握。

2 系統硬件設計

本智能鞋柜系統硬件設計由主控模塊、傳感器模塊、通信模塊、顯示模塊、語音識別模塊組合而成，STM32單片機對傳感器數據進行分析，控制繼電器完成自動化操作，同時主控發出數據，由服務器和移動端接收后組成通信網絡進行信息交互。其中，傳感器模塊由溫濕度傳感器、超聲波掃描模塊、紅外感應模塊組成，各模塊之間采用網線連接，傳輸信息速率快且穩定。

2.1 主控模塊

主控模塊分為上位機和下位機，都由STM32單片機作為主控。下位機實現對紫外燈、電熱風扇、制冷片、制熱片、鞋刷、繼電器以及電機的控制，通過串口與上位機進行通信，接收上位機的控制信息，對控制信息進行判斷并執行相應的操作。上位機接受來自移動終端的操作指令，將操作指令轉化為控制信息傳遞給下位機[3]。

2.2 顯示模塊

采用ALIENTEK TFTLCD顯示屏，采用16位并行方式與外部連接，適用于顯示圖片、彩屏的情況。其靜態特性與掃描線數無關，因此大大提高了圖像質量。本系統用顯示屏實時顯示時間和鞋柜內部鞋物擺放情況。超聲波測距模塊依次掃描鞋柜內部情況，將其狀態顯示在屏幕上。

2.3 語音識別模塊

采用LD3320語音識別模塊，通過SPI與STM32通信[4]，語音識別非常靈敏，1 m內識別率可達85%，其識別詞條數量根據單片機容量而定。

3 系統軟件設計

3.1 底層執行軟件設計

系統底層執行部分以溫濕度傳感器、紅外傳感器、超聲波測距傳感器作為信息獲取工具，檢測到的環境信息數據發送至STM32單片機處理判斷，系統實現閉環反饋自動控制殺菌除臭、去濕防潮功能，同時實現鞋位置顯示功能和報警功能。

3.2 天氣獲取與處理設計

鞋柜初始化后，通過A9G模塊連接服務器，獲取服務器上抓取到的天氣數據，判斷當天的下雨情況和寒冷情況。若天氣有雨，將主推雨鞋或者皮鞋出行;當天氣氣溫過低時，推薦加絨的鞋;當既沒有下雨氣溫又合適時，將推薦休閑鞋或者涼鞋這樣的鞋子出行。

4 系統運行結果顯示

4.1 手機APP顯示功能

打開手機端APP連接服務器，連接成功后，手機頁面會顯示鞋柜內部的溫濕度情況。點擊各個按鈕后，其對應的功能也會實現。

4.1.1 智能門控。打開門控開關，推桿電機在相應驅動模塊的驅動下開始工作，控制鞋柜門自動打開。

4.1.2 殺菌除臭。打開紫外線燈按鈕，控制紫外線燈打開，同時釋放臭氧，達到殺菌除臭的目的。

4.1.3 去濕防霉。通過定時電路、微處理器、風扇和PTC組成的模塊監控環境溫濕度，對鞋柜進行智能加熱祛濕，利用STM32主控對實時溫濕度數據信號進行采集，并利用單片機上的繼電器功能控制模塊通斷，啟動風扇和發熱膜，達到去濕防霉的目的[5]。

4.1.4 安防模式。打開安防模式開關，當紅外傳感器模塊檢測到鞋柜前方3 m內有人經過時會自動報警，藍色的燈變為紅色，主要用于用戶不在家的情況，提高用戶家庭的安全系數。

4.1.5 語音交互。點擊語音識別，可以給智能鞋柜系統下達指令，比如打開門，關閉門;打開紫外，關閉紫外;打開安防模式，關閉安防模式。系統接收到指令后會執行相應操作。也可以通過語音指令獲取相關信息，比如獲取實時的天氣情況，智能推薦出行鞋子的種類等。其顯示界面如圖2所示。

4.2 顯示屏顯示功能

顯示屏位于鞋柜的上方，便于用戶觀察，當鞋柜通電后，顯示屏開始顯示，顯示內容主要是鞋柜內部的溫濕度情況以及鞋柜內鞋子的擺放情況。溫濕度數值會隨著鞋柜內部的變化而改變，方格表示鞋子在鞋柜內的擺放位置，有鞋時顯示為綠色，無鞋時顯示為黃色，可以達到實時掌握鞋柜內部情況的目的。其顯示界面如圖3所示。

5 結語

本設計利用STM32單片機相關技術，并結合多個模塊，在傳統鞋柜的基礎上進行改造和創新，一方面實現了對鞋子的全面護理保養，大大提高了鞋子的使用壽命，為用戶的足部健康提供了強有力的保障;另一方面擴展了鞋柜的其他功能，如智能推薦、語音交互、安全防護等，為用戶提供更加人性化的服務。另外，利用手機APP對鞋柜進行遠程操控的方式為用戶的使用提供了便利。

在當下網絡技術飛速發展、智能家居普遍應用的情況下，智能鞋柜的發展和完善已是大勢所趨，而本設計功能運行穩定，操作簡單并且選擇多樣，頁面數據顯示準確，設計成本較低，符合當前用戶的消費需求，因此具有較高的實用價值。另外，該系統不僅僅適用于普通家庭用戶，還適用足浴中心、美容中心、醫療場所、研究中心、娛樂場所、酒店、課堂等公共場所。

參考文獻：

[1]陳佳明，鄧巧茵，鐘國琛，等.基于云服務環境的多功能智能鞋柜[J].國外電子測量技術，2016（10）：58-63.

[2]曾樹洪，李梓濤.智慧衣柜的設計與實現[J].現代計算機，2017（6）：73-76.

[3]蘇南光，張華成，楊雄珍，等.基于網絡控制的移動監控機器人的設計與研究[J].電子世界，2017（23）：104-106.

[4]王俐偉，廉小親，安颯，等.智能空調語音控制系統的設計與實現[J].家電科技，2018（7）：46-50.

[5]湯知日.基于STC單片機的閉環反饋控制智能鞋柜系統設計[J].電腦知識與技術，2016（18）：232-234.