基于STM32單片機的智能衣柜設計

摘要：目前，智能衣柜的實用性尚未得到消費者認可。文章設計以STM32單片機為核心控制器的智能衣柜，實現智能疊放衣物、智能鎖、智能穿搭設計等主要功能。該智能衣柜通過溫度傳感系統定時除菌除螨蟲，確保衣物儲存環境適宜，便于衣物長期保存；采用簡單指令解決用戶整理衣物困難、選擇衣物糾結的問題，給予用戶一種新的體驗。

關鍵詞：智能衣柜；智能疊放；智能設計

中圖分類號：TP311.1文獻標志碼：A

0 引言

隨著經濟發展與智能化的普及，智能裝修與智能電器正逐步大眾化，智能衣柜的研發也迫在眉睫。目前，衣物防潮防霉、衣物整理收納、出行的服飾搭配已成為大眾關注的焦點。本文設計了一款以單片機STM32為核心的智能衣柜，實現衣物護理、搭配推薦、物品防盜和殺菌消毒等功能，主要由人體感應、溫濕度檢測和語音識別等模塊組成。

1 智能衣柜的硬件電路設計

智能衣柜系統主要由電源、人機交互LED屏幕及動力核心部分組成，如圖1所示。其中，核心控制板采用STM32單片機，用于控制外設各個功能模塊的動力驅動部分、指示燈等，具有高效的運算與信息處理能力，能夠給用戶帶來更好的體驗。

1.1 智能鎖

智能鎖由電子鎖和密碼鎖組成，其中電子鎖采用先進的電子技術，包括高精度傳感器、控制芯片和繼電器等組件。智能鎖的使用可提升智能衣柜的安全性能，使智能衣柜取代保險柜，提高了家庭空間的利用率。電子鎖可以與智能控制系統進行聯動，控制智能衣柜門的開關。密碼鎖是一種輔助的開鎖方式，用戶可以通過輸入指定的密碼來打開衣柜門。

智能衣柜還配備了智能識別系統。該系統可以通過人臉識別、指紋識別、聲音識別等方式，對用戶的身份進行驗證和辨別。只有通過認證的用戶，才能獲得開啟柜門的權限。通過智能識別功能，智能衣柜可以實現物品安全管理，有效防止非法開柜和損失。另外，智能衣柜還集成了信息管理系統。這個系統可以記錄每一次開柜的時間、用戶身份、物品種類等重要信息，同時還可以生成相應的數據報告。通過信息管理系統，用戶可以實時了解柜內的存取情況，方便進行管理和查詢［1］。

1.2 內核系統和智能電路原理設計

該設計能夠對衣柜內部的溫濕度進行檢測，可以對衣柜進行殺菌消毒、去潮防霉、無損烘干，能夠有效地防止衣物霉變。衣柜內部設有燈光照明，在打開柜門的同時即可觸發照明。輔助設計由紫外線殺菌、除濕風扇、加溫、語音助手、Wi-Fi模塊、人體感應模塊等組成。

內核系統和智能電路原理設計的功能描述如下：

（1）每30 s自動打開紫外線殺菌，溫濕度達到閾值自動加溫除濕；

（2）按鍵包括加、減、頁面切換、點切換等功能；

（3）屏幕顯示包含年月日、時分秒、星期、溫濕度、紫外線、倒計時等要素；

（4）溫濕度傳感器模塊為處理模塊和語音模塊提供數據，語音可播報當前溫濕度和穿衣推薦；

（5）人體感應模塊可自動打開燈光和收納柜。

紫外燈消毒技術已成為家庭廚房清潔的首選，既經濟高效，又能夠有效地殺滅細菌和病原微生物。此外，家庭空氣流通性良好可以有效地控制空氣溫度，使得家居空間更加清新、健康。同時，家庭空氣的相對濕度需要達到60%，以確保家居環境的舒適。為了提高衛生水平，該設計把紫外線燈安裝在衣柜內部，用戶可以定時對衣物進行紫外線消毒，控制衣柜內的溫度。如果用戶對清潔時長有其他要求，可以選擇自定義的清潔時間［2］。另外，衣柜包含的智能除濕系統能夠干燥衣物，讓室內的空氣質量得到更新和改善。

智能衣柜可以使用Altium Designer打開，主控模塊采用STM32，其他電路主要包括電源、LED燈、按鍵、OLED顯示屏、DHT11-溫濕度傳感器、光敏傳感器、DS1302時鐘、ASR01語音控制、人體感應器、藍牙。系統設計流程如圖2所示。由圖可知，本文設計方案可實現各個模塊有條不紊地運行。

1.3 提供搭配方案設計

該系統對季節、氣壓、濕度、風力和氣溫等多種因素進行分析，可以得到一個穿衣指標。該指標可以幫助用戶更好地了解自己的需求，并在不同的環境中做出更明智的選擇。例如：在寒冷的季節，如果風力越強，那么所需的衣物保暖度越大。本文設計可以將服裝劃分為8個等級，等級較低意味著服裝的保暖度越差。具體的分類結果如下。

1級：氣溫gt;28 ℃。夏季穿著：輕棉織物制成的短衣、短裙、薄短裙、短褲等。

2級：氣溫為24.0～27.9 ℃。夏季穿著：棉麻面料的襯衫、薄長裙、薄T恤等。

3級：氣溫為21.0～23.9 ℃。春秋過渡裝：單層棉麻面料的短套裝、T恤衫、薄牛仔褲、職業套裝等。

4級：氣溫為18.0～20.9 ℃。春秋過渡裝：套裝、風衣、休閑裝、夾克衫、西裝、薄毛衣等。

5級：氣溫為15.0～17.9 ℃。春秋穿著：風衣、大衣、外套、毛衣、西裝、防寒服等。

6級：氣溫為11.0～14.9 ℃。秋冬穿著：毛衣、風衣、西服套裝等。

7級：氣溫為6.0～10.9 ℃。冬天穿著：棉衣、大衣、皮夾克、厚外套、針織帽、手套、羽絨服、皮襖等。

8級：氣溫lt;6.0 ℃。冬天穿著：棉衣、大衣、皮夾克、厚外套、針織帽、手套、羽絨服、皮襖等［3］。

經過多方面的研究可得：室內的溫度會直接影響人體的穿著舒適度。為了解決這一問題，本文設計方式在智能衣柜中安裝溫度傳感器來檢測周圍的氣溫變化，然后將信息發送給STM32單片機，使其處理匯總這些信息。設計方案還可使用液晶顯示屏來顯示信息或者使用語音功能來提醒用戶注意溫度變化。鑒于衣柜作為住宅的重要組成部分，用戶必須確保其處在安靜的環境中。為了更好地滿足用戶的需求，智能衣柜設計應減少語音播報指令，提供以液晶顯示屏為核心的智能化服務，實時地顯示當前的服裝劃分等級，再通過系統存儲數據，依據衣柜內現有的衣物，結合網絡大數據的時尚搭配指南以及用戶自身的偏好，提供不同的搭配參考方案。

2 智能衣柜的軟件實現

“智能衣柜”秉持著低能耗的理念，休眠狀態時僅檢測柜內濕度，保持衣柜內部干燥，避免滋生螨蟲。當用戶說出特定的喚醒詞后，設備依據用戶口令完成指令。衣物的疊放—儲存—拿取過程均依附智能衣柜內部完成，無需用戶手動操作。用戶利用語音喚醒實現智能穿搭設計、智能疊放、自動升降等功能，解放雙手，解決了衣物護理以及選擇搭配的難題。

2.1 “智能疊放”設計

針對用戶疊放大量衣物耗時、耗力的難題，智能衣柜設計了智能疊放衣物并分類的功能。用戶僅需將衣物依次投入衣柜，智能衣柜可以通過掃描與傳感技術識別衣物種類，判斷其需要懸掛還是折疊：若需要折疊，則通過傳送帶將衣物送至對應位置，其中傳送帶可進行移動，以便投放，隨著傳送帶的轉動，衣物會隨之從傳送帶上脫落，設置合理的時間差以使衣物恰好下落堆疊在指定位置；若需要懸掛，則通過內置調節機械手和熱感應系統，實現各類服裝的分層自動懸掛。“智能疊放”運行流程如圖3所示。

2.2 “智能穿搭”設計

針對大部分人群缺乏搭配理念，找不到適合自己風格的問題，用戶可以將自己的體型、喜歡的風格等信息錄入衣柜的互聯網系統，智能衣柜將通過網絡平臺的時裝秀、博主的搭配分享等系列進行大數據分析，并設計出適合用戶的搭配方案，讓用戶進行對比參考。再根據款式與面料的相似度，將衣柜內衣物的不同搭配方案通過液晶顯示屏展現預覽或投影，用戶可根據每天不同的需求挑選確認方案，閑暇之余可以提前選取搭配方案進行保存，規劃好未來每天的穿搭。智能衣柜能夠通過顯示屏報告衣物所在地，便于用戶拿取。另外，顯示屏在夜間以及昏暗環境下可以充當壁燈，用戶在更換衣物時還可充當衣帽鏡，這提高了智能衣柜的利用率。

2.3 “自動升降”設計

當前，智能衣柜的設計不僅考慮外形設計的美觀性，還需要注重其功能的實用性。由于衣柜上端衣物拿取不便，并且可能存在一定的安全隱患，智能衣柜增設了升降吊柜這一設計。該設計能夠使用戶快捷便利地拿取物品。除此以外，該設計包含升降梳妝臺的隔間設計功能，用戶僅需用手觸碰就能停靠在任意位置。

3 設計方案細節創新點

3.1 智能除菌除螨蟲系統

針對久置的衣物容易滋生細菌塵螨問題，衣柜通過傳感器自動識別內部溫度與濕度。一般情況下，衣柜濕度在26%～80%內最為適宜，因此在自動模式下，該方案設定濕度臨界值為80 ℃。當傳感器檢測到衣柜內部的空氣濕度大于80%時，控制系統打開通風與除濕功能，直到低于設定的臨界值，相應的功能自動關閉［4］。用戶可以通過衣柜外部的顯示屏了解內部溫、濕度數據以及衣柜的工作情況。部分衣物耐受環境較為特殊，衣柜也能自動保持其所需的特殊環境無須人工干預。衣柜還可以通過人工設立的周期，定期烘干衣物，以保持衣柜內環境的適宜。另外，衣柜內部還可運用紫外線燈達到殺菌消毒的效果。

3.2 智能感應開門

衣柜喚醒可通過語音喚醒或揮手感應，為避免發出聲音的情況，本文設計使用揮手感應系統以打開柜門。同時，衣柜門的滑動設計成輕盈低噪音模式，以防影響他人的休息。

3.3 智能安全鎖

用戶在衣柜中除了放置衣物以外，還會存放一些貴重物品。本設計通過智能安全鎖的設計來滿足消費者的需求，使用戶對私人物品保管更有安全感。

4 結語

本文設計了一種基于STM32單片機的智能衣柜，該設計方案不僅具有實用性，更能提升用戶的使用體驗。但該設計仍有部分缺點需待優化改善。

（1）成本高利潤少：智能衣柜價格貴，普通衣柜的價格普遍在幾千元，智能衣柜的價格約在幾萬元，普通家庭一般不選擇智能衣柜，適用人群有限。

（2）智能衣柜的工藝流程復雜：本文所提設計方案涉及多個行業，每個廠商都會根據特定的接口標準和協議來生產設備，給實際生產帶來一定的困擾。

（3）安裝過程中存在許多缺陷：選擇智能衣柜時應特別注意其安全性，以免影響其外觀和使用壽命。

（4）安裝質量存在問題：安裝質量的好壞將直接決定消費者的二次購買或產品升級。

（5）消費者認知程度低：中國消費者對整體衣柜的認知程度相對較低，遠不及傳統的實木家具和整體櫥柜。

家居用品既要考慮美觀性又要考慮其實用性。無論是智能衣柜的外觀設計、制作工藝，還是專業智能衣柜的使用功能，都應當與人們的日常生活緊密結合，以滿足用戶的各種需求。智能衣柜不僅是一種創新產品，還是一種具有極高便利性和實用性的科技創新成果，將傳統的設計理念與現代的技術相結合，提高了人們的生活質量，是未來智能家居領域的主要研究方向。

參考文獻

［1］段海燕.智能化家具的研究［D］.南京：南京林業大學，2006.

［2］郝華奇.SOHO家具人性化設計研究［D］.南京：南京理工大學，2005.

［3］張剛.基于智能代理技術構建的專家系統推理機［D］.沈陽：東北大學，2004.

［4］夏美云，張鴻彥.人工智能發展探討［J］.焦作大學學報，2005（4）：55-56.

Intelligent wardrobe design based on STM32 single-chip microcomputer

Abstract： Currently，the practicality of the intelligent wardrobe is not recognized by consumers. The intelligent wardrobe with STM32 single-chip microcomputer is designed in this paper to realize the main functions such as intelligent folding clothes， intelligent lock and intelligent wear design. Through the temperature sensing system， germs and mites are regularly removed to ensure that the storage environment is suitable for the long-term preservation of clothes. Simple instructions are used to solve the difficulties of users in organizing clothes， the problem of cloth choices， which give users a new experience.

Key words： smart wardrobe; smart folding; smart wear design