智能温控衣柜设计

陆静逸，杨风

（中北大学 德怀楼二层创新实验室，山西 太原，030051）

0 引言

多功能家具早在20世纪80年代初就已经在欧美等发达国家崭露头角，而我国的多功能家具市场则是在近10年才逐渐形成，至今方兴未艾。最近以来，我国在智能化家具方面做了一些初步探索，但还处于起步阶段[3]。随着社会经济水平的发展，现在人们的生活追求个性化、自动化，追求快节奏，追求充满乐趣的生活方式，家具要求的档次越来越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技术在智能家居电子产品中得到了广泛应用，它不仅优化了人们的生活方式和居住环境，而且方便人们有效地安排时间，提高工作效率。

本文设计一款智能温控衣柜系统，该衣柜以智能控温、保温为主要特色，同时兼有对衣物杀菌、防潮等功能，智能衣柜可以根据柜室内的温度变化情况自动开启或关闭衣柜加热系统，而衣柜内壁装饰的保温材料可以减缓室内温度的散失，使柜室内的温度长期保持在一个舒适的范围，达到节能保温的目的，柜室内的杀菌装置可对衣物杀菌消毒。

1 测温原理

DS18B20的测温原理如图1所示，不同温度下，高温度系数振荡器产生不同的脉冲信号输入到减法计数器b，确定一个门周期。低温度系数震荡器产生的脉冲信号送至减法计数器a，由于受温度影响小，频率几乎恒定，在一个门周期内，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数，即可完成温度测量。测量前，首先将-55℃对应的基数分别置入减法计数器a和温度寄存器中，当减法计数器a 减到0时，温度寄存器的值将加1，减法计数器a的预置值将重新被装入继续计数，如此循环直到减法计数器b计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，在计数门未关闭的状况下，重复修正减法计数器的预置值，直至温度寄存器值达到被测温度值。

2 智能化衣柜的方案设计

（1）保暖控温功能

在衣柜内部，通过能量转化系统将电能转化为热能以热风的形式输出，在一定的密闭的衣柜空间内，提升衣柜内部温度，起到暖和衣物的作用；本衣柜设计的智能系统又通过温度传感器对温度的实时监测，达到指定温度时，及时开启或关闭热能的输出，将衣柜内的温度控制在一定的范围内。

图1 测温原理图

（2）除湿防霉功能

衣柜主要存放对象为各类棉、毛、皮、麻、真丝等材料制成的衣物，这些物品在生产、使用或存放过程中，表面依附着霉菌等微生物。在每年的4月到10月份，我国大部分地区的相对湿度一般在75%以上，达到菌类生存繁殖的较佳环境，易导致存放在柜中的物品霉变。

智能化衣柜除湿防霉功能，主要是通过改变存放物品容器小环境的温、湿度值，控制在物品存放的安全值以下，破坏各种霉菌的存活和繁殖，从而有效保护存储物品。因此，通过控制系统自动除湿，将柜内的湿度控制在45%～55%，可有效避免存放的物品发生霉变[5]。

（3）消毒功能

本设计选用与衣柜柜体尺寸相匹配的15W热阴极低压汞紫外线杀菌灯，一般室温在20℃～40℃，相对湿度不高于60%时，消毒时间设定为30min即可。另外，控制衣柜的内部湿度，始终保持在45%～55%时，也可有效保证消毒效果[6]。

3 设计与实现

3.1 硬件设计

整个衣柜系统由主控模块、温度检测模块、液晶显示模块、电器控制模块、报警模块、杀菌模块和供电模块7个模块组成，智能衣柜系统的硬件设计功能图见图2。

图2 智能衣柜硬件设计功能图

主控模块：整合处理控制各功能模块，选用Atmel公司的单片机AT89S52，它带有1个8位CPU，8KBFlash存储器,32个IO口，3个16位定时器/计数器和八个中断源，DC5V供电[2]。

温度检测模块：选用美国DALLAS公司生产的数字温度传感器DS18B20，独特的单线接口方式、测温范围－55℃～＋125℃，工作电源3～5V/DC ；

液晶显示模块：选用1602液晶显示器，能够同时显示16x02即32个字符，DC5V供电；

电器控制模块:选用宁波松乐继电器SRD-05VDCSL-C，DC5V供电，调节范围：10A250VAC,10A125VAC；

报警模块：蜂鸣器5V（SOT塑封封装）有源蜂鸣器，长声。

杀菌模块:选用紫外线灯杀菌消毒，AC220V供电。

供电模块：供电模块采用220V50Hz市电直接给加热器、杀菌模块供电，经变压器得到5V直流电给主控模块供电，由主控模块给其他功能模块供电。

3.2 软件设计

本系统程序主要包括主程序（见图3）、DS18B20初始化、写DS18B20、读DS18B20的程序、温度转化子程序（见图4）等。由于DS18B20与微处理器间采用串行数据传送，在对DS18B20进行读写编程时，必须严格保证初始化及读写时序，否则将无法读取测温结果。下面给出DS18B20的初始化程序代码。定义DATA为DS18B20的数据管脚。

初始化代码

INIT:SETBDATA

CLRDATA

MOVR3,#OFFH;延时550us

DJNZR3,$

SETBDATA;释放总线

MOVR3,#32H;延时100us，等待回应

DJNZR3,$

L:MOVC,DATA;采样总线信号

JCOUT

MOVR3,64H

DJNZR3,L

SJMPINIT

RET

OUT:SETBDATA

RET

图3 主程序图

图4 子程序图

4 实验结果及分析

选择将本系统装设在已有成品衣柜内部，暂不考虑其散热问题，视实验环境为理想环境，温控值设定为29℃。系统开机后运行，检测衣柜内部温度，LCD显示结果如图5所示。

图5 开机后衣柜内温度

检测结果得知，衣柜内部温度为25℃，低于预设值29℃，系统运行通过热风扇将电能转化为热能以热风的形式输出，在一定的密闭的衣柜空间内，提升衣柜内部温度。系统运行一段时间以后，LCD显示的温度如图6所示。

图6 运行一段时间后柜内温度

由此可知，系统的设计达到了预期的效果，能够有效地控制了衣柜内部温度，起到暖和衣物的作用。

经过多次试验显示，系统运行稳定，控制准确，能够达到防潮除湿、保暖温控以及消毒杀菌的预期目的。

[1]马云峰，陈子夫，李培全.数字温度传感器DS18B20的原理与应用[J].电子元器件应用,2002(Z1).

[2]徐爱均，彭秀华.单片机高级语言C51应用程序设计[M].北京：电子工业出版社，1998.

[3]王树才，邓在京，徐有明.机电一体化家具的探讨[J].木材工业，2004,18（1）：36-38.

[4]段海燕，吴智慧.智能化家具市场调查分析[J].家具，2005，148（6）：63-65.

[5]张立志.除湿技术[M].北京：化学工业出版社，2005:235-255.

[6]袁治邝，凌波.实用消毒灭菌技术[M].北京：化学工业出版社，2002:74-80.