小型智能储物柜

桂林电子科技大学信息科技学院 陈永威 秦 昊 邓 云 窦文淼

小型智能储物柜

桂林电子科技大学信息科技学院 陈永威 秦 昊 邓 云 窦文淼

本设计是一款符合现代智能家居理念的智能储物柜，首先通过精心设计的机械结构实现了对物品的自动分类和存储，解决了传统储物柜暗箱易遗忘的问题，因为采用机械自动操作，不在因为放在高层的物品拿不到而苦恼，从而可以充分利用家中空闲的空间。使用摄像头对存储物品进行拍照记录，令用户不用再为遗忘而翻箱倒柜。同时设计了可选的保障了用户的隐私。

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0 引言

随着科技的发展，尤其是云计算、物联网、智能穿戴的出现，智能家居的概念频频出现在各大媒介上，进入公众的视线，也是当前创客们最关注的产业之一。而对于我日常每天都离不开的储物柜，却鲜有人问津，在这个一切都追求智能化，自动化，一体化的今天。传统储物柜的操作笨拙性，暗箱不可见的易遗忘性和分类模糊的特点显得格格不入。在社会快速发展的时代，人们受到来自各方面的压力也随之增加，被要求不断地加快步伐。每天工作忙，生活忙，回到家中还要因为找一件物品而翻箱倒柜或许是每一个人都无法忍受的。所以我们设计的出发的就是设计一款符合现代智能家居概念的小型智能储物柜。抛弃人们对传统储物柜的认识，将自动存取，温度调节，提升空间利用与手机远程控制为一体的小型智能储物柜，不仅仅是储物柜更是你家居生活的好管家。

1 设计思路

经过我们对传统储物柜系统的分析总结了传统储物柜的以下三个主要缺点：（1）存取件麻烦。（2）柜子空间利用率低。（3）分类模糊，查找不方便。于是我们经过多方面的调查发现，解决这类问题的方法其实在一些大型工厂中已有过先例，工业中的立体仓库通过利用电子遥控存取物品，不仅节约了时间而且更加准确无误，同时可以为存储的物品提供适宜的存储条件。而工业中的立体仓库动则上百万的价格注定与平民大众无缘，于是我们决定参考工业仓库的智能和高效，制作一款全新的存取系统。具有结构简单、方便自动分类、智能存取系统，价格低廉等特点，不仅符合现代智能家居理念，更能成为每一个人家中的得力助手。

2 小型智能储物柜的硬件设计

2.1 整体架构设计

如图1所示，柜身的整体采用柜身结构为2040v-slot工业铝型材，大小80CM*55CM*65CM在保证了储物柜整体的强度下最大程度的减轻了质量。铝材间的固定件采用欧标专用角槽连接件，确保了连接处的牢固。活动部件采用线性轴承系统，使精度更好运动更稳定。横向滑动部件复杂，于是采用3D打印，使每一处固定严丝合缝。

图1 整体结构

2.2 驱动系统设计

硬件款图如图二所示，为实现自动存取，保证柜子运动的平稳和准确，整个架构采用3个17HD34008-22B混合式步进电机以及减速电机作为传动动力，通过公式：

角度动作脉冲数=一圈总脉冲数*(设定角度/360°)

设定距离脉冲数=设定距离/[(滚轮直径*3.14)/一圈总脉冲数]

计算出电机大概的控制精度可达到0.033912mm，在我们系统中使用完全绰绰有余。

通过公式：功率W／电机速度KM×变速Km＝载重

计算出大概载重为：12kg

目前设计柜子的存放在柜子的前后俩个面上各放置四个柜子，这样的设计是我们经过多个方案的对比最终得出的，这样的设计能最大限度的利用空间而且符合能最大限度的减少电机运动的距离，既能节约空间又能节约能源，在我们的设计中一共可以为用户安排八个物件的存放，每个柜子的存储空间为0.00882立方米。

2.3 主控设计

在从成本、功耗、环境、性能等多方面的考虑我们最终选取了STM32F103“增强型”系列中的ZET6作为主控芯片。STM32F1系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3，增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品，而且我们还选用了大容量FLSH（512K）保证了储物柜在最忙碌时运行的流畅。工作温度范围：-40℃至+85℃，保证了在极端环境正常运行。所以在本套系统中这款主控是不二的选择。

2.4 摄像头

本套系统摄像头采用的是OV7670图像传感器，改款传感器的特点是体积小，工作电压低，提供单片VGA摄像和影像处理器的所有功能。而且考虑到摄像头的工作状态是在昏暗环境中，而OV7670的高灵敏度适合低照度应用，还支持镜头的失光补偿，ISP还具有消除噪声和坏点补偿功能，这款摄像头是我们的首选。

2.5 电源与驱动

考虑到整套系统拥有多个电机和主控芯片的以及传感器，摄像头等等的供电正常，以及长时间恶劣环境和安全等多方面的考虑。我们选用了12V12.5A150W的开关电源。

驱动采用的是TB6600HG的大功率、高细分两相混合式步进电机驱动芯片，有着高耐压、大电流、多细分、和温度保护及过流保护等特点，完成符合我们工作的要求。

图2 硬件框图

3 小型智能储物柜的软件设计

3.1 人机交互设计

小型智能储物柜自带一个HMI智能串口屏，给用户提供存件与件的设置以及储物柜本身的时间与温度等的设置。屏幕的界面开发使用HMI配套的上位机开发，16位真彩色RGB显示，还有丰富优美的操作界面，使用户拜托传统存储柜单调和枯燥，提高用户对家舒适安逸的感受。

3.2 手机APP

智能储物柜还可以通过蓝牙HCO5跟用户手机进行连接，进行存取与存取环境的设置，还可以通过APP读取在线数据库的数据远程查看当前储物柜实时存储情况。

图3 串口屏界面

图4 手机APP

4 智能储物柜存取物品过程介绍

存件过程：先选择操作界面上的“存件”，系统就会判断储物柜是否已经装满物件，如果已满则会显示并退出，如果没有则继续。再将需要存储的物件放入储物平台上，物件会先拍照备份留作取件时的需要，当完成拍照会出现设置存件菜单，通过这个菜单用户可以设置自动取件的时间（目前只支持到月日分秒），可以设置存件的环境的温湿度，也可以设置存件的六位数的密码，设置完再点击自动存件系统就可以自动分配空间完成入柜，当然用户也可以不选择设置直接点击自动存件，则储物柜会自行安排空间进行存放。

图5 存件流程

取件过程：首先选择操作界面上的“取件”，系统就会先进行判断储物柜是否为空，如果为空则会显示并每月存件物品，然后用户通过事先拍好的照片来选择取件的物品，如果有密码则输入正确的密码储物柜就会自动定位物件，将物件精准的移到你的面前。

图6 取件流程

5 结论

我们的这款小型智能储物柜拥有如下几个功能：智能存取，物品存档，人机交互，手机APP操作等等，真正的实现了存取的自动化，极大的提高人们存取物品的方便，节约了时间。同时，也极大地节约了空间。我们相信在未来一个智能的储物柜将会是一个智能家居的发展重点，我们也希望我们的设计能对智能家居走近千家万户做出一份力量。

[1]韩桂明．单片机原理及应用[M]．浙江大学出版社,2013．

[2]李长俊．模拟电子技术[M]．科学出版社,2010．

[3]郑雪梅．机械制图与典型零部件测绘[M]．电子工业出版社,2016．

[4]刘火良．STM32库开发实战指南[M]．机械工业出版社,2013．

注：本论文由广西省创新创业项目资助（项目编号：201413644022）。