基于PLC、单片机以及手机APP的一体化智能鞋柜

江远彬　李奇峰　陈淇玮　许展鸿　李嘉杰

[摘           要]  通过物联网和通信技术，设计出一款基于PLC、单片机以及手机APP的智能鞋柜。以STM32F429为核心器件，将传感器与单片机结合，把鞋的参数传送给触摸屏和手机APP，通过触摸屏和手机APP发送指令，PLC接收指令且驱动导轨空间移动，实现存鞋和取鞋，同时具有识别、消毒、烘干等功能。

[关    键   词]  PLC;单片机;手机APP;智能鞋柜

[中图分类号]  TB381             [文献标志码]  A                [文章编号]  2096-0603（2019）22-0198-02

鞋子的脏乱问题一直困扰着人们的日常生活。因此，设计一款自动化的智能鞋柜具有重大的意义。采用单片机结合传感器采集鞋子的实时数据，通过手机APP和触摸屏显示，并实现自动控制，不但轻松解决了人们的烦恼，还整洁了家居的卫生环境。

一、智能鞋柜硬件设计

（一）智能鞋柜的总体方案设计

本系统是以STM32F429为核心，通过Arduino单片机与传感器结合，进行数据采集，触摸屏和手机APP显示数据，PLC驱动导轨空间运动，总体设计框图如图1所示。

1.结构设计

本设计选用轻质松木，便于钻孔和角铁固定。内空间分为三层四列，且工作区间和四个存储区间旁边的区间用于存放电机，通过电机的正反转进行存鞋和取鞋。

二、智能鞋柜软件设计

（一）数据采集模块

本设计采用Arduino单片机与传感器的结合，通过编程设计对鞋的数据进行实时测量。

1.鞋码的测量

将超声波传感器固定在工作区间的内侧，测量从运送区间传送到工作区间的鞋的距离，用工作区间的总长度减去距离，可以得出鞋的长度，比对尺码表就可以得到相应的鞋码。

2.颜色的识别

颜色传感器通电后，会点亮器件上的4个LED，通过光的反射，传感器内置滤波器依次过滤三个不同原色后，振荡器通过OUT引脚输出信号频率，便可得到RGB值，根据三原色原理，就可以得到鞋的顏色。

3.温湿度的测量

温湿度数字传感器由电阻式感湿元件和NTC测温元件组成，近距离测量，数值准确，且湿度误差为±5%RH，温度误差为±2℃，可用于鞋的实时测量。

得到上述实时数据后，将Arduino单片机与STM32F429进行串口通讯，把数据传输给STM32F429。

（二）数据显示模块

本设计数据的显示采用两个终端，分别为触摸屏和手机APP。

1.触摸屏的设计

本系统的触摸屏控制系统是使用以KEIL开发软件，搭配嵌入式处理图形库的变换问题而开发的界面设计软件STEMWIN，构建的触摸屏桌面仅以两个简洁的按钮作为主控界面，分别为存鞋与取鞋。当用户选择存鞋时会出现一个四按钮的子窗口供给用户选择保养鞋的不同功能或者仅执行存鞋的操作，当用户选择取鞋时会出现一个以列表框为主要控件的子窗口，上面显示的是以多种识别传感器反馈的所存的鞋的各种数据信息显示在列表框内供用户选择，屏幕示意图如图2所示。

2.手机APP的设计

本系统的移动端控制系统是使用物联网的云开发平台所构建的APP框架下使用以JAVA为开发语言的android studio软件进行开发修改的。使用物联网开发平台开发的好处在于可以使用平台已有的服务器使整个鞋柜系统的移动端控制不仅限于短距离的局域网控制，只要在有网的情况下都可以对系统进行控制和实时的监控。系统连电后，用户需要长按鞋柜上的配网按钮，使芯片进入配网模式进行联网，建立通信后系统会自行扫描等待用户的操作指令。

（三）空间运送模块

本设计采用两根导轨，分为横轨和竖轨，十字连接，并将运送区间固定在竖轨的滑片上，在空间内进行上下左右移动，把鞋送到相应的存储区间。PLC连接导轨，通过限位开关控制导轨的定位，利用一个中间继电器模组作为一个在内部的机械按钮，联通PLC与STM32F429芯片。当用户通过控制端对系统下达了存鞋的指令时，系统通过本身内部的传感器反馈的信息，在预先完成的程序中进行自动分析，得出没有存鞋的空余的储存空间，核心控制模块通过中间继电器给PLC

下达了指令，轨道通过各空间的限位开关精确地定位至核心控制模块所指定的空间，到达指定存储空间时系统会通过程序预先设定自发地启动运送空间以及存储空间内的传送带模块将鞋传送至存储空间内，而后判断鞋已存储完成后，导轨将运送空间自动地返回出口处等待用户下次指令的来临。

首先设计存鞋、取鞋按键作为状态继电器的S状态步的转移条件;再通过互锁设计存鞋时储存空间的优先级，最后设计导轨的动作过程。主要用到的软元件有输入/输出继电器、失电保持型状态继电器、辅助继电器和定时器。用到的功能指令只有DPLSR指令，作用是使PLC脉冲信号。PLC产生的脉冲在100ms内分10级加速或减速达到最高频率3000Hz，导轨控制流程图如图3所示。

三、结语

由触摸屏通信核心控制系统实行用户的现场控制，通过家庭的无线网络将智能鞋柜的控制系统与移动端控制设备进行连接，给控制芯片发送用户的控制指令以及接受控制模块的反馈信号，实现对系统的物联网控制。外部多个传感器的反馈数据实现对鞋的实时状态进行监控，并与保养模块通过预设的程序进行有机的运行，实现用户对鞋的日常清理需求。智能鞋柜的多种功能能很好地丰富智能生活的方式以及满足用户对智能家居的更高要求。

未来的生活水平将会不断提高，人们对日常的基本穿戴要求也会日益提高，未来的智能鞋柜体系应当往更进一步发展，结合未来的5G时代提供更多更方便的用户保养和管理监控鞋的功能。

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◎编辑 冯永霞