基于STM32和云平台的女性生理用品自助系统

绪论1.1研究背景 当今社会，女性需求的满足和尊重正逐渐受到前所未有的关注。随着女性在社会、经济和文化领域的地位不断提升，她们对于便捷、舒适和私密性的追求也日益增强。然而，尽管社会在不断进步，但女性在日常生活和工作中仍然面临着一些特殊的挑战和困境。近期，“高铁卫生巾”事件成为了公众关注的焦点，这一事件不仅凸显了女性正常合理需求被忽视的问题，也激发了社会对女性权益的深入思考和广泛讨论REF_Ref30670\r\h[1]。通过该事件可意识到，为了满足女性的需求，不仅需要更多的社会关注和政策支持，更需要通过创新的技术和设计，为女性提供更加便捷、贴心的服务。在这样的背景下，本项目设计了一款基于STM32的女性卫生巾自助机系统。希望通过创新的设计和技术应用，为女性打造一个更加便捷、舒适且私密的自助服务环境。该系统实现了用户自助购买、自动与手动操作模式切换、环境智能调节及消毒功能等多项功能，旨在为广大女性用户提供更加智能、便捷的服务体验。1.2国内外研究 1.2.1国外研究现状国外在自动售货机领域的研究起步较早。在Thete等人于2024年发布的《FromTraditionaltoDigital:AnAnalysisofVendingMachineSystemEvolution》中提到，早期的售货机通过简单的机械结构和单片机控制，实现了基本的商品售卖功能，通常为纸币或硬币这类实体货币支付，支付的便携性和实用性不足，需要用户随身携带对应数值的实体货币REF_Ref23200\r\h[1]。随着物联网和移动支付技术的发展，国外的自动售货机技术取得了显著进步。Ratnasria和Sharmilanb在2023年发布的《VendingMachineTechnologies:AReviewArticle》中指出，智能自动售货机通过集成物联网模块，实现了远程监控和管理。这些售货机可以通过网络与云平台连接，实时上传销售数据和设备状态信息，方便运营商进行管理和维护REF_Ref23240\r\h[2]。同时，还引入了移动支付技术，如NFC支付，提高了支付的便捷性，方便用户购买。但此时的自动售货机售卖的商品多为食品类和玩具类。在最近五年内，国外的研究更加注重用户需求和智能化功能的提升。Kumar在2021年发布的《Designofvendingmachinethroughimplementationofvisualautomatasimulatorandfinitestatemachine》中提到，不同品类的自动售货机出现，可以通过语音操控和刷脸支付，结合AI大数据给用户建议购买合适的商品REF_Ref23259\r\h[3]。因此，更需要考虑售卖什么样的东西，以何种方式购买的售卖机才能使其更好地服务于人类社会。1.2.2国内研究现状国内在自动售货机领域的研究相对较晚，大概在2012年左右。余世明等人在2008年发布的《自动售货机研究现状及展望》中提到，一些早期的研究中提到的基于STM32单片机的自动售货机，通过单片机控制电机和传感器，这些售货机主要集中在饮料和零食的售卖上，技术相对成熟，但功能较为单一REF_Ref23295\r\h[4]。而近年来，扫码支付的出现使国内的自动售货机技术也有了显著的进步。宁安毅等人在2015年发布的《自动售货机的兴起与发展》中指出，在研究中提到的基于物联网的自动售货机，实现了用户与售货机之间的交互，用户可以通过在可触摸显示屏上选择商品、扫码完成支付，同时可以实时查看商品的库存情况REF_Ref23354\r\h[5]。此时，支付功能更加便利，但市面上有关这一类女性生理用品的自助售卖机并不常见。现如今，国内的研究更加注重智能化和多功能化的发展。俞小成等人在2023年发布的《智能售货柜的研究现状及发展趋势》中提到，基于STM32和云平台的售卖机，通过集成多功能模块，实现了对售卖环境的智能调节，如温湿度调节，远程监控和管理功能，通过云平台实现设备的远程控制和数据管理，提高了运营效率和用户体验REF_Ref23442\r\h[6]。尽管取得了这些进展，但环境监控和消毒功能不够完善，无法确保商品的卫生安全。正如前文描述，当前的无人售卖机仍存在一些缺陷。例如，一些售货机的环境监控和消毒功能不够完善，无法确保商品的卫生安全；市面上有关这一类女性生理用品的自助售卖机并不常见，而这类生理用品却又是绝大多数女生的购买刚需。因此，为了解决上述问题，本文研究一款基于STM32和云平台的女性生理用品自助系统，考虑到使用场所，系统实现了用户自助购买、自动与手动操作模式切换、环境智能调节及消毒功能，为女性用户提供了更加便捷、舒适的自助服务体验。1.3设计需求主控芯片：STM32F103C8T6，负责处理传感器数据和控制设备输出。温湿度传感器：DHT11，用于接收机箱内温湿度数据，以确保内部纸巾和卫生棉状态。驱动模块：L298N四路电机驱动，用来分别操控风扇和电机开启和关闭。通信模块：ESP8266-01SWIFI模块，用来与云平台相连接，传输数据。消毒模块：UVC3535紫光灯珠模块，在机器内部保持干净。除湿降温模块：DC风扇，使机器内部空气流通、降温等。2设计方案2.1系统总体设计本系统的主控芯片为STM32F103C8T6最小系统板。上下位机是通过WIFI模块和MQTT协议传输给云平台使二者通讯。温湿度数据经由ESP8266-01SWi-Fi模块传输至云平台，随后由云平台推送至小程序，并在小程序界面上呈现。小程序下发的指令也同样通过云平台流转，发给ESP8266设备，从而操控下位机各模块实现机器内环境调节或者是出货功能，如：手动开启下位机DC风扇模块、UVC3535紫光灯珠模块等。而因实现出货功能，该系统选用L298N驱动模块操控电机。如REF_Ref21763\h图2-1是为系统设计框图。图2-SEQ图2-\*ARABIC1系统设计框图2.2系统模块选择2.2.1主控核心选择方案一：STC89C51/52单片机STC89C52价格低，性能适中。但是，它也有许多缺点，例如主频低，接口较少，处理速度较慢，指令执行周期较长，芯片集成外设少，资源不足，无法使用实时操作系统等，这些缺点使得它在处理较复杂的任务时心有余而力不足，使用时有诸多限制。方案二：STM32F103C8T6单片机STM32F103C8T6微控制器搭载ARMCortex-M3内核，是一款32位高性能处理器，且能耗低，外设接口丰富，因此其应该场景广泛，同时其价格低廉、性价比高。综上所述，考虑到STM32F103C8T6的性能、存储器容量、外设接口、功耗、应用领域、性价比以及市场供应与兼容性等方面的优势，选择方案二最为合适，最终以STM32C8T6单片机作为本多功能工具软件的主控芯片。2.2.2温湿度传感器选择DHT11模块是一种数字温湿度传感器，不仅仅有电阻式感湿元件和NTC测温元件，并且并内置一个高性能8位单片机REF_Ref2837\r\h[6]。此模块利用单总线通信方式与微控制器相连，可即时获取周围环境的温度与湿度信息。其工作电压范围为3.5V-5.5V，平均工作电流仅为0.5mA，具有低功耗、高精度、响应速度快和抗干扰能力强等特点REF_Ref2837\r\h[6]。DHT11模块应用场景也十分广泛，就比如智能家居、物联网设备和环境监测系统等。2.2.3驱动模块选择方案一：TB6612/AT8236双路驱动模块TB6612/AT8236驱动模块在电机驱动领域以其高性能而著称，但价格相对较高。这款驱动模块特别适用于低电压、小功率的电机驱动应用，如微型机器人、小型模型等。对于需要高电流或高电压的电机应用场景，它可能无法满足要求。虽然TB6612/AT8236具有高效的电机控制和保护特性，但在成本敏感的项目中可能不是最佳选择。方案二：A4950双路驱动模块A4950驱动模块以其适中的价格和简洁的设计而受到欢迎。然而，其输出电流和电压范围相对有限，可能无法满足一些大功率电机的需求。此外，这款驱动模块没有内置热关断保护电路，因此在使用过程中需要额外的热保护措施，以避免因过热而导致的损坏或安全隐患。方案三：L298N四路电机驱动板L298N四路驱动模块广泛用于直流电机驱动，性价比高。模块采用双H桥电路设计，这样的设计让它可以对两个直流电机或者是一个四相步进电机进行操控，就比如可以正转反转和停止。其具备出色的电流输出性能，最大可持续输出2A电流，瞬时峰值电流可达3A，非常适合驱动大功率电机。此外，L298N还具备PWM调速功能，通过使能引脚接收PWM信号来精确调节电机转速。内置的过热保护电路能够有效防止模块因温度过高而受损，从而确保整个系统的稳定运行。综上所述，考虑到成本、性能、可靠性和应用场景等多方面因素，我们最终选择L298N四路电机驱动板作为首选方案。它不仅能够满足大多数电机驱动的需求，价格合适，还提供了稳定的驱动能力和安全保护措施，为项目的成功实施提供了有力保障。2.2.4通信模块选择方案一：LoRa通信模块LoRa是用于远距离通信的高效解决方案，它以低功耗而闻名。适用覆盖广运行久的使用场景。其通信模块能够实现远距离传输，覆盖范围可达数公里乃至更远，非常适合大规模的物联网部署。LoRa技术以其卓越的低功耗特性，成为长期运行设备的理想选择。然而，值得注意的是，LoRa模块的成本相对较高，其配置与使用过程也相对繁琐，要求操作者具备一定的专业知识与实践经验。另外，构建和维护LoRa网络还需额外的投资与努力。方案二：HC05蓝牙模块HC05是一款支持蓝牙2.0+EDR标准的无线串口通信模块，以其成本低、易用性强及通信稳定性著称。该模块支持灵活的主从模式切换功能，并允许用户通过AT指令集进行详尽的参数配置。HC05还全面兼容标准的串口通信协议，使得与各类设备的连接及数据传输变得简便快捷。值得注意的是，尽管HC05在蓝牙接入方面表现出色，但在构建一对多的局域网时，仍需进行额外的转换处理，这在一定程度上限制了其在此类应用场景中的便捷性。方案三：ESP8266WIFI模块ESP8266-01S是一款Wi-Fi通信模块。这款模块整合了802.11b/g/n无线标准和TCP/IP协议栈，为用户提供了STA模式、AP模式以及二者共存的灵活配置选项。具体而言，在STA模式下，它是作为客户端设备以便于接入现有的Wi-Fi网络环境；而在AP模式下，它是Wi-Fi热点提供者，允许其他设备通过它进行网络连接REF_Ref3121\r\h[7]。STA-AP共存模式下，模块可以同时作为客户端和服务器的角色REF_Ref3121\r\h[7]。‌综上所述，在考虑了成本、适用行、通讯性能等方面最终选择了ESP8266WIFI模块，特别适用于低成本、需要长时间运行通讯的无线通信场景。因此，在项目中选择使用ESP8266-01SWIFI模块作为通信解决方案。3系统硬件部分设计3.1硬件总流程图本系统使用STM32F103C8T6为主控芯片，首先，通过DHT11温湿度传感器检测，在温度或湿度超过指定阈值时，风扇会自行启动。其次，利用L298N分别操控风扇和两个电机，也给这两个模块供电。同时，芯片可以操控紫光灯珠模块的亮灭。最后，使用串口通讯将ESP8266-01SWIFI模块与单品机相连，使得单片机可以与上位机通信。如REF_Ref21469\h图3-1所示，为硬件总流程图。图3-SEQ图3-\*ARABIC1硬件总流程图3.2主控硬件电路本系统主控芯片是STM32F103C8T6最小系统板，用其控制其他传感器模块，使得各个模块连通运行，以实现对环境数据的采集和显示。该系统板具有多个重要电路，基于ARMCortex-M3架构，最高工作频率可达72MHz，支持Thumb-2指令集，提供高效的代码执行效率REF_Ref4404\r\h[8]。STM32F103C8T6最小系统板包含复位、电源、晶振、LED灯和SWD接口等电路，存储器为内部总线外设。系统电源由开发板本身通过一个USB电路供电。该控制器可以较好满足本硬件系统需要，因此选择该系统板作为主控芯片。芯片实物图如REF_Ref26489\h图3-2(a)所示。芯片引脚图如REF_Ref26489\h图3-2(b)所示。主控芯片实物图(b)主控芯片原理图图3-SEQ图3-\*ARABIC2芯片实物与原理图展示3.3DHT11温湿度传感器模块DHT11温湿度传感器基本原理是利用传感元件上的热敏电阻或热电偶等材料REF_Ref4548\r\h[9]。根据温湿度变化引起电阻值或热电势的改变，从而实现对温湿度的检测DHT11传感器在湿度测量方面，其范围覆盖了5%至95%的相对湿度（RH），并具有±5%RH的精度；而在温度测量上，其范围则是从-20℃至+60℃，精度保持在±2℃。该传感器内部集成了两个关键元件：一个是电阻式湿度感应元件，另一个是NTC（即负温度系数）热敏电阻，用于温度测量REF_Ref4548\r\h[9]。DHT11实物如REF_Ref11371\h图3-3(a)所示。DHT11原理图如REF_Ref11371\h图3-3(b)所示。DHT11模块接线表如REF_Ref20362\h表3-1所示。(a)DHT11实物图(b)DHT11原理图图3-SEQ图3-\*ARABIC3DHT11实物与原理图展示表3-SEQ表3-\*ARABIC1DHT11温湿度检测模块接线表DHT11模块引脚端口单片机引脚接口功能GNDGND电源地VCC3.3V电源正DATAPB1信号输出DHT11工作时序：DHT11传感器采用单总线通信机制，仅需单一数据线及一个I/O端口即可实现数据传输，且通常需外接上拉电阻以确保总线在空闲时保持高电平状态REF_Ref2837\r\h[6]。因此一个单总线器件的通信过程要求遵循精确的信号时序，这对于确保数据的准确无误至关重要。整体操作流程：主机发出启动指令后，DHT11会回应并发送数据。随后，主机将接收到由湿度、温度和校验数据组成的40位信息，以及一个结束信号。整体时序如REF_Ref21917\h图3-4所示。拉低拉低结束拉高准备输出数据“1”位GND拉高等待VCC释放总线数据“0”位响应信号开始信号主机信号：从机信号：图3-SEQ图3-\*ARABIC4整体工作时序开始信号与响应信号时序如REF_Ref25248\h图3-5(a)主机开始信号时序和REF_Ref25248\h图3-5(b)主机相应信号时序图所示。VCCVCCGND主机拉低后释放总线大于18ms(a)主机开始信号时序GNDGNDVCC开始发送数据80μs80μs(b)主机响应信号时序图3-SEQ图3-\*ARABIC5DHT11开始与响应时序图DHT11传输“0”和“1”数据时序如REF_Ref27955\h图3-6(a)位数据“0”格式和REF_Ref27955\h图3-6(b)位数据“1”格式，所示。单总线器件仅在主机发起读命令并启动读操作时才会向主机传输数据。VCCVCCGND50μs26~28μs(a)位数据“0”格式VCCVCCGND50μs70μs(b)位数据“1”格式图3-SEQ图3-\*ARABIC6DHT11传输数据时序图3.4ESP8266-01SWIFI模块通信方面选择的是ESP8266-01SWIFI模块，将STM32的设置好的串行通信引脚分别与Wi-Fi模块的RX和TX引脚进行交叉配对连接。模块采用MQTT协议，MQTT是一种开放式、轻量级、发布/订阅消息的传输协议，支持物联网设备之间的高效通信REF_Ref4695\r\h\#"[0"[10-REF_Ref4701\r\h\#"0]"11REF_Ref6282\r\h-12]。通过MQTT协议，ESP8266-01S模块能够实现与云平台的稳定通信，为系统提供可靠的网络支持。模块实物图如REF_Ref12051\h图3-7(a)所示。模块原理图如REF_Ref12051\h图3-7(b)所示。模块接线如REF_Ref22605\h表3-2所示。(a)ESP8266-01s模块实物图(b)ESP8266-01s模块原理图图3-SEQ图3-\*ARABIC7ESP8266-01s实物与原理图展示表3-SEQ表3-\*ARABIC2ESP8266-01s模块接线表ESP8266-01s模块引脚端口单片机引脚接口功能GNDGND电源地VCC3.3V电源正RXPA9接收数据TXPA10发送数据3.5L298N四路电机驱动模块L298N模块作为一款功能强大的电机驱动模块，其工作原理基于内部集成的两个H桥高电压大电流双全桥驱动器REF_Ref6213\r\h[13]。模块通过接收标准TTL逻辑电平信号，实现对电机和风扇开启和关闭的精确控制。模块实物如REF_Ref13073\h图3-8(a)示。模块原理图如REF_Ref13073\h图3-8(b)所示。(a)L298N四路电机驱动模块实物图(b)L298N四路电机驱动模块原理图图3-SEQ图3-\*ARABIC8L298N四路电机驱动模块实物与原理图展示L298N模块的输出端中，OUT1至OUT4与电机相连，OUT5和OUT6与风扇相连。其控制接口包括使能引脚和逻辑控制引脚，其中使能引脚用于控制电机和风扇的使能状态，逻辑控制引脚则用于控制电机和风扇的开关。模块接线表如REF_Ref24192\h表3-3所示。表3-SEQ表3-\*ARABIC3L298N四路电机驱动模块接线表L298N四路电机驱动模块引脚端口STM32F103C8T6引脚接口功能GNDGND电源地3.3V3.3V电源正5V5V5V电压输出IN1/IN2PA6/PA7风扇控制IN3/IN4PA4/PA5电机1控制IN5/IN6PA2/PA3电机2控制4系统软件部分设计 4.1下位机总软件程序设计在本系统中，下位机使用的是STM32F103C8T6微控制器。首先，将各模块的初始化，并在主函数中调用相关初始化函数。系统会打印出连接WIFI模块与云平台所需的AT指令，用于连接云平台。系统内设置两种工作模式：手动/自动。在手动模式下，可直接操作各模块。在自动模式下，当温度或湿度超出预设阈值时，系统会自动启动风扇以降低温湿度；一旦温湿度回归正常范围，风扇将自动关闭。系统的主要功能包括接收并打印温湿度的整数数据。在自动模式下，如果温度或湿度二者有一个超过系统设定的阈值，风扇会自动启动。下位机软件的总流程图如REF_Ref24382\h图4-1所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC1下位机总软件程序流程图4.2电机控制程序设计在本系统中，初始化了驱动模块，而后定义了三个函数来分别控制风扇和两个电机的开关。风扇控制函数（Op_Fan）：该函数负责控制环境风扇的开关。当接收到来自主控模块的打开风扇指令时，通过调整GPIO引脚电平状态来启动风扇；当接收到关闭指令时，则停止风扇运行。电机1控制函数（Op_Dj1）：通过接收指令并调整GPIO引脚的电平状态，实现电机1的指定动作。电机2控制函数（Op_Dj2）：与电机1控制函数功能一致，通过接收指令调整GPIO引脚电平状态来实现电机2的相应动作。电机驱动流程图如REF_Ref24535\h图4-2所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC2电机驱动流程图4.3WIFI通信程序设计本该系统利用ESP8266-01S无线模块与STM32F103C8T6微控制器实现数据通信。程序首先在MX_USART1_UART_Init()函数中初始化串口，设置波特率和数据格式等参数。然后，在主函数中通过发送AT指令来建立WiFi连接并设置模块的工作状态，进行数据的发送和接收。其中，将数据处理封装成JSON格式，方便通过MQTT协议发送给云平台REF_Ref3121\r\h[7]。WIFI通讯流程图如REF_Ref24787\h图4-3所示。图4-SEQ图4-\*ARABIC3WIFI通讯流程图4.4温湿度采集程序设计温湿度采集程序流程图如REF_Ref24914\h图4-4所示。温湿度采集程序部分开始先定义相关函数变量，初始化DHT11，将PB1作为数据接收口。写入与DHT11相关的函数，并写入读取温度和湿度的函数ReadDH11Data()。设置温度和湿度范围DH11_Read_Byte()，执行并启用相应功能。当主机接收到响应信号后，读取温度和湿度数据并通过CheckSum校验。最后通过串口将数据传输至STM32单片机上。图4-SEQ图4-\*ARABIC4温湿度采集程序流程图4.5MQTT协议及其在系统中的应用4.5.1MQTT协议的概述在物联网的分层架构中，网络层是确保感知层采集到的数据能够安全且高效地传输到处理层的关键部分。网络层涉及多种网络组件的协同工作，包括微型传感器网络、互联网、移动通信网络以及专用网络系统等。在这些组件中，选择合适的通信协议对于提升物联网系统的整体性能至关重要REF_Ref12473\r\h[14]。目前，市场上已经发展了多种基于TCP/IP或UDP的通信协议，以满足不同物联网应用的需求。这些协议包括HTTP、CoAP、WebSocket和MQTT等，它们都是为了实现在TCP/IP或UDP之上更安全、更可靠和更高效的数据交换而设计的REF_Ref12519\r\h[15]。而MQTT是一种专为低带宽和不稳定网络环境设计。它通过TCP/IP协议实现设备之间的通信，核心优势在于其发布/订阅模式，允许设备通过主题（Topic）进行消息的发布和订阅，从而实现高效、灵活的通信REF_Ref12542\r\h[16]。4.5.2MQTT协议的应用在本系统中，MQTT协议在实现设备与云平台以及微信小程序之间的通信中发挥了关键作用。单片机利用ESP8266-01S无线模块通过MQTT协议发送到云平台。MQTT协议的通信机制涉及三个主要角色：发布者、代理和订阅者。通信过程如下：连接建立：客户端通过TCP/IP连接到代理服务器，并通过MQTT协议建立连接。主题订阅：订阅者向代理发送订阅请求，指定要订阅的主题。消息发布：发布者将消息发布到指定的主题，代理接收到消息后，根据订阅信息将消息转发给相应的订阅者。消息确认：根据设置的QoS等级，代理和客户端之间会进行消息确认，确保消息的可靠传输。连接断开：通信完成后，客户端向代理发送断开连接请求，结束通信。而MQTT协议的应用主要体现在以下几个方面：高效数据传输：STM32单片机将设备状态和库存信息封装成JSON格式，通过ESP8266模块发布到云平台指定的主题，云平台再将这些数据转发给微信小程序，确保用户能够实时获取设备信息。灵活的通信模式：微信小程序通过订阅云平台发布的主题，接收来自STM32单片机的实时数据；同时，小程序也可以向云平台发送控制指令，通过云平台转发给STM32单片机，实现远程控制。实时性与交互性：通过MQTT协议，微信小程序能够实时接收设备状态信息，并向设备发送控制指令，实现了用户与设备之间的高效交互。综上所述，MQTT协议在无人卫生巾自助售卖系统中实现了设备与云平台之间的高效通信，为微信小程序提供了实时数据交互和远程控制的能力。4.6小程序上位机软件设计上位机小程序由用户界面、管理员登录界面和管理员界面三部分组成。在用户界面，用户可以购买商品，发送对应指令使电机定时转动；而在管理员界面，管理员可以切换系统的工作模式（手\自动），并控制内部功能模块，包括消毒模块、除湿功能和温湿度监控功能。整个软件的工作流程图如REF_Ref29691\h图4-5所示，详细展示了从用户操作到后台处理的全过程。图4-SEQ图4-\*ARABIC5上位机小程序流程图4.6.1登录界面用户打开小程序自动进入用户界面，初始界面如REF_Ref29890\h图4-6(a)所示。用户界面可直接进入选购界面，按下对应按钮可以购买对应商品,选购界面如REF_Ref29890\h图4-6(b)所示。按下对应购买按钮，触发对应事件处理函数如toggleMotor1，弹出对应商品收款二维码，实现购买功能。初始界面购买商品图图4-SEQ图4-\*ARABIC6用户界面在用户界面右下角可以点击跳转按钮到达管理员登录界面，如REF_Ref30530\h图4-7(a)所示。用户使用功能允许用户无需注册或输入任何个人信息，即可快速进入卫生巾自助机的选购界面。管理员登录功能要求使用者必须输入正确的账号和密码才能进入管理界面。此功能确保了只有授权的管理员才能访问和管理卫生巾自助机的各项功能。当点击“前往管理员登录”按钮时，程序将利用wx.navigateTo()跳转到管理员登录页面REF_Ref6514\r\h[14]。在此处输入的账号和密码，并进行验证，如果验证失败则弹出提示，错误提示如REF_Ref30530\h图4-7(b)所示。验证通过后，程序将调用界面跳转函数，如wx.switchTab()，将用户导航到管理界面REF_Ref6514\r\h[14]。登录界面错误提示图4-SEQ图4-\*ARABIC7管理员登录界面4.6.2管理员界面当进入管理员界面如REF_Ref4099\h图4-8(a)所示，默认初始为自动模式，在此界面会显示能操控的所有下位机模块以及采集到的温湿度数据显示，当切换到手动模式下可以操控下位机模块，如果没切换则不会发送任何指令给单片机，同时页面上会弹出要切换成手动模式的提示，如REF_Ref30700\hREF_Ref4099\h图4-8(b)所示，弹窗提示图。当切换到手动模式下独立控制不痛模块并发送对应指令给单片机，如REF_Ref4099\h图4-8(c)所示，手动模式下开启模块图。(a)初始界面图(b)弹窗提示图(c)手动模式下开启模块图图4-SEQ图4-\*ARABIC8管理员界面图5系统调试5.1系统硬件调试5.1.1硬件连接调试在本次系统硬件调试中，遇到了几个的问题：单片机无法烧录代码、电机因供电不足转速过慢，以及系统实验过程中意外失灵。面对这些问题，进行了系统的排查和修复。首先，检查了烧录器和连接线，最终确定是单片机损坏，而后迅速更换了新的单片机，成功解决了烧录问题。接着，针对电机转速慢的问题，发现在芯片操控单个电机时转速正常，操控两个就转速降低，考虑到要使用多个模块，为了便捷和美观从而选择了接入L298N四路电机驱动来辅助供电，电机转速随即恢复正常。最后，在系统突然失灵的情况下，仔细检查了系统各模块间的连接线及杜邦线。经过一番排查，发现一根与单片机相连的杜邦线损坏了。旋即替换了损坏的杜邦线，系统很快恢复了正常工作。通过这一系列的排查和修复，不仅解决了硬件问题，也提高了系统的稳定性和可靠性。5.1.2物品掉落调试首先是，货品能否恰好掉落要考虑货道弹簧的间距大小即螺距，市面上常见的螺距尺寸为15mm、25mm、35mm以及75mm，考虑到售卖的为纸巾，卫生巾这一类较薄货品，故从15mm、25mm及35mm中考虑。通过测量货品的间距为1cm和2cm左右，故最终选择来了15mm和25mm的螺距弹簧，一方面是确保货品能顺利放入货道，另一方面是考虑螺距要合适使其一次只会掉落一件商品。其次，测试两个电机旋转时间，将以0.5s为间隔，从1.5s旋转时间开始测试，直到物品成功掉落，每个时间长度分别测试20次，若在单次测试中下一件物品也掉落则计为掉落失败，通过分析20次物品掉落的成功率从而敲定最终时间。在电机1物品测试掉落过程中，最终选择了3.0s为电机1旋转时间。电机1物品掉落测试表如REF_Ref15074\h表5-1所示。表5-SEQ表5-\*ARABIC1电机1物品掉落测试表次数旋转时间（s）测试次数成功次数成功率（%）11.52015%2220315%32.520735%43.0201995%53.5201365%而电机2的测试也同电机1相同，但却与电机1有不同的成功率，认为影响的因素为电机2放的物品为纸巾，体积比电机1所放物品更为小巧，重量也更重，故设定电机2旋转时间为3.0s。电机2物品掉落测试表如REF_Ref15319\h表5-2所示。表5-SEQ表5-\*ARABIC2电机2物品掉落测试表次数旋转时间（s）测试次数成功次数成功率（%）11.520210%2220630%32.5201470%43.0201995%53.520630%5.2系统软件调试5.2.1串口输出数据测试在软件调试过程中，使用串口调试助手，USB转TTL将与单片机连接。通过观察单片机发送的AT指令格式是否正确以及输出的温湿度数据是否符合实际情况，确保系统运行的准确性和稳定性。调试完成后的效果如REF_Ref7550\h图5-1所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC1串口调试图 5.2.2WIFI模块调试WIFI模块首先要擦除原厂固件烧入新的固件，使得WIFI模块可以更新模块功能和解决兼容性问题，如REF_Ref8510\h图5-2所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC2WiFi固件烧入图接着利用串口调试助手确认固件擦除成功，并发送相应AT指令查看WiFi返回的信号，响应正确则无误，表明硬件连接、通信参数、模块状态、指令格式和调试助手功能均正常，Wi-Fi模块处于可操作状态，如REF_Ref8664\h图5-3所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC3串口助手测试WiFi5.2.3阿里云云平台调试首先，在阿里云平台创建产品，如REF_Ref31319\h图5-4(a)所示。添加两个设备，一个是WeChat，另一个是ESP8266，分别代表上下位机，如REF_Ref31319\h图5-4(b)所示，设备创建图。(a)产品创建图(b)设备创建图图5-SEQ图5-\*ARABIC4云平台中产品与设备的创建流程其次，在云平台云产品流转处，写入两个规则用以发布数据订阅Topic和简单处理数据并将数据流转给Topic，如REF_Ref11051\h图5-5所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC5云产品流转创建所需规则接着，查看设备在线，在WIFI模块未上电时仅有小程序端在线REF_Ref216\h图5-6(a)所示，小程序在线图。当ESP8266-01S通电之后，小程序端和ESP8266端均在线，设备显示在线状态如如REF_Ref216\h图5-6(b)所示,双设备在线图。小程序在线图(b)双设备在线图图5-SEQ图5-\*ARABIC6设备在线图最后，通过云平台的日志服务查看消息是否被正确传输，温湿度数据被发送云平台接收，此时温湿度数据被正确流转，如REF_Ref689\h图5-7(a)所示。而通过小程序发送指令，云平台也能正确传输指令给单片机，小程序指令被正确流转，如REF_Ref689\h图5-7(b)所示。下位机数据正确流转图上位机指令正确流转图图5-SEQ图5-\*ARABIC7云平台数据流转图5.2.4微信小程序功能测试打开微信小程序，当显示设备已成功连接之后，打开用户界面测试当两个按键按下是否发送对应指令并且弹出对应二维码，用户界面按键测试如REF_Ref29755\h图5-8所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC8用户界面按键测试图而后登陆管理员界面，观察界面上温湿度数据显示是否在对应位置正确显示，以此确定数据成功传输到小程序端，如REF_Ref29977\h图5-9所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC9温湿度数据显示测试按下手自动模式切换时发送的指令是否正确，以及是否只有在手动模式下，才可以使用独立按键操纵。在手动模式下测试每个模块发送的指令是否正确如REF_Ref29997\h图5-10所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC10管理员端手动模式按键测试5.3整体联机调试将所有模块与单片机相连并上电，开始测试各模块功能。初始默认自动模式下，通过向DHT11传感器吹气用来测试当温湿度超过设定阈值，风扇启动，如REF_Ref30297\h图5-11所示。图5-SEQ图5-\*ARABIC11自动模式下风扇启动在小程序用户界面测试按下购买商品，查看物品是否掉落，若过长或过短则通过调整延时函数直至改至合适时间。在管理员端，切换到在手动模式下，分别测试按键按下时，对应功能是否实现，如REF_Ref1468\h图5-12(a)消毒灯模块实现图和REF_Ref1468\h图5-12(b)风扇模块实现图所示。(a)消毒灯模块实现图(b)风扇模块实现图图5-SEQ图5-\*ARABIC12手动模式下模块开启最后，将所有模块整合成整机上电，确保所有设备和功能可以正常复现，将模块固定。整机外观图如REF_Ref31065\h图5-13所示，方为调试完成。图5-SEQ图5-\*ARABIC13整机上电外观6总结与展望6.1总结本作品是先前的课设作品“基于STM32F103C8T6的女性卫生巾自助机系统”完善而成，具备环境智能调节、自助选择、自动与手动操作模式切换、消毒等功能。系统通过DHT11传感器监测温湿度并自动调节，使用紫光灯消毒，提供用户自助购买体验。当初的作品是利用蓝牙模块制作蓝牙APP，考虑到实际使用感受，并不便捷得提前下好APP才可以使用，故此次作品使用ESP8266-01SWIFI模块连同云平台和微信小程序操作起来更为便捷。同时更换了完成消毒功能的器件，选择UVC3535紫光灯珠模块而非普通紫光灯，真正拥有消毒功能。不足之处在于小程序界面有待优化，智能化程度可进一步提高。以及没有微信商户资格认证，并无法真正确认用户是否真的付款，仅仅只是放出对应二维码。后续将完善系统功能，提高稳定性和智