【《基于STM32单片机的智能鞋柜设计》11000字】

Ⅳ Ⅳ基于STM32单片机的智能鞋柜设计摘要现有的家庭鞋柜，容易因为潮湿的存放环境，引起细菌的滋生，从而影响人们的生活。针对当前传统鞋柜存在的问题，基于STM32的智能鞋柜设计运用传感器监测的手段，对鞋柜内的环境进行实时监测，并且通过联动紫外线、风机、照明灯、加热装置等设备，实现对鞋柜内的环境的改善。基于STM32的智能鞋柜设计使用STM32作为控制芯片，通过温湿度检测模块对鞋柜内的光照强度、温度、湿度进行在线检测，照明和排气模块对鞋柜进行照明和排气，除湿模块通过加热来实现对鞋柜的除湿功能，消毒模块是用紫外线杀菌实现智能鞋柜的杀菌功能。系统通过使用AD、Keil5等开发工具，实现系统的软硬件设计，通过运用系统联调的测试手法，对系统的功能进行验证。经过实际测试验证，本系统具有成本低、稳定性好、操作便捷的优点。与传统鞋柜相比，该鞋柜不仅具有合理收纳的功能，还加入测量显示温湿度、杀菌除臭等功能，成本低廉，实用性强，具有极大的推广价值与应用前景。关键字：智能鞋柜；环境监测；人机交互；STM32目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 11.1本课题的背景及研究意义 11.2国内外研究现状 11.3本课题的主要研究工作 22智能鞋柜整体设计 32.1系统功能分析 32.1.1设计任务 32.1.2总体框图 32.2主控端设计 42.3人机交互模块 42.3.1按键模块设计 42.3.2显示模块设计 52.4通信模块 52.5温湿度监测模块 52.6柜门开合检测模块 62.7照明、排风、加热、消毒控制模块 63智能鞋柜系统的硬件设计 73.1系统整体硬件原理图设计 73.2主控电路 73.3显示电路设计 93.4提示模块电路设计 93.5按键电路设计 103.6无线通信电路设计 103.7温湿度监测电路设计 113.8照明与排风电路设计 123.9加热、消毒控制电路设计 134智能鞋柜系统软件设计 144.1主程序 144.2照明控制程序 144.3排风及加热控制程序 154.4显示驱动程序 164.5按键控制程序 174.6WIFI传输程序 174.7紫外线控制设计 184.8光照检测设计 195智能鞋柜系统的调试 205.1程序调试 205.2硬件调试 205.2.1电路板调试 205.2.2实物调试 215.2.3实物调试问题分析 22总结与展望 23参考文献 24111绪论1.1本课题的背景及研究意义随着人们对生活质量要求的不断提高及物联网技术的持续性发展，目前一个巨大的市场呈现出来——日常用品的收纳及管理。而作为这个市场中不可或缺的一部分，鞋柜的智能化对人们生活质量的提升带来不容小觑的作用。传统意义上的鞋柜，每年的市场需求在2000000台以上，其市场分布不仅局限于家装市场，还包括酒店、足浴店、游泳场等多种场合。传统意义上的鞋柜仅作鞋子存放使用，功能单一，很容易滋生出来各种各样的细菌，如果使用杀菌剂进行杀菌消毒，会给用户带去不适的体验，在实施上存在困难。目前的鞋柜市场现状远远无法满足对柜内环境的杀菌消毒、智能联动、远程控制等需求。国内外目前市场上已有部分厂商开始进行智能鞋柜的生产研发，但价格相对比较高且功能并未做到智能联动。因此设计一款性价高、功能多、智能联动的智能鞋柜，具有非常好的市场前景。1.2国内外研究现状目前市场上所具有的智能鞋柜普遍功能包括：杀菌、除臭、祛潮、自动擦鞋、液晶显示、一键操作、自动显示等功能。在该行业目前做的比较突出的智能鞋柜包括康耐斯智能鞋柜、索菲智能鞋柜，两者均集除臭杀菌、清洁储存、防潮功能于一体。通过外观设计、材质优化、功能赋予等多方面措施来让鞋柜功能更为完备，从而满足人们对鞋柜的各方面诉求，引领鞋柜走向智能家居时代。国外智能家居发展：美国智能家居以数字家庭和数字技术改造为契机，偏重于豪华感，追求舒适和享受，但其能源消耗很大，不符合现阶段世界范围内低碳、环保和开源节流的理念。日本的智能家居是开发、设计、施工规模化与集团化，以人为本，注重功能，兼顾未来发展与环境保护，大量采用新材料、新技术，充分利用信息、网络、控制与人工智能技术，实现住宅技术现代化。德国的智能家居追求专项功能的开发，注重基本的功能性。韩国政府对智能小区和智能家居采取多项政策扶持，规定在汉城等大城市的新建小区必须具有智能家居系统，目前韩国全国80%以上的新建项目采用智能家居系统，产生像三星、LG等知名的智能家居品牌。国内智能家居发展：中国智能化住宅的发展，在经历近10年的探索阶段之后，建筑面积目前已达22到400亿平方米，预计到2020年还将新增300亿平方米。2010年中国的智能建筑将会达到9000幢。全国智能化住宅小区的建设数量，未来十年将达到上万个。中国智能家居产业中京、上海、深圳发展相对超前：深圳的智能家居在布线方面做得比较好，前瞻性较强，考虑电源、空调、电话、电视、网络等方面较周全，预埋智能布线的观念比较超前；北京的智能家居在考虑功能和地方风格方面做得比较好；上海浦东新城区的城区规划和小区布置更符合上海这样一个商业化大都市的需求。青岛海尔和霍尼韦尔的示范应用值得借鉴。1.3本课题的主要研究工作本文所设计的智能鞋柜系统，是一款基于STM32的智能鞋柜系统，由STM32采集光照模块输出模拟量数据，通过智能算法将采集到的模拟量转化为对应的光照值；通过单总线与温湿度传感器进行通信，从而得到鞋柜内温湿度值；通过SPI通信将采集到数据通过OLED液晶显示屏进行显示。使用串口与WIFI模块进行通讯，通过串口配置等软件操作，发送特定的AT指令，实现对WIFI模块的配置，从而实现设备端与手机的通信，将传感器采集到的数据发送至手机APP，进一步实现在Android平台上手机对柜内环境的查看及远程控制。智能鞋柜系统搭配智能算法，可以通过本地按键可进行相关报警阈值数据、自动开启紫外线时间的设置，当对应参数的数据超出阈值后，可以自动打开或关闭相应的功能模块，并通过WIFI将信息同步至手机APP端。智能鞋柜系统设计的主要章节内容如下：第一章：进行当前鞋柜市场调研，分析智能鞋柜系统的设计内容和意义；第二章：根据智能鞋柜系统的主要内容，完成智能鞋柜系统的方案设计并分析各功能模块的选择依据；第三章：根据智能鞋柜系统的方案设计，进行各功能模块详细的电路设计，并分析各功能模块的设计原理；第四章：根据智能鞋柜系统的硬件设计、功能需求分析，进行系统的软件功能分析，并进行软件流程图的设计，依据软件流程图，完成控制代码的设计；第五章：结合需求分析，通过硬件、软件设计方案实施，进行实物的焊接及调试；第六章：总结智能鞋柜系统当前设计的调试结果，分析当前智能鞋柜系统的优缺点，完成智能鞋柜系统的整体设计。33

2智能鞋柜整体设计2.1系统功能分析2.1.1设计任务智能鞋柜系统设计控制单元进行数据采集的处理、逻辑控制、联动控制等功能，设计按键及显示模块进行本地人机交互，设计WIFI进行手机端与设备端的信息互通，设计继电器控制电路实现对紫外线灯、加热设备的控制功能，并通过各个传感器模块进行环境信息的采集及传递。智能鞋柜系统各功能模块的设计功能如下：温湿度监测模块电路设计实现对柜内温湿度环境的检测及信息传递；光照检测电路设计实现对柜内光照强度的检测及信息传递；柜门开合检测模块电路设计实现对柜门状态的检测及信息传递；继电器控制电路设计实现对加热、消毒设备的控制；选择指示灯、蜂鸣器进行系统状态等提示；选用合适的电源供电方式对系统进行供电工作；系统通过WIFI模块与手机进行通信，使用AT指令采用串口通信方式经WIFI实现手机APP交互；系统通过STM32作为主控，对采集数据进行处理及逻辑控制。2.1.2总体框图通过设计任务分析，基于STM32的智能鞋柜系统主要由如下几部分组成：主控单元、通信模块、温湿度监测模块、柜门开合检测模块、光照检测、供电单元、照明模块、排风模块、提示模块、显示模块、加热模块、消毒模块、手机APP。系统整体结构框图如图2-1所示。图2-1智能鞋柜系统设计框图44由图2-1所示的智能鞋柜系统设计框图可知其想达到预期的功能效果，需满足的主要控制功能如下：（1）温湿度采集功能选择DHT111模块，模块与单片机之间通过DATA引脚进行单总线数据传输，实现当前温湿度数据的采集；（2）柜门开合检测模块采用干簧管开关进行设计，柜门信息通过对应采集IO电平状态进行反馈；（3）光照检测电路采用光敏电阻进行设计，采集到的模拟量传送至单片机后通过A/D转换为数字量，从而获取当前的光照值；（4）WIFI通信选用ESP8266，与单片机采用串口通信的方式进行数据的交互；（5）人机交互电路的设计主要包括OLED液晶显示屏、机械按键、指示灯三部分，方便使用者进行产品的实际安装应用。2.2主控端设计方案一：选择STM32系列的单片机，其优点在于具有丰富的开源资源，方便于后期的应用开发，芯片本身具有充足的I/O端口，且该系列处理器具有32位的总线宽度，内部逻辑运算速度较快，内部集成有丰富的外设，能够进行复杂的逻辑处理及控制。芯片本身具有较大的FLASH存储空间，可以进行多段数据程序存储。芯片本身功耗低且性价比较高，可进行复杂的逻辑设计。方案二：选择STC89C52作为单片机，其优点在于芯片的功耗低，性价比高，但是芯片本身存储空间不大，在实际应用中处理较为复杂应用场景需要增加存储的扩展设计，芯片的适用环境较低。方案比较：对比方案一及方案二可知，智能鞋柜系统的设计软件处理逻辑较为复杂，使用方案一更适合于此应用场景。2.3人机交互模块对于人机交互模块电路的方案选型，主要包括按键模块设计、显示模块设计两部分。2.3.1按键模块设计模块功能：采用按键进行控制主控单片机，对温湿度监测，紫外线杀菌进行参数设置及确认。方案一：选用矩阵按键进行设计，此方案的优点在于系统需要多个按键进行控制时，占用I/O资源较少，但其电路设计较为复杂，且需搭配软件算法来确认按键状态信息。因此本方案适用于较为复杂的按键控制电路。方案二：采用独立按键进行设计，此方案优点在于硬件电路简单，可直接读取55按键状态，但因每个按键都连接单片机的一个I/O端口，故不适用于较为复杂的按键控制电路。方案选择：对比方案一及方案二可知，智能鞋柜系统本身没有复杂的按键控制电路，因此在此处使用独立按键进行设计，此方案可以降低系统的设计难度。2.3.2显示模块设计模块功能：检测到温湿度、光照数据后，将数据显示在屏幕上。方案一：设计选用LCD12864模组，该模组优点在于可显示汉字、数字、字符等内容，且模组本身内置汉字字库，能够进行画面移动、睡眠模式等设计。其主要缺点在于显示屏幕较大、抗干扰能力较差，主要应用于电磁干扰较少的环境中。方案二：设计选用OLED12864显示屏，其本身具有简单轻薄、能耗低的优点，多应用于简单显示的电子设备中，其控制电路相对简单并且网络开源资源较多，且屏幕较小，设计应用较为简单。方案比较：考虑鞋柜内空间本身不大，且为使控制电路于屏幕交互较为简单，因此采用方案二进行设计。2.4通信模块模块功能：通信模块作为手机与设备端的桥梁，实现两者的数据交互。通信模块是通过串口进行的，串口发送相应的AT指令，实现对通信模组的操作。方案一：采用蓝牙模块进行数据传输，其优点在于组网简单，但其缺点在于蓝牙通信传输距离近，容易受到干扰，适用于传输距离较近的场合。方案二：采用WIFI模块进行通信，其优点在于目前WIFI是应用最为广泛的一门无线通信技术，传输距离远、速率高，功耗较低。方案比较：对比方案一与方案二，因智能鞋柜内具有加热设备，应用场景较为复杂，因此需考虑干扰问题，所以在此处优选方案二作为数据的交互方式。662.5温湿度监测模块模块功能：采用温湿度传感器对鞋柜内温湿度进行采集监测。方案一：温湿度监测通过2个不同的传感器进行测量，温度采用DS18B20进行测量，无需外部器件，功耗低，且在测量点实现信号的数字化，提高系统的抗干扰性、可靠性；适度采用HS1100湿度传感器，该传感器位湿敏电容来构成，电容量随空气湿度增大而增大，具有高可靠性、无需温度补偿等优点方案二：选用DHT11数字温湿度传感器，该传感器含有经过校准的数字信号输出，是1款集成温度、湿度于一体的复合型传感器。传感器本身具有1个高性能的8位单片机，且每个传感器在出厂前都在极为精确的温湿度环境中经过严格的校准，校准后的校准系数存储于芯片内部单片机的内存种，传感器在后期的监测种调用该系数，通过数据处理的方式对测试数据进行修正，以提高测试准确性。方案比较：综合考虑成本、传感器体积及安放位置、性能指标后，智能鞋柜系统采用方案二进行柜内环境的温湿度监测。2.6柜门开合检测模块模块功能：用于检测柜门的开合状态，以此实现后续功能。方案一：采用接近开关传感器，其优点在于采用非接触式方式进行检测，不会存在磨损的风险，并且相应速度较快。缺点在于接近开关传感器本身的抗干扰性能较差，周围由金属物体会影响其性能。方案二：选用门窗磁开关，其组成主要分为干簧管、永磁体2部分，在门闭合后，永久磁铁产生的磁场促使干簧管内部的2片簧片端点位置产生不同的极性，在磁力超过干簧管内部簧片本身的弹力以后，这两个簧片吸合导致通路，在门打开后，由于永久磁体与干簧管之间距离被拉大，导致施加于簧片两端的磁场减小，从而导致干簧管内部簧片因弹性而释放分开，从而切断电路。方案比较：通过对比两种方案，对智能鞋柜系统来讲门窗磁开关更适合，在进行电路设计及后期板级验证时，因为对于控制电路来讲，柜门的开合通过干簧管的磁性转换可看作是开关的闭合或断开，考虑操作性原因，在进行设计展示时可以通过按键或插针（通过短路帽模拟）进行演示。2.7照明、排风、加热、消毒控制模块模块功能：对照明、排风采用电机驱动芯片进行驱动，对加热、消毒模块进行控制。方案一：使用继电器控制，其优点为负载类型可为交流、直流，且带载能力更77强，缺点在于输出控制为无源控制，且继电器本身体积较大，成本较高。方案二：使用电机驱动芯片进行控制，优点为无需再给负载提供额外电源，发热小、体积小、性价比高，缺点在于电机驱动芯片无法驱动交流负载，且带载能力有限。方案比较：通过分析两种控制方式，结合智能鞋柜内部应用场景，对照明、排风采用电机驱动芯片进行驱动，对加热、消毒控制通过继电器进行控制。77

3智能鞋柜系统的硬件设计3.1系统整体硬件原理图设计对于系统整体的硬件原理图设计，按照模块的功能进行划分，主要分为MCU电路、继电器驱动接口电路、温湿度传感器接口电路、电机驱动接口电路、显示屏驱动接口电路、按键电路、光照监测接口电路、WIFI通信接口电路部，各功能模块与控制芯片之间通过插针、排线的方式进行连接。图3-1系统整体硬件原理图电路3.2主控电路主控单元采用STM32F103C8T6作为控制芯片。STM32F103C8T6芯片作为ST公司旗下STM32系列的一个性能优异的32位微88处理器，STM32F103C8T6技术参数指标如表3-1所示：表3-1STM32F103C8T6技术参数名称参数总线宽度32-位CPU频率72MHz通信2路SPI、2路IIC、3路USART、1路USB、1路CAN定时器3个通用定时器、1个高级定时器程序存储器容量64KB程序存储器类型FLASHRAM容量20K*8电源供电范围2V至3.6V振荡器类型内部工作温度-40℃至85℃封装类型LQFP48基于STM32设计的智能鞋柜控制系统的最小系统电路图如图3-2所示。图3-2STM32最小系统电路图最小系统电路图主要由单片机、晶振及复位电路组成，复位电路的设计包括电阻、电容、复位按键三部分，能够实现软件的上电复位。晶振起振电路由2个22pF99的电容搭配8MHz晶振构成。3.3显示电路设计显示模块采用OLED进行显示。OLED液晶显示模块，具有轻薄、功耗低寿命长等优点，其与控制单元通信接口由IIC与SPI两种通信方式。若考虑使用IIC进行数据通信，那相比较于SPI通信方式，其刷新速率较慢，界面更新数据显示的速度就会显得比较慢，不符合本系统设计的要求。因此在此处选用基于SPI通信的OLED液晶显示模块。显示电路与主控电路之间连接采用FPC排线进行连接，驱动电压为3.3V。显示电路如图3-3所示。图3-3OLED显示模块连接图1010如图3-3所示，OLED液晶屏与主控电路之间连接线包括：GND（电源地）、VCC（3.3V电源）、CLK（CLK时钟）、MOSI（数据线）、RST（复位信号线）、D/C（数据/命令），连接后单片机与OLED采用SPI通信方式进行程序内容交互。3.4提示模块电路设计声音指示电路采用蜂鸣器进行指示，蜂鸣器由直流供电，其广泛应用于玩具、消费电子产品等领域中。蜂鸣器的种类主要分为压电式蜂鸣器及电磁式蜂鸣器两种，考虑蜂鸣器体积及成本，智能鞋柜系统采用电磁式蜂鸣器进行设计，蜂鸣器报警电路如图3-4所示。图3-4蜂鸣器电路由图3-4可知，蜂鸣器电路主要由三极管、蜂鸣器及限流电阻组成。当智能鞋柜系统需要蜂鸣器发出声响时，由主控电路输出低电平，控制三极管导通从而实现蜂鸣器控制。10103.5按键电路设计按键电路采用独立按键进行设计，按键按下前后会造成输入到单片机的电平的变换，其工作原理为单片机对应I/O端口检测按键对应电平，从而实现对按键状态的判断。按键电路的设计如图3-5所示。图3-5按键电路如图3-5所示，在按键未按下时，按键检测电平为高电平，在按键按下后，按键检测电平为低电平。需要注意的是，对于按键检测电路应考虑按键消抖，消抖处理分为硬件消抖与软件消抖两种，考虑后期产品整机抗干扰性，在此处通过软件消抖方式进行消抖处理。3.6无线通信电路设计本文所设计智能鞋柜系统，控制单元与ESP8266无线通信模块之间采用UART通信方式实现串口透传，具有传输可靠性好、速率高、实时性好等优点，其电路原理如图3-6所示。图3-6ESP8266原理图无线通信电路选用一款低功耗的WIFI传输模块-ESP8266，该模块具有封装方式多样、超低功耗的技术特点，可将用户的设备连接到无线网络上，通过WIFI来进行局域网通信，实现APP联网控制功能。ESP8266无线通信模块技术参数如表3-2所示：1111表3-2无线模块技术参数遵循标准无线标准IEEE802.11b/g/n无线参数频率范围2.412GHz-2.484GHz发射功率802.11b：+16+/-2dBm(@11Mbps)802.11g：+14+/-2dBm(@54Mbps)802.11n：+13+/-2dBm(@HT20，MCS7)接收灵敏度802.11b：-93dBm(@11Mbps，CCK)802.11g：-85dBm(@54Mbps，OFDM)802.11n：-82dBm(@HT20，MCS7)天线形式外置：邮票孔接口外置：I-PEX连接器、SMA连接器内置：板载PCB天线硬件参数硬件接口UART、IIC、PWM、GPIO、ADC工作电压3.3VGPIO驱动能力Max：15mA工作电流持续发送下平均值：70mA，峰值：200mA正常模式下平均：12mA，峰值：200mA待机：<200uA，工作温度-40℃至125℃存储环境温度：<40℃，相对湿度：<90%RH尺寸板载PCB天线：14.3mm*24.8mm*1mm；3.7温湿度监测电路设计DHT11模块接线端口包括VCC（电源引脚）、DATA（单总线数据引脚）、NC（浮空引脚）、VDD(接地端）。其与主控电路连接原理图设计如图3-7所示：图3-7DHT11应用电路通过器件选型方案对比，温湿度检测电路采用DHT11数字型温湿度传感器，其1212性能参数如表3-3所示：1313表3-3DHT11温湿度传感器参数参数性能温度测量范围0至50℃温度测量精度±2℃湿度测量范围20%至90%RH湿度测量精度±5%RH封装四针单排直插供电电压3V至5.5V3.8照明与排风电路设计照明与排风模块电路设计，选用L298N模块作为驱动，该模块操作简单，容易上手学习，应用场景多种多样，使用非常方便。L298N模块本身具有2路直流电机驱动，可实现正反转PWM调速，可以同时驱动2路直流电机的正反转及调速功能，每路电机的驱动电流可达到1.5A持续电流，模块本身具有热保护及自恢复功能。且模块具有本身体积小、发热量小、无需增加散热片、质量轻等优点。照明与排风控制电路原理图如图3-8所示。图3-8照明与排风控制电路在智能鞋柜系统硬件方案设计中，L298N的2路输出，1路作为驱动排风扇电机1414使用、1路作为驱动照明灯使用：当检测到柜门开启，且柜内环境光值偏低时，控制单元控制1路L298N打开柜内照明灯；当检测到柜内环境温湿度值异常时，控制单元打开加热设备同时开启风扇进行排风、除臭、降温通风。3.9加热、消毒控制电路设计加热、消毒控制电路通过使用继电器控制外接交流电供电加热、消毒设备来实现柜内环境加热及消毒。继电器控制模块主要设计性能指标如下：继电器类型选用1路5V供电继电器，具有1个常开和1个常闭触点，继电器控制负载类型应为交流或直流，从而以实现对不同共带你方式加热设备的兼容。继电器运行状态应考虑增加2路指示灯，1路作为继电器供电电源指示，1路作为继电器动作指示，方便于后期开发、调试及维修。参考设计电路如图3-9：图3-9继电器控制电路设计电路图中元器件标号、名称及作用如表3-4：1414表3-4继电器控制电路注释元器件标号名称作用K继电器用于控制外接解热设备开启或关闭D3续流二极管用于防止继电器断开瞬间产生的反向电动势造成电路中其他元器件损坏LED1指示灯用于指示继电器工作状态POWER指示灯用于指示继电器供电电压Q1三级管用于控制继电器开通或关闭4智能鞋柜系统软件设计智能鞋柜系统的软件设计采用模块化程序设计，程序内部软件功能按照功能定义可分为主程序、系统初始化、照明控制程序、排风及加热控制程序、显示驱动程序、按键控制程序、WIFI传输程序、紫外线控制设计、光照检测设计九部分。4.1主程序智能鞋柜系统上电后首先进行初始化，初始化内容包括CPU初始化、按键初始化、屏幕初始化、电机驱动初始化、温湿度传感器初始化、WIFI初始化、光照传感器初始化等。主程序的软件功能是对鞋柜系统中的传感器采集数据进行处理，处理完成后与按键预置报警值进行比较，当检测值超出阈值设定，系统执行相应的软件操作，并且通过WIFI将系统信息进行上传。控制流程图如图4-1所示。图4-1主程序流程15154.2照明控制程序柜内环境照明控制，设计思想为当检测到柜门开启后，系统会自动判断柜内光照是否良好，光照充足情况下，即使打开柜门，也不会控制照明灯点亮。柜内环境光照不足情况下，检测到打开柜门会自动开启照明灯。软件设计流程图如图4-2所示。图4-2照明控制程序流程图4.3排风及加热控制程序排风及加热控制功能设计思想为，智能鞋柜控制系统内部具有温湿度监测传感器，控制单元从温湿度监测传感器读取数据，当读取数据超过设定报警值后，会自动控制打开风扇及加热功能。系统设计软件流程图如图4-3所示：1616图4-3排风及加热控制程序流程图17174.4显示驱动程序智能鞋柜系统采用OLED显示屏进行显示，在检测到温湿度、光照数据后，将数据显示在屏幕上。对显示驱动程序设计，首先上电后对屏幕进行初始化，初始化完成后，写入数据、命令，然后显示整个程序的内容。其程序流程图如图4-4所示。图4-4显示驱动程序流程图4.5按键控制程序图4-5按键控制程序设计流程图智能鞋柜系统按键控制程序的功能是进行系统中参数的设置、确认等操作，其软件逻辑为检测按键按下后，进行软件消抖处理，判断是否为按键按下的操作并分析按下按键的功能。按键部分程序设计如图4-5所示。18184.6WIFI传输程序智能鞋柜系统的WIFI传输程序，使用ESP8266模组的AP模式实现局域网控制。WIFI模块作为手机与设备端的桥梁，实现两者的数据交互。单片机与WIFI的通信是通过串口进行的，串口发送相应的AT指令，实现对WIFI模组的操作。其工作过程为首先进行初始化，然后检测缓冲区是否存在数据，进而执行相应的操作。其部分软件操作流程图如图4-6所示。图4-6WIFI传输程序设计4.7紫外线控制设计图4-7紫外线控制流程图智能鞋柜系统紫外线控制采用定时器进行控制，紫外线开启时间间隔可由按键进行设置，当系统判断紫外线开始时间未到时，对紫外线判断计时进行累加，当判断紫外线开启计时后，系统自动开启紫外线，并对紫外线计时进行清0。紫外线控制系统设计流程图如图4-7所示。19194.8光照检测设计智能鞋柜系统光照检测使用传感器输出为模拟量。需使用STM32片内AD进行数据处理后才可进行逻辑判断。对于STM32片内的AD程序设计，首先要对模拟量输入的口进行设置，然后启动系统转化程序并判断转化是否结束，当转化结束后，将转化值输出到单片机中，其设计流程图如图4-8所示。图4-8光照检测程序设计流程图2020

5智能鞋柜系统的调试5.1程序调试智能鞋柜系统程序设计软件使用Keil5软件进行编程，代码编写完成后，将控制器连接到待测试PCB板上进行调试，验证程序逻辑是否正确。其开始调试操作如图5-1所示。因其软件调试过程比较复杂，所以在此处不再进行附图。图5-1设备Debug参考操作界面5.2硬件调试5.2.1电路板调试智能鞋柜控制系统的绘图软件使用AD进行原理图绘制，原理图绘制完成并检查无误后，进行PCB设计，从而完成整个智能鞋柜系统的硬件电路板设计，其PCB的电路板图如图5-2所示。图5-2智能鞋柜系统硬件PCB图2121在完成智能鞋柜系统PCB绘制、检查后，需要进行PCB板的制作、实物的焊接及调试，从而验证设计是否满足功能需求。设计调试过程如下：PCB板制作完成后，首先应检查PCB板加工是否有异常，主要检查点包括：是否漏线、是否漏焊盘、PCB板是否短路灯情况；焊接电路板，在完成电路板焊接后，首先使用万用表检查是否存在电路板焊接不良的情况，确定电路板无异常后，进行第（3）项；使用J-LINK连接电路板。下载程序完成后，查看单片机是否能够正常工作，进一步查看系统各功能模块是否工作正常；使用示波器查看电路板关键信号波形是否正常，使用万用表查看电路板电压是否正常。软件在线调试完成后，使用适配器对系统进行供电，验证系统是否能稳定工作，如有问题，进行反复排查问题点，确保系统能够安全稳定的运行。5.2.2实物调试智能鞋柜系统通过ADC接口采集环境光数据，将采集到的环境光模拟量处理后，得到环境光数值；通过单总线与DHT111通信采集鞋柜内的温湿度数据。系统在获取到环境光、温度、湿度数据后，对数据进行如下操作：将采集到的数据在OLED液晶屏上显示出来；并通过WIFI将采样数据发送到APP上，进而实现在Android平台上手机对鞋柜内环境的查看；搭配智能算法，与告警阈值相比较后，自动开启加热、排风、照明、消毒等功能。智能鞋柜系统的实物照片如图5-3所示。图5-3智能鞋柜系统实物照片智能鞋柜系统的具体工作流程如下：2222系统初始化，包括系统时钟初始化、中断优先级设置、串口初始化、传感器初始化、按键初始化、WIFI初始化等；单片机发出AT指令，控制WIFI模块创建局域网；手机连接WIFI模块搭建的局域网，连接成功后，定时将采集数据更新至APP端；用户可根据自己需求通过按键设置自动联动控制阈值，在环境值超出设置阈值后，单片机会自动控制加热、排风、消毒等功能开启。5.2.3实物调试问题分析（1）OLED显示屏显示不清晰或显示错字问题原因：软件编程时单片机时钟与信号线时序不对应，造成显示不清晰或显示错字；（2）光照检测值不准确问题原因：由于光照检测传感器检测精度未进行调整，输出的浮动电压较大造成单片机采样数据偏差较大，所以需在使用前对传感器部分进行精度调整并在软件上加入相应的软件滤波操作。通过对上述问题的分析解决，实测智能鞋柜系统能够满足设计需要，其测试结果如表5-1所示：表5-1测试结果功能名称预计效果实测结果加热功能监测柜内温湿度数据超出设定值后，自动打开加热功能满足排风功能监测柜内温湿度数据超出设定值后，自动打开排风功能满足照明功能检测打开柜门，且柜内光线不好时，自动打开照明灯满足杀菌消毒功能定时进行紫外线杀菌消毒，且定时时间可设置满足APP展示功能可在手机APP端查看鞋柜内环境值满足2323总结与展望未来人们的生活水平会不断的提升，人们对生活中的基本穿戴需求也会逐步提高，未来的智能鞋柜系统将会有更进一步的发展。目前物联网技术飞跃式发展，智能家居市场也日益成长，智能鞋柜的发展已经是不可抵挡的。通过本文所设计的智能鞋柜系统，满足用户操作简单、设计成本低、功能完备的需求，具有较高的实用价值。智能鞋柜系统的硬件端通过DHT温湿度传感器、光敏电阻、OLED显示屏、WIFI模块、继电器等相关设计，提供系统功能实现的平台，软件端通过C语言进行程序模块化设计，搭配智能算法，为系统提供运行的动力。运用软硬件结合的方式设计的实物，通过实际测试分析，实现产品方案设计所制定的各项功能。智能鞋柜系统的设计，安全可靠的实现对柜内环境的监测及显示，并通过相关联动操作，对柜内环境进行处理，实现自动加热、排风、自动杀菌消毒、自动照明、自动上传数据至APP端的智能化功能。但是对于智能鞋柜系统后期实际推广过程中，为满足更多用户的需求，还有诸多的改进项，列举主要的几点改进项如下：设计语音播报模块，通过语音播报模块的设计，可以使用户更准确的进行信息报告；APP端增加参数设置功能，使用户可以更方便的进行相关参数的设置；增加智能门控功能，当监测到有人接近时，可以自动打开柜门，当人远离时，可以自动关闭柜门；增加鞋子分类归纳功能，可以通过测量鞋子的大小、颜色对鞋子进行分类；设置安防模式，在开