多功能智能展柜控制系統(tǒng)設(shè)計

作者/龔秋英，葛年明，周泉(三江學(xué)院 電子信息工程學(xué)院 電工電子實(shí)驗中心，江蘇 南京 210012)

　　摘要：本文設(shè)計了一款用于商場、超市、專賣店等一些商店的多功能智能展柜，可用于展示、儲藏商品，且還可遠(yuǎn)程控制，更加符合現(xiàn)代化需求。采用STM8SF103P6作為主控芯片，并設(shè)計Wi-Fi遠(yuǎn)程控制模塊，通過手機(jī)上的APP與Wi-Fi模塊進(jìn)行連接。根據(jù)Wi-Fi模塊接收手機(jī)上APP發(fā)來的指令，主控板可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)展柜的開關(guān)，并對展柜里的兩路LED照明燈進(jìn)行開關(guān)控制，同時將主控板當(dāng)前的狀態(tài)返回給手機(jī)，使用戶能夠?qū)崟r且直觀的了解多功能展柜的狀態(tài)。

　　關(guān)鍵詞：多功能展柜;Wi-Fi;APP;遠(yuǎn)程控制

　　0 引言

　　傳統(tǒng)展柜注重的是外觀個性與廣告效應(yīng)，縱觀各大商場，展柜的設(shè)計大多僅有展臺、玻璃門、燈光這三點(diǎn)最基本的設(shè)置，很少有設(shè)計師去關(guān)注展柜的多功能效益，當(dāng)然這里的多功能不僅限于構(gòu)造的多功能，更加注重的是展柜本身的智能化^[1-3]。

　　本文設(shè)計的多功能智能展柜將摒棄人工開關(guān)展柜、總控開關(guān)控制展柜燈光的傳統(tǒng)方式，所有的功能都可通過手機(jī)發(fā)出的指令實(shí)現(xiàn)^[4-5]。用戶通過手機(jī)上的APP，無線控制展柜的櫥窗門及兩路LED照明燈，使其不再受傳統(tǒng)線路開關(guān)的限制，隨走隨關(guān)，方便快捷。另外，還可根據(jù)用戶需求，對兩路LED照明燈進(jìn)行燈光控制，將展柜里的商品襯托的更加精致動人，刺激消費(fèi)者的購買欲^[6-7]。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計概述

　　1.1 硬件組成電路框圖

　　多功能展柜控制系統(tǒng)主要由主控板、Wi-Fi模塊、手機(jī)控制端、兩路照明燈模塊、大功率電機(jī)模塊組成。其系統(tǒng)方框圖如圖1所示。

　　1.2 系統(tǒng)工作原理

　　系統(tǒng)通過Wi-Fi遠(yuǎn)程控制模塊，設(shè)置通信協(xié)議，使手機(jī)上APP與Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)通信。根據(jù)Wi-Fi模塊接收手機(jī)上APP發(fā)來的指令，主控板可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)展柜的開關(guān)，并對展柜里的兩路LED照明燈進(jìn)行開關(guān)控制，同時還能將主控板當(dāng)前的狀態(tài)返回給手機(jī)，使用戶能夠?qū)崟r且直觀的了解多功能展柜的狀態(tài)。

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　2.1 電源轉(zhuǎn)換模塊電路

　　電源轉(zhuǎn)換模塊的主要作用是為控制單元及外圍模塊部分提供可靠又穩(wěn)定的直流電源，其中控制單元采用STM8SF103P6，工作電壓為3.3 V;繼電器需要5 V供電;Wi-Fi模塊需要3.3 V供電。因此電源轉(zhuǎn)換模塊需要將220 V交流電轉(zhuǎn)換成為5 V及3.3 V直流電，給控制單元及外圍模塊供電。

　　本設(shè)計中采用開關(guān)電源的方案，通過明偉板下載開關(guān)電源模塊直接將220 V交流電壓轉(zhuǎn)換成5 V直流電壓，供給繼電器使用;再通過LD33A將5 V電壓轉(zhuǎn)換成3.3 V，供給控制單元及Wi-Fi模塊使用。

　　電源模塊電路原理圖如圖2所示。

　　2.2 控制單元(MCU)模塊電路

　　系統(tǒng)控制單元微處理器采用STM8SF103P6作為主控芯片，這是因為STM8SF103P6芯片性價比高，外圍電路簡單，在編程調(diào)試時程序相對容易實(shí)現(xiàn)。

　　控制單元具體電路如圖3所示。

　　2.3 繼電器驅(qū)動電路

　　本系統(tǒng)采用繼電器作為電機(jī)和照明通斷的控制，其驅(qū)動電路如圖4所示。

　　根據(jù)繼電器電路的工作原理，正常情況下，STM8SF103P6處理器的I/O口為低電平，NPN三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時繼電器線圈的內(nèi)部沒有電流，繼電器L-IN與L-OUT之間處于常閉狀態(tài)，LED燈與大功率電機(jī)處于正常工作狀態(tài);當(dāng)需要關(guān)閉LED燈或者大功率電機(jī)時，需將I/O口置為高電平，使NPN三極管導(dǎo)通，這時繼電器線圈內(nèi)有電流流過，繼電器的L-IN與L-OUT之間處于常開狀態(tài)，電源對LED燈或者大功率電機(jī)的供電斷開^[8]。

　　2.4 大功率電機(jī)控制電路

　　系統(tǒng)通過兩路大電流輸出到兩個繼電器，并通過寫入硬件程序控制繼電器的連接，分別控制大電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)展柜柜門的開關(guān)。當(dāng)兩個繼電器都接到設(shè)定的正向開關(guān)時，電機(jī)就會通入正向電流電機(jī)將會正向旋轉(zhuǎn)，展柜柜門打開;當(dāng)繼電器開關(guān)都接到反向開關(guān)時電機(jī)就會通入反向電流，電機(jī)將會反轉(zhuǎn)，展柜柜門關(guān)閉。當(dāng)兩個繼電器的開關(guān)都接到停時，繼電器中沒有電流通過，電機(jī)不會轉(zhuǎn)動，處于停止?fàn)顟B(tài)。具體工作示意如圖5所示。

　　2.5 Wi-Fi控制模塊電路

　　為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)需使用Wi-Fi作為無線通信的媒介，并設(shè)計一款演示的APP demo。系統(tǒng)采用上海漢楓科技的LPB100低功耗Wi-Fi轉(zhuǎn)串口模塊，因為上海漢楓科技是目前國內(nèi)最大的Wi-Fi轉(zhuǎn)串口技術(shù)方案提供商之一，模塊相對比較穩(wěn)定。Wi-Fi模塊具體電路圖如圖6所示。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　3.1 程序運(yùn)行流程圖

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計采用C語言編寫，程序編寫通過模塊化和層次化的設(shè)計方法，使程序更加可靠與穩(wěn)定，方便開發(fā)人員的調(diào)試和維護(hù)。模塊化編程使得程序更加簡潔，主要方法是將每個模塊寫好都放在一個.C文件里面，需要使用的時候只需在main函數(shù)中調(diào)用即可。

　　本設(shè)計的程序中還用到了定時器中斷服務(wù)程序，500 ms定時，讓CPU進(jìn)入IDLE狀態(tài)的函數(shù)和喂狗函數(shù)。每隔1 s翻轉(zhuǎn)一次LED，用作顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài);再隔30 s定時上報設(shè)備狀態(tài);最后對串口數(shù)據(jù)處理，并上報設(shè)備狀態(tài)。

　　系統(tǒng)總體程序流程如圖7所示。

　　4 系統(tǒng)測試與分析

　　4.1 實(shí)物安裝與測試

　　制作好的實(shí)物如圖8所示。

　　上位機(jī)編寫的APP界面如圖9所示。

　　首先通電，然后打開手機(jī)Wi-Fi，連接漢楓模塊的Wi-Fi，再打開APP，輸入對應(yīng)IP和端口號。點(diǎn)擊APP界指令，觀察在不同的指令下，展柜門及兩路照明燈是否根據(jù)指令正常開關(guān)。

　　5 結(jié)論

　　多功能展柜在當(dāng)今的社會狀態(tài)下是有一定的發(fā)展前景的，本設(shè)計主要是實(shí)現(xiàn)多功能展柜的兩大功能，一是實(shí)現(xiàn)LED照明燈的開關(guān);二是通過大功率電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)櫥窗門的開關(guān)。在這兩大功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，再通過Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，使得功能更加方便快捷。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[7]Yan W, Wang Q, Gao Z. Smart home implementation based on Internet and Wi-Fi technology[C].Control Conference. IEEE, 2015:9072-9077.

　　[8]胡漢才主編.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].第2版.北京:清華大學(xué)出版社,2006:2.

　　作者簡介：

　　龔秋英(1978- )，女，碩士，電工電子實(shí)驗中心副主任，實(shí)驗師，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第3期第74頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處