多功能智能展柜控制系統設計

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：本文設計了一款用于商場(chǎng)、超市、專(zhuān)賣(mài)店等一些商店的多功能智能展柜，可用于展示、儲藏商品，且還可遠程控制，更加符合現代化需求。采用STM8SF103P6作為主控芯片，并設計Wi-Fi遠程控制模塊，通過(guò)手機上的APP與Wi-Fi模塊進(jìn)行連接。根據Wi-Fi模塊接收手機上APP發(fā)來(lái)的指令，主控板可控制電機的轉動(dòng)實(shí)現展柜的開(kāi)關(guān)，并對展柜里的兩路LED照明燈進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)將主控板當前的狀態(tài)返回給手機，使用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)且直觀(guān)的了解多功能展柜的狀態(tài)。

　　關(guān)鍵詞：多功能展柜;Wi-Fi;APP;遠程控制

　　0 引言

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

　　本文設計的多功能智能展柜將摒棄人工開(kāi)關(guān)展柜、總控開(kāi)關(guān)控制展柜燈光的傳統方式，所有的功能都可通過(guò)手機發(fā)出的指令實(shí)現^[4-5]。用戶(hù)通過(guò)手機上的APP，無(wú)線(xiàn)控制展柜的櫥窗門(mén)及兩路LED照明燈，使其不再受傳統線(xiàn)路開(kāi)關(guān)的限制，隨走隨關(guān)，方便快捷。另外，還可根據用戶(hù)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(dòng)人，刺激消費者的購買(mǎi)欲^[6-7]。

　　1 系統總體設計概述

　　1.1 硬件組成電路框圖

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

　　1.2 系統工作原理

　　系統通過(guò)Wi-Fi遠程控制模塊，設置通信協(xié)議，使手機上APP與Wi-Fi模塊實(shí)現通信。根據Wi-Fi模塊接收手機上APP發(fā)來(lái)的指令，主控板可控制電機的轉動(dòng)實(shí)現展柜的開(kāi)關(guān)，并對展柜里的兩路LED照明燈進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，同時(shí)還能將主控板當前的狀態(tài)返回給手機，使用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)且直觀(guān)的了解多功能展柜的狀態(tài)。

　　2 系統硬件電路設計

　　2.1 電源轉換模塊電路

　　電源轉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。因此電源轉換模塊需要將220 V交流電轉換成為5 V及3.3 V直流電，給控制單元及外圍模塊供電。

　　本設計中采用開(kāi)關(guān)電源的方案，通過(guò)明偉板下載開(kāi)關(guān)電源模塊直接將220 V交流電壓轉換成5 V直流電壓，供給繼電器使用;再通過(guò)LD33A將5 V電壓轉換成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?xún)r(jià)比高，外圍電路簡(jiǎn)單，在編程調試時(shí)程序相對容易實(shí)現。

　　控制單元具體電路如圖3所示。

　　2.3 繼電器驅動(dòng)電路

　　本系統采用繼電器作為電機和照明通斷的控制，其驅動(dòng)電路如圖4所示。

　　根據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三極管處于截止狀態(tài)，此時(shí)繼電器線(xiàn)圈的內部沒(méi)有電流，繼電器L-IN與L-OUT之間處于常閉狀態(tài)，LED燈與大功率電機處于正常工作狀態(tài);當需要關(guān)閉LED燈或者大功率電機時(shí)，需將I/O口置為高電平，使NPN三極管導通，這時(shí)繼電器線(xiàn)圈內有電流流過(guò)，繼電器的L-IN與L-OUT之間處于常開(kāi)狀態(tài)，電源對LED燈或者大功率電機的供電斷開(kāi)^[8]。

　　2.4 大功率電機控制電路

　　系統通過(guò)兩路大電流輸出到兩個(gè)繼電器，并通過(guò)寫(xiě)入硬件程序控制繼電器的連接，分別控制大電機的正反轉，實(shí)現展柜柜門(mén)的開(kāi)關(guān)。當兩個(gè)繼電器都接到設定的正向開(kāi)關(guān)時(shí)，電機就會(huì )通入正向電流電機將會(huì )正向旋轉，展柜柜門(mén)打開(kāi);當繼電器開(kāi)關(guān)都接到反向開(kāi)關(guān)時(shí)電機就會(huì )通入反向電流，電機將會(huì )反轉，展柜柜門(mén)關(guān)閉。當兩個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)都接到停時(shí)，繼電器中沒(méi)有電流通過(guò)，電機不會(huì )轉動(dòng)，處于停止狀態(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)現遠程控制，系統需使用Wi-Fi作為無(wú)線(xiàn)通信的媒介，并設計一款演示的APP demo。系統采用上海漢楓科技的LPB100低功耗Wi-Fi轉串口模塊，因為上海漢楓科技是目前國內最大的Wi-Fi轉串口技術(shù)方案提供商之一，模塊相對比較穩定。Wi-Fi模塊具體電路圖如圖6所示。

　　3 系統軟件設計

　　3.1 程序運行流程圖

　　系統軟件設計采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，程序編寫(xiě)通過(guò)模塊化和層次化的設計方法，使程序更加可靠與穩定，方便開(kāi)發(fā)人員的調試和維護。模塊化編程使得程序更加簡(jiǎn)潔，主要方法是將每個(gè)模塊寫(xiě)好都放在一個(gè).C文件里面，需要使用的時(shí)候只需在main函數中調用即可。

　　本設計的程序中還用到了定時(shí)器中斷服務(wù)程序，500 ms定時(shí)，讓CPU進(jìn)入IDLE狀態(tài)的函數和喂狗函數。每隔1 s翻轉一次LED，用作顯示系統運行狀態(tài);再隔30 s定時(shí)上報設備狀態(tài);最后對串口數據處理，并上報設備狀態(tài)。

　　系統總體程序流程如圖7所示。

　　4 系統測試與分析

　　4.1 實(shí)物安裝與測試

　　制作好的實(shí)物如圖8所示。

　　上位機編寫(xiě)的APP界面如圖9所示。

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

　　5 結論

　　多功能展柜在當今的社會(huì )狀態(tài)下是有一定的發(fā)展前景的，本設計主要是實(shí)現多功能展柜的兩大功能，一是實(shí)現LED照明燈的開(kāi)關(guān);二是通過(guò)大功率電機正反轉實(shí)現櫥窗門(mén)的開(kāi)關(guān)。在這兩大功能實(shí)現的基礎上，再通過(guò)Wi-Fi模塊實(shí)現遠程控制，使得功能更加方便快捷。

　　參考文獻

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　　作者簡(jiǎn)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：嵌入式系統應用、物聯(lián)網(wǎng)應用。

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