基于STM32的智能衣物收纳箱设计（嵌入式、单片机、STM32、硬件、软件、PCB）

发布时间：2024-12-29 22:56

厨房墙面设计嵌入式收纳盒，节省空间，又能收纳小物件。 #生活技巧# #收纳整理技巧# #厨房悬挂系统#

论文

题目

基于STM32的智能衣物收纳箱设计

选

题

的

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义

选题背景：

随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的整洁度和生活品质提出了更高的要求。衣物收纳作为日常家务中的一项重要内容，往往受到空间限制、整理时间和收纳效率等问题的困扰，尤其是在快速发展的现代社会，快速的生活节奏和繁忙的工作使得人们越来越难以抽出时间进行繁琐的衣物整理。收纳箱大多依赖人工进行分类、存放和寻找，不仅效率低，而且容易出现混乱和遗忘。为了提高生活的便捷性和舒适度，智能化的衣物收纳解决方案应运而生。

本课题所提出的基于语音识别技术的智能衣物收纳箱设计，通过语音控制系统，使用户能够轻松地将衣物分类、存储以及寻找所需的衣物，极大地提高了收纳和使用的效率。实现对收纳箱的控制，如“收纳箱”、“收纳箱”等，避免了繁琐的手动操作，该特性尤其适合繁忙的上班族和老人群体。此外，结合物联网（IoT）技术，进一步提升了衣物收纳箱的功能性和智能化水平。

综上，基于STM32微控制器的智能衣物收纳箱设计不仅能够高效整合语音识别与物联网技术，还具备强大的处理能力和良好的扩展性。因此，基于语音识别的智能衣物收纳箱具有广阔的市场应用前景，能够为现代家庭带来更高效、便捷的生活体验。

选题目的及意义：

本项目旨在设计一款应用语音识别技术的智能衣物收纳箱，以解决传统衣物收纳方式中存在的效率低下、操作繁琐等问题。由于现代生活节奏的加快，人们对居住环境的整洁性和家务管理的便捷性提出了更高的要求。传统的衣物收纳方式不仅需要手动整理和分类，而且在寻找衣物时也常常浪费大量时间，尤其是在空间有限的环境下，如何高效利用收纳空间变得尤为重要。

（1）实现语音控制：通过语音识别技术，设计用户能够用自然语言进行操作的系统，实现开关箱盖、查询衣物位置、分类整理等基本功能，避免了传统操作中的繁琐步骤，尤其适合老年人和行动不便的人群。（2）提高收纳效率：借助智能语音指令，用户可以快速定位并获取所需衣物，避免了翻找衣物时的时间浪费和混乱，同时还能减少人为误操作的风险。（3）优化空间利用：结合物联网（IoT）技术和智能硬件设计，提升收纳箱的空间管理能力，通过智能化的存储方案帮助用户最大化利用有限的收纳空间。（4）增强用户体验：通过语音助手的引入，使智能衣物收纳箱不仅具备高效的功能性，还能提供更加人性化、互动式的使用体验，改善用户日常生活的便利性和舒适度。

应

用

原

理

和

理

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依

据

C#语言：

C#（C Sharp）是一种由微软开发的多范式编程语言，旨在为开发人员提供一种简单、现代且功能丰富的编程体验。作为一种面向对象的语言，C#结合了C和C++的优点，并在.NET框架下运行，适用于开发各种类型的应用程序，包括桌面应用、Web应用、移动应用等。

C#具有强类型、静态类型和安全性等特性，通过提供丰富的语法和强大的工具支持，使得开发者能够高效地编写可靠、高性能的代码。C#支持面向对象编程、泛型、委托、事件等特性，同时也引入了LINQ（Language Integrated Query）等现代编程概念，提供了简洁优雅的代码编写方式。

在C#中，开发者可以利用Visual Studio等集成开发环境进行开发，这些工具提供了丰富的调试、测试和部署功能，极大地提升了开发效率。C#语言的跨平台性也得到了不断加强，通过.NET Core和.NET 5等技术，开发者可以在Windows、Linux和macOS等不同平台上开发和部署C#应用程序。

总的来说，C#是一种功能强大、现代化的编程语言，它在开发各种类型的应用程序时都能发挥出色的作用，为开发者提供了丰富的工具和资源，使其成为广泛应用于企业级开发和软件工程领域的首选语言之一。

STM32F103：

STM32F103采用ARM Cortex-M3 32位处理器核心，具有较高的性能和低功耗特性，适用于实时应用。内置时钟源和PLL（锁相环）模块，用于产生各种时钟信号以驱动处理器和外设。存储器包括Flash存储器用于存储程序代码，以及SRAM用于存储数据和变量。外设接口包括通用输入输出（GPIO）、USART、SPI、I2C等接口，用于与外部器件通信和数据交换。

模数转换：

模数转换（ADC, Analog-to-Digital Conversion）是将连续的模拟信号转换为离散数字信号的过程。其原理依赖于采样、量化和编码三个主要步骤。

采样：模拟信号在时间上是连续的，采样的作用是定期地取样模拟信号的值，通常按照采样定理选择采样频率，确保采样频率大于信号的最高频率的两倍（奈奎斯特定理）。这一过程将模拟信号在时间上离散化。

量化：采样得到的离散信号需要映射到一个有限的数字值范围内。量化是将每个采样值映射到最接近的离散数字值，通常根据ADC的分辨率来决定量化等级的数量。量化误差是由于模拟信号值和量化后的数字值之间的差异。

编码：最后，量化后的值需要用二进制数表示，这就是编码过程。编码的位数决定了ADC的分辨率，位数越高，数字信号的精度越高，能够更好地逼近模拟信号。

整个过程的精度和转换速度是ADC设计的重要指标。最终的数字信号可以用于数字处理系统进行后续的分析和处理。

串口通信：

单片机串口通信是单片机与其他设备（如计算机、传感器、外设等）进行数据交换的一种常用方式。其原理依据基于串行通信协议，数据通过串口以逐位传输的形式在单片机与外部设备之间进行传递。

串口通信通过一对数据线（TX、RX）实现数据传输。发送端将数据转换为串行信号，通过TX线发送给接收端，接收端通过RX线接收数据并将其恢复为并行数据。数据传输一般按位进行，常见的通信标准包括RS-232和TTL电平。

在异步模式下，数据传输不依赖于共享的时钟信号。发送端和接收端约定好波特率、数据位、停止位和校验位等参数。通信中每个数据帧由一个起始位、若干数据位（通常是8位）、可选的校验位和一个停止位组成。起始位用于指示数据帧的开始，停止位则表示数据帧的结束。同步串口通信要求发送端和接收端共享一个时钟信号，在固定的时隙内进行数据传输，通常用于高速数据传输。

单片机通过内部的串口模块（如USART/UART）来实现串口通信。串口模块将并行的输入输出数据转换为串行信号。单片机可以通过配置串口参数（如波特率、数据位、停止位等）来实现数据的可靠传输。在发送数据时，串口模块将并行数据转换为串行信号，通过TX引脚输出；接收数据时，通过RX引脚接收串行信号，并转化为并行数据供单片机处理。

方

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论

证

分

析

拟解决的关键问题：

（1）如何设计并开发基于STM32的智能衣物收纳箱系统，包括硬件架构的选择和软件开发流程与实现等。

（2）如何集成多种传感器技术（如DHT11温湿度传感器、语音传感器等），以实时监控衣物箱内衣物状态，从而实现智能收纳和管理功能。

（3）如何利用STM32最小系统控制电机驱动技术，实现衣物箱的自动开合机制，提升用户的便利性和操作体验。

（4）如何设计高效的电源管理系统，确保智能衣物箱各部件稳定供电，同时考虑节能策略和安全措施，以延长设备的使用寿命。

（5）如何实现与用户的交互功能，包括按钮操作等，提升用户体验。

（6）如何设计与应用语音控制模块，利用语音传感器实现用户对智能衣物收纳箱的语音指令识别与响应，以优化衣物的存放、管理和检索过程，提高用户交互的便捷性和智能化水平。

研究方案：

本设计以单片机为核心控制器，整合多个模块构成完整系统，主要包括中控部分、输入部分和输出部分，系统结构框图如图1所示。中控部分采用单片机进行整体协调与管理，负责从输入模块采集各类传感器数据，进行数据处理和逻辑判断，并根据预设的控制策略调节输出部分的工作状态。用户可以通过手机端发送指令，实现对继电器的控制及其工作模式的切换，从而实现对系统的远程管理和实时监控。通过这种结构设计，系统实现了各部分之间的高效协作与智能控制，确保用户能够便捷地操作和监控整个系统的运行状态，提升了整体的响应速度和控制精度。

图1 系统结构框图

硬件环境

主控板：通常使用STM32微控制器作为核心控制单元。树莓派适合进行语音处理和联网功能，而Arduino更适合简单的传感器和舵机控制。

语音识别模块：可选择带有麦克风阵列的模块，如ReSpeaker，用于捕捉用户语音并进行识别。

传感器与舵机：温湿度传感器（如DHT11）监控环境，舵机控制衣物收纳箱的开关。

继电器模块：连接继电器模块的电源和继电器触点到箱门的电动装置，以实现对箱门的控制。

光照模块：光照模块可以用于监测箱内光照强度，实现根据光照情况自动开启或关闭箱内照明灯。

软件环境

操作系统：树莓派通常使用Raspberry Pi OS（Linux），支持多种开发工具和库。

编程语言：C#是常用的开发语言，特别适合语音识别、传感器控制等功能。Arduino开发使用C/C++语言。

语音识别库：如Google Speech-to-Text（在线）或PocketSphinx（离线）用于语音转文本。

开发平台与工具：使用Arduino IDE或PlatformIO进行硬件编程，树莓派上可使用Visual Studio Code等IDE进行开发。

可行性分析：

设计基于STM32的智能衣物收纳箱具有较高的可行性。该设计将通过STM32微控制器实现智能感知、自动开关门、温湿度监测、智能控制等功能，结合传感器、执行部件和通信模块，实现对衣物存放情况的智能监测和控制。在软件方面，实现远程控制和监测。考虑到市场需求增长和智能家居市场潜力，该设计具备较好的市场前景。在成本和制造方面，需要综合考虑材料成本、制造工艺等因素，以确保设计的可行性和竞争力。因此，基于STM32的智能衣物收纳箱设计在技术、市场和成本方面都具备可行性，有望成为一项具有创新性和实用性的智能家居产品。

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选题特色：

（1）温湿度自动调节智能衣物收纳箱内安装了DHT11温湿度传感器，用于实时采集箱内的温度和湿度数据。当温度低于预设的最小值时，加热片启动，加热箱内空气，直到温度达到设定的最大值，保证衣物不会因湿度过大或温度过低而受损。同时，当湿度高于设定的最大值时，系统自动启动风扇进行除湿，直到湿度降至最小值。此功能能够有效地维持收纳箱内的环境稳定，防止衣物因环境不当而发霉或变形，确保衣物在最佳的存储环境中。

（2）光照自动控制箱内的光敏电阻感知周围环境的光照强度。当环境光照过低时（如夜间或光线不足的地方），如果用户打开收纳箱，系统会自动开启箱内照明灯，为用户提供足够的光源，以方便他们查看和存放衣物。该功能特别适合于夜间使用，提升了收纳箱的实用性与智能性。

（3）语音识别控制集成语音识别模块，用户可以通过语音指令控制智能收纳箱的开关及其操作。例如，用户可以通过简单的语音命令，如“打开收纳箱”、“关闭收纳箱”、“放衣服”或“放袜子”来实现箱体的开关和衣物存放。同时，系统会根据用户的语音指令做出语音反馈，如“收纳箱已打开”或“衣物已放入”，提升了交互的智能感和便捷性。

（4）手动设置和控制：为了方便用户调整箱内环境参数，本设计还支持通过按键来设置温度、湿度的上下限值。用户可以通过按钮控制温湿度的设定范围，也可以手动启动或关闭收纳箱，提供了灵活的控制方式。此外，按键操作还可以用来调整其他功能，如手动打开或关闭收纳箱的门、启动或停止加热与除湿等。

（5）舵机控制开关：通过舵机模拟收纳箱的开关过程。当用户发出语音指令或按下按钮时，舵机会根据指令执行开关动作，实现收纳箱门的自动开关。舵机的动作模拟了人类手动开关门的过程，使得整个收纳过程更加自然和人性化。舵机不仅可以精确控制门的开合，还能在一定程度上保证机械部件的稳定性和持久性。

预期成果：

该项目设计旨在利用基于STM32的智能衣物收纳箱，通过普通视频素材或摄像头，以及常规计算机配置，实现智能衣物管理功能。成果包括硬件实物、系统代码、仿真系统及论文。

1、温湿度监测与调节：通过DHT11采集温湿度，当温度低于设置最小值，则启动加热片加热直到大于设置最大值，当湿度高于设置最大值，则启动风扇进行除湿，直到小于设置最小值。

2、光照监测与自动照明：通过光敏电阻采集光照值，当光照值过低，且打开收纳箱时，系统将开启照明灯。

3、语音控制功能：集成语音识别模块，用户可以通过语音指令（如“打开收纳箱”、“关闭收纳箱”等）来控制收纳箱的开关，并且系统将给予语音反馈，确认指令的执行。

4、手动控制与参数设置：通过按键可以设置各参量值、并实现收纳箱的手动开关操作。

5、舵机控制：通过舵机模拟开关过程，确保操作平稳可靠。

6、信息显示：通过显示屏实时显示各项检测数据，包括温湿度、光照值等，方便用户查看和监控环境状态。

7、成果物与文档成果：完成系统硬件的开发，完成毕业论文撰写。

工

作

进

度

计

划

第1周（2023年 11月20日-2023年11月26日）：

接收老师下达的毕业设计任务书，完成毕业设计选题的工作。

第2-3周（2023年11月27日-2023年12月10日）：

查阅与课题相关资料文献，完成开题报告撰写和外文文献翻译，并提交报告。

第4-5周（2023年12月11日-2023年12月24日）：

根据任务书要求开始设计算法，编写基于STM32的智能衣物收纳箱的代码，开始撰写论文，完成硬件设计部分。

第6-10周（2023年12月25日-2023年3月31日）：

继续完善代码，对软件进行测试和调试，实现各项功能；完成论文1-4章节撰写，并进行检查和修改。

第11-15周（2023年4月1日-2023年5月5日）：

完善基于STM32的智能衣物收纳箱的设计，实现智能衣物管理功能；完成并提交毕业论文终稿和相关资料，完成答辩PPT 的制作。

第16-17周（2023年5月6日-2023年5月19日）：

准备毕业答辩工作，修改毕业论文，熟悉了解所有模块工作原理。

第18-19周（2023年5月20日-2023年6月2日）：

开始进行答辩，完成毕业论文答辩工作。

主

要

参

考

文

献

[1] 葛海江. 基于HX711的高精度电子称重研究[J]. 电子测试, 2023, 000(010):31-32.

[2] 魏芳坤, 张立勇, 郁伉,等. 小颗粒果品电子称量系统的数据降噪处理研究[J]. 自动化应用, 2022(002):000.

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指导教师评语及改进意见

□ 同意开题 □不同意开题

指导教师签字：年月日

企业导师评语及改进意见

□ 同意开题 □不同意开题

指导教师签字：年月日

系评语及改进意见

□ 同意开题 □不同意开题

系主任签字（盖章）：　年月日

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