多功能智能展柜控制系統設計

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

　　摘要：本文設計了一款用于商場、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，通過手機上的APP與Wi-Fi模塊進行連接。根據Wi-Fi模塊接收手機上APP發來的指令，主控板可控制電機的轉動實現展柜的開關，并對展柜里的兩路LED照明燈進行開關控制，同時將主控板當前的狀態返回給手機，使用戶能夠實時且直觀的了解多功能展柜的狀態。

　　關鍵詞：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個性與廣告效應，縱觀各大商場，展柜的設計大多僅有展臺、玻璃門、燈光這三點最基本的設置，很少有設計師去關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關展柜、總控開關控制展柜燈光的傳統方式，所有的功能都可通過手機發出的指令實現^[4-5]。用戶通過手機上的APP，無線控制展柜的櫥窗門及兩路LED照明燈，使其不再受傳統線路開關的限制，隨走隨關，方便快捷。另外，還可根據用戶需求，對兩路LED照明燈進行燈光控制，將展柜里的商品襯托的更加精致動人，刺激消費者的購買欲^[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Wi-Fi遠程控制模塊，設置通信協議，使手機上APP與Wi-Fi模塊實現通信。根據Wi-Fi模塊接收手機上APP發來的指令，主控板可控制電機的轉動實現展柜的開關，并對展柜里的兩路LED照明燈進行開關控制，同時還能將主控板當前的狀態返回給手機，使用戶能夠實時且直觀的了解多功能展柜的狀態。

　　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。

　　本設計中采用開關電源的方案，通過明偉板下載開關電源模塊直接將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芯片性價比高，外圍電路簡單，在編程調試時程序相對容易實現。

　　控制單元具體電路如圖3所示。

　　2.3 繼電器驅動電路

　　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，此時繼電器線圈的內部沒有電流，繼電器L-IN與L-OUT之間處于常閉狀態，LED燈與大功率電機處于正常工作狀態;當需要關閉LED燈或者大功率電機時，需將I/O口置為高電平，使NPN三極管導通，這時繼電器線圈內有電流流過，繼電器的L-IN與L-OUT之間處于常開狀態，電源對LED燈或者大功率電機的供電斷開^[8]。

　　2.4 大功率電機控制電路

　　系統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，分別控制大電機的正反轉，實現展柜柜門的開關。當兩個繼電器都接到設定的正向開關時，電機就會通入正向電流電機將會正向旋轉，展柜柜門打開;當繼電器開關都接到反向開關時電機就會通入反向電流，電機將會反轉，展柜柜門關閉。當兩個繼電器的開關都接到停時，繼電器中沒有電流通過，電機不會轉動，處于停止狀態。具體工作示意如圖5所示。

　　2.5 Wi-Fi控制模塊電路

　　為了實現遠程控制，系統需使用Wi-Fi作為無線通信的媒介，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語言編寫，程序編寫通過模塊化和層次化的設計方法，使程序更加可靠與穩定，方便開發人員的調試和維護。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函數中調用即可。

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

　　系統總體程序流程如圖7所示。

　　4 系統測試與分析

　　4.1 實物安裝與測試

　　制作好的實物如圖8所示。

　　上位機編寫的APP界面如圖9所示。

　　首先通電，然后打開手機Wi-Fi，連接漢楓模塊的Wi-Fi，再打開APP，輸入對應IP和端口號。點擊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指令正常開關。

　　5 結論

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

　　參考文獻

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　　作者簡介：

　　龔秋英(1978- )，女，碩士，電工電子實驗中心副主任，實驗師，主要研究方向：嵌入式系統應用、物聯網應用。

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