多功能智能展柜控制系统设计

作者/龚秋英，葛年明，周泉(三江学院 电子信息工程学院 电工电子实验中心，江苏 南京 210012)

　　摘要：本文设计了一款用于商场、超市、专卖店等一些商店的多功能智能展柜，可用于展示、储藏商品，且还可远程控制，更加符合现代化需求。采用STM8SF103P6作为主控芯片，并设计Wi-Fi远程控制模块，通过手机上的APP与Wi-Fi模块进行连接。根据Wi-Fi模块接收手机上APP发来的指令，主控板可控制电机的转动实现展柜的开关，并对展柜里的两路LED照明灯进行开关控制，同时将主控板当前的状态返回给手机，使用户能够实时且直观的了解多功能展柜的状态。

　　关键词：多功能展柜;Wi-Fi;APP;远程控制

　　0 引言

　　传统展柜注重的是外观个性与广告效应，纵观各大商场，展柜的设计大多仅有展台、玻璃门、灯光这三点最基本的设置，很少有设计师去关注展柜的多功能效益，当然这里的多功能不仅限于构造的多功能，更加注重的是展柜本身的智能化^[1-3]。

　　本文设计的多功能智能展柜将摒弃人工开关展柜、总控开关控制展柜灯光的传统方式，所有的功能都可通过手机发出的指令实现^[4-5]。用户通过手机上的APP，无线控制展柜的橱窗门及两路LED照明灯，使其不再受传统线路开关的限制，随走随关，方便快捷。另外，还可根据用户需求，对两路LED照明灯进行灯光控制，将展柜里的商品衬托的更加精致动人，刺激消费者的购买欲^[6-7]。

　　1 系统总体设计概述

　　1.1 硬件组成电路框图

　　多功能展柜控制系统主要由主控板、Wi-Fi模块、手机控制端、两路照明灯模块、大功率电机模块组成。其系统方框图如图1所示。

　　1.2 系统工作原理

　　系统通过Wi-Fi远程控制模块，设置通信协议，使手机上APP与Wi-Fi模块实现通信。根据Wi-Fi模块接收手机上APP发来的指令，主控板可控制电机的转动实现展柜的开关，并对展柜里的两路LED照明灯进行开关控制，同时还能将主控板当前的状态返回给手机，使用户能够实时且直观的了解多功能展柜的状态。

　　2 系统硬件电路设计

　　2.1 电源转换模块电路

　　电源转换模块的主要作用是为控制单元及外围模块部分提供可靠又稳定的直流电源，其中控制单元采用STM8SF103P6，工作电压为3.3 V;继电器需要5 V供电;Wi-Fi模块需要3.3 V供电。因此电源转换模块需要将220 V交流电转换成为5 V及3.3 V直流电，给控制单元及外围模块供电。

　　本设计中采用开关电源的方案，通过明伟板下载开关电源模块直接将220 V交流电压转换成5 V直流电压，供给继电器使用;再通过LD33A将5 V电压转换成3.3 V，供给控制单元及Wi-Fi模块使用。

　　电源模块电路原理图如图2所示。

　　2.2 控制单元(MCU)模块电路

　　系统控制单元微处理器采用STM8SF103P6作为主控芯片，这是因为STM8SF103P6芯片性价比高，外围电路简单，在编程调试时程序相对容易实现。

　　控制单元具体电路如图3所示。

　　2.3 继电器驱动电路

　　本系统采用继电器作为电机和照明通断的控制，其驱动电路如图4所示。

　　根据继电器电路的工作原理，正常情况下，STM8SF103P6处理器的I/O口为低电平，NPN三极管处于截止状态，此时继电器线圈的内部没有电流，继电器L-IN与L-OUT之间处于常闭状态，LED灯与大功率电机处于正常工作状态;当需要关闭LED灯或者大功率电机时，需将I/O口置为高电平，使NPN三极管导通，这时继电器线圈内有电流流过，继电器的L-IN与L-OUT之间处于常开状态，电源对LED灯或者大功率电机的供电断开^[8]。

　　2.4 大功率电机控制电路

　　系统通过两路大电流输出到两个继电器，并通过写入硬件程序控制继电器的连接，分别控制大电机的正反转，实现展柜柜门的开关。当两个继电器都接到设定的正向开关时，电机就会通入正向电流电机将会正向旋转，展柜柜门打开;当继电器开关都接到反向开关时电机就会通入反向电流，电机将会反转，展柜柜门关闭。当两个继电器的开关都接到停时，继电器中没有电流通过，电机不会转动，处于停止状态。具体工作示意如图5所示。

　　2.5 Wi-Fi控制模块电路

　　为了实现远程控制，系统需使用Wi-Fi作为无线通信的媒介，并设计一款演示的APP demo。系统采用上海汉枫科技的LPB100低功耗Wi-Fi转串口模块，因为上海汉枫科技是目前国内最大的Wi-Fi转串口技术方案提供商之一，模块相对比较稳定。Wi-Fi模块具体电路图如图6所示。

　　3 系统软件设计

　　3.1 程序运行流程图

　　系统软件设计采用C语言编写，程序编写通过模块化和层次化的设计方法，使程序更加可靠与稳定，方便开发人员的调试和维护。模块化编程使得程序更加简洁，主要方法是将每个模块写好都放在一个.C文件里面，需要使用的时候只需在main函数中调用即可。

　　本设计的程序中还用到了定时器中断服务程序，500 ms定时，让CPU进入IDLE状态的函数和喂狗函数。每隔1 s翻转一次LED，用作显示系统运行状态;再隔30 s定时上报设备状态;最后对串口数据处理，并上报设备状态。

　　系统总体程序流程如图7所示。

　　4 系统测试与分析

　　4.1 实物安装与测试

　　制作好的实物如图8所示。

　　上位机编写的APP界面如图9所示。

　　首先通电，然后打开手机Wi-Fi，连接汉枫模块的Wi-Fi，再打开APP，输入对应IP和端口号。点击APP界指令，观察在不同的指令下，展柜门及两路照明灯是否根据指令正常开关。

　　5 结论

　　多功能展柜在当今的社会状态下是有一定的发展前景的，本设计主要是实现多功能展柜的两大功能，一是实现LED照明灯的开关;二是通过大功率电机正反转实现橱窗门的开关。在这两大功能实现的基础上，再通过Wi-Fi模块实现远程控制，使得功能更加方便快捷。

　　参考文献

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　　作者简介：

　　龚秋英(1978- )，女，硕士，电工电子实验中心副主任，实验师，主要研究方向：嵌入式系统应用、物联网应用。

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第3期第74页，欢迎您写论文时引用，并注明出处