基于STM32的智能墻繪機(jī)

胡慧敏 田洪銘 劉雯 王樂 李翠錦

【摘??要】墻體裝飾的發(fā)革是時(shí)代發(fā)展的必然，現(xiàn)代人有?90%以上的時(shí)間在室內(nèi)度過，所面對和直接接觸的就是墻面，千篇一律的大白墻早已經(jīng)讓人厭倦，單一的色彩墻面讓人很容易產(chǎn)生視覺疲勞。針對以上問題，本文設(shè)計(jì)的智能墻繪機(jī)，采用STM32單片機(jī)為主控芯片，通過藍(lán)牙/WIFIi模塊與智能手機(jī)相連。外設(shè)接多個(gè)抽風(fēng)機(jī)，采用負(fù)壓原理，讓其吸附在表面;內(nèi)置光學(xué)傳感器和慣性測量單元，在打印時(shí)實(shí)時(shí)跟蹤移動速度和方向，借助RMPT技術(shù)來控制噴嘴開關(guān)，保證圖案的連續(xù)性，避免出現(xiàn)錯(cuò)位的情況;紅外尋跡避障傳感器和探測傳感器保證了噴繪位置的準(zhǔn)確性，讓其N或者Z模式進(jìn)行噴繪。本產(chǎn)品具有環(huán)保、噴繪便利、機(jī)身小巧、操作簡單等優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】STM32單片機(jī);墻上行走;穩(wěn)定作畫;RMPT技術(shù)

一、前言

當(dāng)今中國最火爆的內(nèi)需市場，非地產(chǎn)建筑行業(yè)莫屬。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)：據(jù)2003?年起我國用于建筑裝飾行業(yè)的資金就高達(dá)?1萬億元，并且每年仍在以接近20%的速度增長。而家裝市場產(chǎn)值每年超過?3000億元，增長速度接近?30%。若加上賓館、酒店、寫字樓等其他各類裝修，總產(chǎn)值近?5000?億元。可見，伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，21世紀(jì)的中國建筑裝飾產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)空前繁榮的時(shí)代。其中墻體裝飾在建筑裝修中占有舉足輕重的地位。

按照《中國人均住房的發(fā)展規(guī)劃》的要求，2020?年城鎮(zhèn)人均占有住宅應(yīng)達(dá)到32平方米，也就是說?2019—2020年的城鎮(zhèn)住宅竣工面積將達(dá)到140億平方米。加上目前存量住宅11平方米進(jìn)入維修期，以及寫字樓、商鋪、酒店及老房改造裝修等，建筑裝飾市場規(guī)模將繼續(xù)擴(kuò)大。而建筑的主體就是墻面，光建筑面積的3.5倍計(jì)算（頂棚+四面墻-門窗），墻體面積總量達(dá)到近兩千億平方米，墻面裝飾具有廣闊的市場前景，發(fā)展?jié)摿﹄y以估量。

二、設(shè)計(jì)原理

“智能墻繪機(jī)”通過自主研發(fā)的手機(jī)APP進(jìn)行圖片的傳送，從而實(shí)現(xiàn)對墻面的噴繪。采用STM32的芯片作為主控芯片，通過藍(lán)牙/WIFIi模塊與智能手機(jī)相連，RMPT技術(shù)。內(nèi)置了光學(xué)傳感器和慣性測量單元，在打印過程中實(shí)時(shí)跟蹤移動速度和方向，并借助RMPT技術(shù)來控制噴嘴開關(guān)，在墻繪機(jī)移動速度或快或慢的情況下保證圖案的連續(xù)性，避免出現(xiàn)錯(cuò)位的情況;紅外尋跡避障傳感器和探測傳感器保證了噴繪位置的準(zhǔn)確性，讓其N或者Z模式進(jìn)行噴繪;運(yùn)用多個(gè)抽風(fēng)機(jī)，采用負(fù)壓原理讓其吸附在表面，真空吸附約為3000pa，再用兩個(gè)風(fēng)扇進(jìn)行加壓實(shí)現(xiàn)墻上行走。

三、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

1.硬件結(jié)構(gòu)

（1）本產(chǎn)品的系統(tǒng)通過對控制模塊、傳感器模塊的檢測給單片機(jī)輸入信號，單片機(jī)在對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過藍(lán)牙/WIFI模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)庫，可以在終端上查看數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌控噴繪情況;通過終端可以對產(chǎn)品進(jìn)行操控，手動自動無縫切換。

（2）該產(chǎn)品的系統(tǒng)主要由藍(lán)牙/WIFI模塊、光學(xué)傳感器、慣性測量單元、紅外尋跡避障傳感器、探測傳感器、3D噴嘴、抽風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇八大部分為STM32單片機(jī)服務(wù)，共同智能墻繪機(jī)系統(tǒng)的硬件，來實(shí)現(xiàn)墻上行走、穩(wěn)定作畫，各項(xiàng)數(shù)據(jù)可通過終端查看。

2.軟件結(jié)構(gòu)

（1）本產(chǎn)品將設(shè)備與云平臺連接，云平臺對上傳圖片以及所繪墻面的信息進(jìn)行保存與輸出。該平臺兼容大部分物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)傳輸協(xié)議，也提供私有協(xié)議支持。

（2）本產(chǎn)品系統(tǒng)的軟件部分主要包括主程序、噴頭部分子程序、抽風(fēng)機(jī)部分子程序、APP程序。子程序的流程設(shè)計(jì)首先對系統(tǒng)和外接芯片進(jìn)行初始化，然后對墻面信息進(jìn)行檢測和采集以及輸入圖片的信息采集與上傳，通過程序控制與輸出，最終在APP上顯示出相關(guān)參數(shù)，同時(shí)驅(qū)動各部分硬件進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)墻上行走，進(jìn)行穩(wěn)定作畫。

四、作品測試

通過手機(jī)與產(chǎn)品的藍(lán)牙模塊/WIFI模塊進(jìn)行連接和操作，光學(xué)傳感器、慣性測量單元、紅外尋跡避障傳感器、探測傳感器等模塊通電后進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，將數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)，單片機(jī)驅(qū)動各項(xiàng)硬件，使得機(jī)身吸附在墻面進(jìn)行穩(wěn)定行走;單片機(jī)控制噴嘴開關(guān)，實(shí)現(xiàn)噴繪作畫功能;使用應(yīng)用RMPT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自由移動打印。

測試結(jié)果：通過以上測試，本產(chǎn)品噴繪作畫誤差率為4.6%，行走定位率誤差率為6.2%，有待進(jìn)一步提升。

五、總結(jié)與展望

現(xiàn)階段我市人民對墻繪的需求，可分為高檔、中檔和普通三種不同的消費(fèi)者群體。調(diào)查表明，18%的消費(fèi)者需要藝術(shù)型墻繪，51%的消費(fèi)者追求個(gè)性化的墻繪，31%的消費(fèi)者希望能有物美價(jià)廉的墻繪。在國內(nèi)墻繪市場中，墻紙與人工墻繪占據(jù)了大量的市場，但人工墻繪所需專業(yè)能力強(qiáng)，收費(fèi)昂貴，高達(dá)110元/平米，且墻繪所需時(shí)間較長，人工成本過于高昂導(dǎo)致大部分的市場在于墻紙，墻紙操作簡易，價(jià)格低廉，均價(jià)8元/平米，便于人們使用，但是可塑造力不強(qiáng)，不能滿足于消費(fèi)者的個(gè)性化需求，且保質(zhì)期較短，易褶皺，更換墻紙時(shí)易殘留墻紙，造成墻面的不美觀。如果市面上出現(xiàn)一款操作簡單，價(jià)格低廉，突顯個(gè)性化的墻繪工具，就會受到大部分消費(fèi)者的喜愛，從而迅速提高市場占有率。本產(chǎn)品的特點(diǎn)是：

（1）國內(nèi)首件吸附在墻上行走作畫的智能設(shè)備;

（2）APP控制，操作簡便，能夠滿足人們的多樣化需求;

（3）相比市場上的噴繪機(jī)，本產(chǎn)品體積小便于攜帶，小至一般家庭，大至工用都很適合，適用面廣;

（4）綠色環(huán)保，可多次重復(fù)使用。

“智能墻繪機(jī)”的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)模式的束縛，本產(chǎn)品也進(jìn)一步將RMPT技術(shù)做了推廣。目前本產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)仍需進(jìn)一步完善，將來的發(fā)展方向?yàn)椴粩嗵嵘到y(tǒng)精確度，拓展用戶功能，有朝一日做到更小更精，能夠應(yīng)用于城市高空作業(yè)。

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作者簡介：

胡慧敏（1999-），女，重慶工程學(xué)院電子信息學(xué)院，學(xué)生，本科，專業(yè)方向：電子信息工程;田洪銘（1998-），男，重慶工程學(xué)院電子信息學(xué)院，學(xué)生，本科，專業(yè)方向：電子信息工程;劉雯（1998-），女，重慶工程學(xué)院電子信息學(xué)院，學(xué)生，本科，專業(yè)方向：電子信息工程;李翠錦（1984-），女，重慶工程學(xué)院電子信息學(xué)院，副教授，碩士，研究方向：電子信息技術(shù)。

基金項(xiàng)目：

全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：201812608001）;重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：193297）。

（作者單位：1.重慶工程學(xué)院?電子信息學(xué)院）