智慧收藏柜設(shè)計(jì)

德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 趙明陽 衛(wèi)江紅 蘇文靜 于濤 張友民 王吉慶 張清官

1 設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)收納；干燥密封；自動(dòng)報(bào)警；滑軌式攝像頭；外觀設(shè)計(jì)。

1.1 智能尋位系統(tǒng)

智能尋位系統(tǒng)可以根據(jù)放入藏品的大小尋找相應(yīng)的放置位置，并進(jìn)行相應(yīng)的編號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安置。它主要是通過紅外線感知，然后通過計(jì)算藏品的長(zhǎng)度、寬度、高度，取最長(zhǎng)為正方形收藏柜邊長(zhǎng)。利用MATLAB 軟件按照腳本程序計(jì)算出體積和面積進(jìn)行運(yùn)行和分類，所有放置柜均為正方體，是為了統(tǒng)一且美觀設(shè)計(jì)。然后通過傳送帶將藏品送到指定的柜中。

腳本程序

function[V，S]=cubevs(a)

%calculate the volume，surface ares of cube with%different edge a

fprintf('the volume，surface ares of cube with a=%4.1f'，a)

V=a^3

S=6*a^2

end

1.2 干燥密封系統(tǒng)

因?yàn)榻饘兕?、字畫、書籍等藏品，需要防變色、注意防銹和防氧化，所以保持真空干燥的環(huán)境是這一問題的良好解決方案。因此，本設(shè)計(jì)每個(gè)盒子上方都有一個(gè)真空接口，通過此處可以將盒子中的空氣抽出，達(dá)到真空的效果。且在進(jìn)入盒中之前會(huì)經(jīng)過適當(dāng)干燥，設(shè)置兩個(gè)盒子為貴重物品存放，這兩個(gè)盒子可以進(jìn)行濕度和溫度設(shè)置，需要手動(dòng)操作。

1.3 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

取出物品時(shí)需要輸入密碼，密碼是動(dòng)態(tài)的，需要通過收藏者手機(jī)的專用APP 進(jìn)行獲取，此措施主要針對(duì)一次性取出，也可以指紋、臉部識(shí)別解鎖。如果有人強(qiáng)行打開或者破壞，收藏柜會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，然后自動(dòng)發(fā)消息給擁有者，告知情況。

1.4 滑軌式攝像頭

收藏柜最上方安裝云臺(tái)攝像頭監(jiān)視周圍。另外設(shè)置一個(gè)攝像頭，可以在收藏柜外部滑軌上進(jìn)行移動(dòng)，可以看近距用手機(jī)線查看物品情況，也可以通過此方式和朋友分享藏品?；墧z像頭和頂部的攝像頭均為云臺(tái)攝像頭，可180°轉(zhuǎn)動(dòng)，1080P 超高分辨率，1000 萬像素，WDR 寬動(dòng)態(tài)，雙向語音，支持云存儲(chǔ)，為老人、殘疾人士等收藏愛好者提供強(qiáng)有力的安全保障。

1.5 外觀設(shè)計(jì)

每個(gè)盒子正面為玻璃櫥窗，其他地方為硬塑料、木制或金屬，根據(jù)個(gè)人需求可進(jìn)行不同的材料選取。裝置正面外觀簡(jiǎn)圖，如圖1 所示。

頂部攝像頭固定，鏡頭可以轉(zhuǎn)動(dòng)；滑軌攝像頭選用體積較小的，中間為存取東西的部位，設(shè)置不銹鋼托盤，平時(shí)該部位關(guān)閉。中間部分右邊單元為指紋、人臉識(shí)別裝置。每一個(gè)框格都代表一個(gè)收納盒。底部安裝四個(gè)可收縮滑輪，便于移動(dòng)。每排都設(shè)置一條滑軌，供滑軌攝像頭使用。

2 工作流程

2.1 存物部分

物品放到傳送托盤上，紅外線體積測(cè)量?jī)x對(duì)物品進(jìn)行尺寸測(cè)量，利用MATLAB 程序進(jìn)行體積計(jì)算，然后52 單片機(jī)選擇對(duì)應(yīng)的盒子，然后運(yùn)送到干燥處理裝置處，進(jìn)行干燥后送到對(duì)應(yīng)的盒子，真空處理，關(guān)閉盒子出口。

圖1 裝置正面外觀圖

n：必要脈沖數(shù)，L：移動(dòng)距離，L0：距離電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)一周的距離，r：步進(jìn)角。

2.2 干燥真空部分

物品運(yùn)送到干燥處，利用熱風(fēng)干燥法進(jìn)行干燥，溫度小于等于40℃，防止對(duì)藏品造成傷害。藏品放入盒子后，關(guān)閉盒子入口，通過盒子上方的真空接口進(jìn)行真空處理，X00C4 真空傳感器。

2.3 出物部分

通過+3.3V 指紋模塊、人臉識(shí)別成功后，輸入想要取出的物品編號(hào)。對(duì)應(yīng)的盒子緩慢灌入空氣，然后與大氣壓相同后盒子口打開，通過傳送帶將物品傳送到中間的托盤出，取出后，重力傳感器300fl 的電阻器電橋，引線端是VIN+、VOUT+的四端傳感器檢測(cè)，關(guān)閉出口。

2.4 監(jiān)控部分

自動(dòng)報(bào)警：監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分是基于Visual Basic 環(huán)境編寫的上位機(jī)，通過對(duì)監(jiān)控圖像的二值化、灰度檢測(cè)轉(zhuǎn)換、采集周期性信息和邊緣檢測(cè)以及入侵識(shí)別功能[1]。達(dá)到報(bào)警要求立即對(duì)主人進(jìn)行報(bào)警，且報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲音，嚇退對(duì)方。主人可以遠(yuǎn)程操控，進(jìn)行報(bào)警解除和監(jiān)控（圖2）。

圖2 自動(dòng)報(bào)警圖

3 產(chǎn)品分析

3.1 技術(shù)關(guān)鍵

（1）物品體積計(jì)算和盒子選擇；

（2）物品的干燥真空；

（3）攝像頭的移動(dòng)檢測(cè)、實(shí)景的實(shí)時(shí)傳輸；

（4）危險(xiǎn)報(bào)警設(shè)備的檢測(cè)。

3.2 創(chuàng)新特點(diǎn)

該作品與普通的收藏柜相比，存放東西不需要自己找位置，也減少了自己處理存放空間潔凈的麻煩，尤其是對(duì)于行動(dòng)不便的老人和殘疾人士。使用者只需要將物品放到收納托盤上，智能收藏柜會(huì)自動(dòng)將東西放入合適的展示收藏盒子中。遠(yuǎn)程查看更放心，自動(dòng)報(bào)警，能夠使東西處于最佳的保存環(huán)境。滑軌攝像頭是一個(gè)非常大的創(chuàng)新，能夠線上近距離觀察藏品的外形和完整度。

3.3 前景展望

隨著生活水平的提高，個(gè)人愛好也在逐漸發(fā)展，智能家居的發(fā)展也會(huì)迅速發(fā)展，收藏愛好者越來越多，無論是從生活的舒適度還是智能家居的角度來看，更智能的家居都是用戶的優(yōu)質(zhì)選擇。本文設(shè)計(jì)的智慧收藏柜擁有快捷便利、安全可靠、實(shí)用美觀等優(yōu)點(diǎn)，較好地滿足了收藏愛好者對(duì)物品的儲(chǔ)藏和歸類，順應(yīng)了智慧家居的設(shè)計(jì)理念和用途，尤其是極大地方便了老人和殘障人士的生活。此設(shè)計(jì)裝置也可以應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如化學(xué)試劑、生物標(biāo)本等方面的保管。

4 結(jié)語

智慧家具概念日益發(fā)展，它能代替人的某些勞動(dòng)，給人們的生活帶來便利，讓生活真正輕松起來。本作品將線上查看、遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警、保存環(huán)境控制有機(jī)結(jié)合，利用先進(jìn)的入侵識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)，安全可靠，順應(yīng)了智慧家具的設(shè)計(jì)理念，是一款非常便捷的產(chǎn)品，而且美觀實(shí)用，將會(huì)成為收藏愛好者以及特定物品保管人員的首選產(chǎn)品。下一步本設(shè)計(jì)將對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和擴(kuò)大使用領(lǐng)域。