基于STM32的智能衣柜系统设计与实现（完整项目）

基于STM32的智能衣柜系统设计与实现

摘要

随着智能家居技术的快速发展，传统衣柜的功能单一性已无法满足人们对便捷、健康、智能生活的追求。本文设计并实现了一款基于STM32F103C8T6单片机的智能衣柜系统，集成了温湿度监测与调控、紫外线消毒、光照自动控制、空气质量检测、蓝牙远程控制等多种功能，旨在提升衣物存储的舒适性、安全性和便捷性。系统以STM32单片机为控制核心，搭配DHT11、MQ-135、光敏传感器等多种元器件，通过硬件电路设计和软件程序开发，实现了自动模式与手动模式的灵活切换，可实时监测并调节衣柜内环境参数，同时支持蓝牙APP远程操控。测试结果表明，该系统运行稳定、响应迅速，各项功能均达到设计要求，能够有效解决传统衣柜防潮、杀菌、防尘等问题，具有较高的实用性和推广价值。

关键词：STM32；智能衣柜；传感器；蓝牙控制；自动调控

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

在当代快节奏生活中，人们对家居环境的智能化、便捷化需求日益增长。衣柜作为家庭必备的储物家具，其主要功能是存放衣物，但传统衣柜仅能提供基础的储物空间，无法解决衣物存储过程中遇到的潮湿发霉、细菌滋生、异味、光照不足等问题，尤其是在潮湿地区或季节，衣物受潮、发霉的现象更为普遍，不仅影响衣物的使用寿命，还可能危害人体健康。

智能衣柜作为智能家居的重要组成部分，通过融合单片机技术、传感器技术、无线通信技术等，能够实现对衣柜内环境的实时监测与智能调控，自动解决衣物存储中的各类问题，为用户提供更舒适、健康的储物体验。基于STM32单片机设计智能衣柜系统，具有成本低、性能稳定、扩展性强等优势，能够满足普通家庭的使用需求，同时为智能家居产品的研发提供一定的参考，具有重要的理论意义和实际应用价值。

1.2 国内外研究现状

国外智能家居产业起步较早，智能衣柜相关技术较为成熟，部分高端产品已实现衣物识别、自动熨烫、智能烘干、远程控制等功能，如三星、LG等品牌推出的智能衣柜，集成了多种传感器和智能控制模块，能够根据环境参数自动调节运行状态，但这类产品价格较高，难以普及到普通家庭。

国内智能衣柜产业近年来发展迅速，越来越多的企业和科研机构开始投入到智能衣柜的研发中，主要集中在温湿度调控、紫外线消毒、蓝牙/WiFi远程控制等基础功能的实现，产品性价比高，更符合国内家庭的使用需求。但目前多数产品存在功能单一、控制精度不高、稳定性不足等问题，部分产品缺乏手动与自动模式的灵活切换，用户体验有待提升。因此，设计一款功能全面、性能稳定、性价比高的智能衣柜系统具有重要的现实意义。

1.3 研究内容与目标

本文的研究内容主要围绕基于STM32的智能衣柜系统的设计与实现展开，具体包括以下几个方面：

• 系统总体方案设计：明确系统的功能需求、性能指标，设计系统的总体架构，包括硬件架构和软件架构。

• 硬件电路设计：选型合适的元器件，设计STM32单片机最小系统电路、传感器接口电路、执行器驱动电路、蓝牙通信电路等。

• 软件程序开发：基于Keil软件编写单片机控制程序，实现传感器数据采集、环境参数判断、执行器控制、蓝牙通信、模式切换等功能；开发蓝牙APP，实现远程数据查看和远程控制。

• 系统测试与调试：搭建系统测试平台，对系统的各项功能、性能进行测试，排查问题并进行调试，确保系统运行稳定、功能正常。

本文的研究目标是设计并实现一款功能全面、性能稳定、操作便捷的智能衣柜系统，具体目标如下：

• 实现衣柜内温湿度、空气质量、光强等环境参数的实时监测与显示。

• 实现温湿度自动调控，根据预设阈值自动开启加热或通风功能。

• 实现紫外线定时消毒功能，结合柜门状态进行安全控制。

• 实现光照自动控制，根据环境光强自动开启或关闭照明。

• 实现手动与自动模式切换，手动模式下可灵活控制各项执行器。

• 实现蓝牙远程控制，支持APP查看实时数据和远程操控系统。

1.4 论文结构安排

本文共分为6章，具体结构安排如下：

第1章为绪论，介绍本文的研究背景与意义、国内外研究现状、研究内容与目标以及论文结构安排。

第2章为系统总体方案设计，明确系统的功能需求和性能指标，设计系统的总体架构，包括硬件架构和软件架构。

第3章为系统硬件设计，介绍主要元器件选型，设计各模块的硬件电路，包括单片机最小系统、传感器接口、执行器驱动、蓝牙通信等电路。

第4章为系统软件设计，介绍软件开发环境，编写各模块的控制程序，包括主程序、传感器数据采集程序、执行器控制程序、蓝牙通信程序等，同时介绍蓝牙APP的开发。

第5章为系统测试与调试，搭建测试平台，对系统的各项功能和性能进行测试，分析测试结果，排查并解决存在的问题。

第6章为总结与展望，总结本文的研究成果，分析系统存在的不足，并对未来的改进方向进行展望。

第二章 系统总体方案设计

2.1 系统功能需求分析

结合用户需求和智能衣柜的应用场景，本文设计的基于STM32的智能衣柜系统需具备以下核心功能，确保系统的实用性和便捷性：

2.2 系统性能指标

为确保系统运行稳定、性能可靠，结合元器件特性和实际应用需求，设定系统的主要性能指标如下：

• 温湿度检测范围：温度0~50℃，误差±2℃；湿度20%~90%RH，误差±5%RH。

• 光照检测范围：0~1000lux，检测精度±10lux。

• 空气质量检测：MQ-135传感器检测范围10~1000ppm，响应时间≤10s。

• RTC时钟精度：误差≤1s/天。

• 蓝牙通信距离：空旷环境下≥10m，通信速率9600bps。

• 工作电压：DC 5V~12V，工作电流≤500mA。

• 执行器响应时间：≤500ms，运行稳定无异常。

2.3 系统总体架构设计

本系统采用“控制核心+传感器模块+执行器模块+通信模块+显示与交互模块”的总体架构，以STM32F103C8T6单片机为控制核心，统筹协调各个模块的工作，实现系统的各项功能。系统总体架构分为硬件架构和软件架构两部分。

2.3.1 硬件架构

系统硬件架构主要包括以下几个模块，各模块相互配合，完成数据采集、信号处理、指令执行和通信功能：

• 控制核心模块：STM32F103C8T6单片机，作为系统的核心，负责接收各传感器的采集数据，进行数据处理和逻辑判断，向各执行器发送控制指令，同时实现与蓝牙模块、显示模块的通信。

• 传感器模块：包括DHT11温湿度传感器、光敏传感器、光电红外传感器、MQ-135空气质量传感器、RTC实时时钟模块，负责采集衣柜内的环境参数和时间信息，为控制核心提供数据支持。

• 执行器模块：包括继电器、风扇模块、加热片模块、UV消毒灯模块、大功率LED灯模块、步进电机、有源蜂鸣器，根据控制核心的指令执行相应的动作，实现温湿度调控、消毒、照明、报警等功能。

• 通信模块：BT04A蓝牙模块，负责实现单片机与手机APP之间的无线通信，传输环境数据和控制指令。

• 显示与交互模块：OLED屏幕和按键，OLED屏幕用于实时显示环境参数、系统状态、时间等信息；按键用于参数调节、模式切换和手动控制。

硬件架构框图如下（此处可插入框图，论文中可手绘或用工具绘制）：控制核心（STM32）分别与传感器模块、执行器模块、通信模块、显示与交互模块连接，传感器模块向控制核心输入数据，控制核心向执行器模块输出指令，通信模块实现远程交互，显示与交互模块实现本地操作与信息查看。

2.3.2 软件架构

系统软件架构采用模块化设计，将不同功能划分为独立的软件模块，降低程序的耦合度，便于开发、调试和维护。软件架构主要包括以下几个模块：

• 主程序模块：负责系统初始化（包括单片机IO口、传感器、蓝牙模块、OLED屏幕等的初始化），调用各功能模块，实现系统的整体运行逻辑。

• 传感器数据采集模块：负责控制各传感器采集数据，对采集到的数据进行滤波、校准处理，确保数据的准确性，然后将处理后的数据发送给主程序。

• 数据处理与逻辑判断模块：接收传感器采集的数据分析，根据用户预设的阈值和系统逻辑，判断是否需要开启或关闭相应的执行器，生成控制指令。

• 执行器控制模块：接收主程序发送的控制指令，驱动各执行器（风扇、加热片、消毒灯等）执行相应的动作，实现各项功能。

• 蓝牙通信模块：负责实现单片机与手机APP之间的通信，接收APP发送的控制指令，将传感器采集的环境数据发送给APP。

• 显示与交互模块：控制OLED屏幕显示环境参数、系统状态、时间等信息；处理按键输入，实现参数调节、模式切换和手动控制功能。

• 中断服务模块：处理外部中断（如按键中断、传感器中断），提高系统的响应速度，确保关键操作的实时性。

软件运行流程：系统上电后，首先进行初始化，包括IO口、传感器、蓝牙、OLED等模块的初始化；初始化完成后，进入主循环，主程序调用传感器数据采集模块采集环境数据，进行数据处理和逻辑判断，根据判断结果控制执行器动作，同时在OLED屏幕上显示相关信息；若有蓝牙连接，将数据发送给APP，接收APP指令并执行；若有按键操作，处理按键输入，完成参数调节或模式切换。

第三章 系统硬件设计

3.1 主要元器件选型

根据系统功能需求和性能指标，结合元器件的性价比、稳定性和通用性，对系统所需的主要元器件进行选型，具体选型如下，确保各元器件能够满足系统的运行要求：

此外，系统还需要电源模块（提供5V、12V电压）、杜邦线、面包板（原型开发）、外壳等辅助元器件，确保系统的正常搭建和运行。

3.2 硬件电路设计

系统硬件电路以STM32F103C8T6单片机为核心，分为多个模块进行设计，各模块电路相互独立，通过单片机IO口、串口、ADC接口等连接，确保电路的稳定性和可扩展性。以下分别介绍各核心模块的电路设计。

3.2.1 单片机最小系统电路

STM32F103C8T6单片机最小系统电路是系统的基础，主要包括电源电路、复位电路、晶振电路三部分，确保单片机能够正常工作。

• 电源电路：采用5V直流电源供电，通过AMS1117-3.3V稳压芯片将5V电压转换为3.3V，为单片机和其他需要3.3V电压的模块（如OLED屏幕、蓝牙模块）供电；电源输入端并联电容进行滤波，减少电源噪声，确保供电稳定。

• 复位电路：采用手动复位电路，通过复位按键控制单片机的复位，当按键按下时，单片机复位引脚接低电平，实现复位；松开按键时，复位引脚接高电平，单片机正常工作，复位电路简单可靠。

• 晶振电路：采用8MHz外部晶振，配合两个22pF电容，为单片机提供时钟信号，通过单片机内部的PLL锁相环倍频至72MHz，确保单片机的高速运行；同时设计32.768KHz晶振电路，为RTC实时时钟模块提供时钟信号，保证时间的准确性。

3.2.2 传感器接口电路

传感器模块通过相应的接口电路与单片机连接，实现数据的采集，各传感器接口电路设计如下：

• DHT11温湿度传感器接口电路：DHT11采用单总线接口，DATA引脚与单片机的一个IO口连接，通过单片机的IO口发送控制信号，接收传感器返回的温湿度数据；DATA引脚并联一个10KΩ上拉电阻，确保信号稳定，避免干扰。

• 光敏传感器接口电路：光敏电阻与一个10KΩ电阻串联，构成分压电路，光敏电阻一端接5V电源，另一端接电阻和单片机的ADC接口，电阻另一端接地；当环境光强变化时，光敏电阻的阻值变化，分压电压也随之变化，单片机通过ADC接口采集分压电压，转换为光强数据。

• 光电红外传感器接口电路：光电传感器的VCC引脚接5V电源，GND引脚接地，OUT引脚与单片机的IO口连接；当柜门关闭时，传感器被遮挡，OUT引脚输出低电平；柜门打开时，传感器无遮挡，OUT引脚输出高电平，单片机通过检测IO口电平判断柜门状态。

• MQ-135空气质量传感器接口电路：MQ-135传感器的VCC引脚接5V电源，GND引脚接地，AO引脚（模拟输出）与单片机的ADC接口连接，DO引脚（数字输出）可根据需要连接单片机IO口（本系统暂不使用）；传感器输出的模拟信号通过ADC接口转换为数字信号，反映空气质量状况。

• RTC实时时钟模块接口电路：采用DS3231 RTC模块，通过I2C接口与单片机连接，SDA引脚接单片机的I2C_SDA引脚，SCL引脚接单片机的I2C_SCL引脚；模块自带备用电池，即使系统断电，也能保持时间的准确性，单片机通过I2C接口读取和设置时间。

3.2.3 执行器驱动电路

执行器模块（风扇、加热片、消毒灯等）通过继电器或驱动模块与单片机连接，由单片机控制其开启与关闭，各执行器驱动电路设计如下：

• 继电器驱动电路：继电器模块的VCC引脚接5V电源，GND引脚接地，IN引脚与单片机的IO口连接；当单片机IO口输出高电平时，继电器吸合，控制执行器通电工作；输出低电平时，继电器断开，执行器停止工作；为避免继电器吸合时产生的反向电动势干扰单片机，在继电器线圈两端并联一个二极管进行续流保护。

• 步进电机驱动电路：采用ULN2003驱动模块，驱动模块的VCC引脚接5V电源，GND引脚接地，IN1~IN4引脚与单片机的4个IO口连接，电机接口与28BYJ-48步进电机连接；单片机通过控制IN1~IN4引脚的电平变化，驱动步进电机转动，实现挂衣架的升降。

• 有源蜂鸣器驱动电路：蜂鸣器的VCC引脚接5V电源，GND引脚通过一个NPN三极管与单片机的IO口连接；当单片机IO口输出高电平时，三极管导通，蜂鸣器通电发声；输出低电平时，三极管截止，蜂鸣器停止发声；三极管基极串联一个1KΩ电阻，限制电流，保护三极管和单片机。

3.2.4 通信模块电路

BT04A蓝牙模块通过UART串口与单片机连接，实现无线通信，电路设计如下：蓝牙模块的VCC引脚接3.3V电源（注意：不可接5V，否则会烧毁模块），GND引脚接地，TXD引脚接单片机的RXD引脚，RXD引脚接单片机的TXD引脚；为确保通信稳定，在模块的TXD、RXD引脚与单片机的对应引脚之间串联1KΩ电阻，减少信号干扰；蓝牙模块默认波特率为9600bps，与单片机串口波特率一致，实现数据的双向传输。

3.2.5 显示与交互模块电路

显示与交互模块包括OLED屏幕和按键，电路设计如下：

• OLED屏幕接口电路：采用I2C接口OLED屏幕，SDA引脚接单片机的I2C_SDA引脚，SCL引脚接单片机的I2C_SCL引脚，VCC引脚接3.3V电源，GND引脚接地；I2C接口通信简单，占用IO口少，便于电路布局。

• 按键接口电路：采用独立按键，每个按键的一端接单片机的IO口，另一端接地；IO口通过上拉电阻接3.3V电源，当按键未按下时，IO口为高电平；按下时，IO口为低电平，单片机通过检测IO口电平变化，识别按键操作；本系统设计4个独立按键，分别用于模式切换、参数调节、确认、取消。

3.3 硬件电路布局与接线

在硬件电路搭建过程中，需注意电路布局的合理性，避免干扰：将单片机最小系统放在电路中心，传感器模块和执行器模块分别放在两侧，蓝牙模块远离强电电路（如加热片、消毒灯），减少电磁干扰；接线时，电源线和信号线分开布置，避免信号线被电源线干扰；所有元器件的接地端统一连接，确保接地良好，提高系统的稳定性。

硬件接线表（简要）：

第四章 系统软件设计

4.1 软件开发环境

本系统软件开发采用以下环境和工具，确保程序的开发、编译、调试顺利进行：

• 开发工具：Keil MDK5，用于STM32单片机程序的编写、编译、链接和调试，支持C语言编程，集成了丰富的库函数和调试工具，能够提高开发效率。

• 编程语言：C语言，语法简洁、可读性强、执行效率高，适合单片机程序开发，能够直接操作单片机的硬件资源。

• 仿真工具：Proteus，用于硬件电路的仿真和程序的调试，可模拟系统的运行状态，排查硬件电路和程序中的问题，减少实物搭建的成本和时间。

• APP开发工具：Android Studio，用于开发蓝牙控制APP，实现与单片机的无线通信，支持数据显示和远程控制功能。

• 调试工具：串口助手，用于查看单片机发送的串口数据（如传感器数据、调试信息），便于程序调试；蓝牙调试助手，用于测试蓝牙模块的通信功能。

4.2 系统软件初始化

系统上电后，首先进行软件初始化，初始化完成后，系统进入正常运行状态。初始化主要包括以下几个部分：

• 单片机内核初始化：配置系统时钟，将外部8MHz晶振倍频至72MHz，设置系统滴答定时器，用于延时函数和中断服务。

• IO口初始化：配置各传感器、执行器、按键、显示模块对应的IO口，设置IO口的输入/输出模式、上拉/下拉电阻等，确保IO口能够正常工作。

• ADC初始化：配置STM32的ADC接口，用于采集光敏传感器、MQ-135传感器的模拟信号，设置ADC的采样频率、转换模式等，确保采样数据的准确性。

• UART串口初始化：配置串口1（与蓝牙模块连接），设置波特率为9600bps，数据位8位，停止位1位，无校验位，开启串口中断，用于蓝牙通信。

• I2C初始化：配置I2C接口，用于与OLED屏幕、RTC模块通信，设置I2C的通信速率、地址等参数。

• 定时器初始化：配置定时器，用于生成步进电机的驱动信号、UV消毒灯的定时控制等。

• 传感器初始化：初始化DHT11、MQ-135、RTC等传感器，确保传感器能够正常采集数据。

• OLED屏幕初始化：初始化OLED屏幕，清除屏幕显示，设置显示模式和字体大小，为后续显示做准备。

4.3 各功能模块软件设计

系统软件采用模块化设计，各功能模块独立编写，通过主程序调用实现协同工作，以下分别介绍各核心功能模块的软件设计。

4.3.1 传感器数据采集模块

该模块负责控制各传感器采集数据，并对采集到的数据进行处理，确保数据的准确性，具体设计如下：

• DHT11温湿度采集：通过单片机IO口向DHT11发送启动信号，等待传感器响应，然后接收传感器返回的40位数据（包括湿度整数位、湿度小数位、温度整数位、温度小数位、校验位），对数据进行校验，校验通过后，提取温湿度数据，存储到相应的变量中；若校验失败，重新采集数据，确保数据准确。

• 光敏传感器数据采集：通过ADC接口采集光敏传感器的分压电压，将模拟信号转换为数字信号（0~4095），根据分压公式计算出对应的光强值（lux），并进行滤波处理（采用滑动平均滤波法），减少数据波动，提高检测精度。

• 光电传感器数据采集：通过单片机IO口检测光电传感器的输出电平，若电平为低电平，说明柜门关闭；若为高电平，说明柜门打开，将柜门状态存储到变量中，供后续逻辑判断使用。

• MQ-135空气质量采集：通过ADC接口采集MQ-135传感器的模拟输出电压，转换为数字信号，根据传感器的特性曲线，将数字信号转换为空气质量浓度值（ppm），进行滤波处理，存储到变量中。

• RTC时间采集：通过I2C接口读取DS3231 RTC模块的时间数据（年、月、日、时、分、秒），将时间数据转换为相应的格式，存储到变量中，用于UV消毒灯的定时控制和屏幕显示。

数据采集周期设置为1秒，即每1秒采集一次各传感器的数据，确保数据的实时性。

4.3.2 显示模块软件设计

显示模块采用OLED屏幕，用于实时显示系统的各项信息，软件设计主要包括屏幕显示初始化、数据显示更新等功能：

• 屏幕显示布局：将OLED屏幕分为多个区域，分别显示温湿度、空气质量、光强、当前时间、系统模式（自动/手动）、各执行器状态（风扇、加热片、消毒灯等的开启/关闭）。

• 数据显示更新：每1秒更新一次屏幕显示，将采集到的温湿度、空气质量、光强、时间等数据显示到对应的区域；当系统模式或执行器状态发生变化时，及时更新显示内容，确保用户能够实时了解系统运行状态。

• 参数设置显示：当用户通过按键调节参数（如温湿度阈值、消毒时间）时，屏幕显示参数调节界面，实时显示当前调节的参数值，方便用户操作。

4.3.3 逻辑判断与执行器控制模块

该模块是系统的核心，负责根据传感器采集的数据和用户预设的参数，进行逻辑判断，生成控制指令，控制各执行器动作，分为自动模式和手动模式两种控制逻辑。

4.3.3.1 自动模式控制逻辑

自动模式下，系统根据预设的阈值和逻辑，自动控制各执行器动作，无需用户手动操作：

• 温湿度控制：将采集到的温湿度数据与预设阈值进行比较，若温度低于预设下限或湿度高于预设上限，开启加热片和风扇（加热除湿）；若温度高于预设上限或湿度低于预设下限，开启风扇（通风降温/干燥）；当温湿度达到预设范围时，关闭相应的执行器。

• UV消毒控制：读取当前时间，判断是否处于用户预设的消毒时间段内；同时检测柜门状态，若柜门关闭且处于消毒时间段内，开启UV消毒灯，消毒时间到后自动关闭；若柜门打开，立即关闭消毒灯，确保安全。

• 光照控制：将采集到的光强数据与预设阈值进行比较，若光强低于预设阈值，且柜门打开（用户取放衣物），开启LED灯；若光强高于预设阈值，或柜门关闭，关闭LED灯（消毒期间除外）。

• 空气质量报警控制：将采集到的空气质量浓度值与预设阈值进行比较，若浓度值超过阈值，触发有源蜂鸣器报警，同时开启风扇通风；当浓度值低于阈值时，关闭蜂鸣器和风扇。

4.3.3.2 手动模式控制逻辑

手动模式下，用户通过按键或蓝牙APP控制各执行器的开启与关闭，不受传感器数据和预设阈值的影响：

• 按键控制：通过预设的按键，分别控制风扇、加热片、UV消毒灯、LED灯的开启与关闭；通过按键控制步进电机的正转、反转，实现挂衣架的升降。

• 蓝牙APP控制：用户通过手机APP发送控制指令，单片机通过蓝牙模块接收指令，根据指令控制相应的执行器动作；同时，单片机将当前执行器状态反馈给APP，显示在APP界面上。

4.3.4 蓝牙通信模块软件设计

蓝牙通信模块负责实现单片机与手机APP之间的双向通信，软件设计主要包括串口中断处理、数据发送与接收等功能：

• 串口中断处理：开启串口1中断，当蓝牙模块接收到APP发送的数据时，触发串口中断，单片机读取接收缓冲区的数据，解析指令内容，根据指令控制相应的执行器动作。

• 数据发送：每1秒，单片机通过串口1向蓝牙模块发送一次传感器采集的数据（温湿度、空气质量、光强、时间、系统状态等），蓝牙模块将数据转发给手机APP，APP接收数据后进行显示。

• 指令解析：预设通信协议，APP发送的指令采用特定的格式（如“Fan=1”表示开启风扇，“Fan=0”表示关闭风扇），单片机接收指令后，解析指令中的操作对象和操作指令，执行相应的动作，并返回执行结果给APP。

4.3.5 按键交互模块软件设计

按键交互模块负责处理用户的按键操作，实现模式切换、参数调节、手动控制等功能，软件设计采用按键消抖处理，确保按键操作的准确性：

• 按键消抖：采用延时消抖法，当检测到按键按下时，延时10ms后再次检测按键电平，若仍为低电平，确认按键按下；按键松开时，同样延时10ms确认，避免按键抖动导致的误操作。

• 模式切换：通过模式切换按键，实现自动模式与手动模式的切换，切换时在OLED屏幕上显示当前模式，同时重置执行器状态。

• 参数调节：通过参数调节按键、确认按键、取消按键，调节温湿度阈值、消毒时间段、时间等参数，调节过程中实时在屏幕上显示参数值，确认后保存参数，取消则放弃调节。

• 手动控制：手动模式下，通过相应的按键控制各执行器的开启与关闭，以及步进电机的升降。

4.3.6 主程序设计

主程序是系统软件的核心，负责调用各功能模块，实现系统的整体运行逻辑，主程序流程如下：

4.4 蓝牙APP设计

蓝牙APP采用Android Studio开发，主要实现与单片机的蓝牙连接、实时数据显示、远程控制等功能，APP界面设计简洁、操作便捷，具体功能如下：

• 蓝牙连接：APP启动后，自动搜索周围的蓝牙设备，显示蓝牙设备名称和地址，用户可选择BT04A蓝牙模块进行连接，连接成功后显示连接状态。

• 实时数据显示：APP接收单片机发送的温湿度、空气质量、光强、当前时间、系统模式等数据，在界面上实时显示，数据更新周期为1秒。

• 远程控制：APP界面设置各执行器的控制按钮（风扇、加热片、消毒灯、LED灯的开启/关闭，步进电机的升降），用户点击按钮，APP发送相应的控制指令，单片机接收指令后执行动作，同时APP更新执行器状态显示。

• 参数设置：APP支持远程调节温湿度阈值、消毒时间段等参数，用户输入参数值后，APP发送参数指令，单片机接收后保存参数并应用。

APP采用Java语言编写，调用Android系统的蓝牙API，实现蓝牙通信功能；界面采用XML布局，设计多个控件（文本框、按钮、进度条等），用于数据显示和操作控制。

第五章 系统测试与调试

5.1 测试目的与测试环境

5.1.1 测试目的

系统测试的目的是验证基于STM32的智能衣柜系统的各项功能是否符合设计要求，性能是否达到预设指标，排查系统中存在的问题并进行调试，确保系统运行稳定、可靠、便捷，能够满足用户的实际使用需求。

5.1.2 测试环境

搭建系统测试平台，测试环境如下：

• 硬件环境：STM32F103C8T6单片机开发板、各传感器（DHT11、MQ-135等）、执行器（风扇、加热片等）、蓝牙模块、OLED屏幕、按键、电源模块、衣柜模型（用于模拟实际应用场景）。

• 软件环境：Keil MDK5（程序调试）、Android手机（安装蓝牙APP）、串口助手、蓝牙调试助手、Proteus（仿真测试）。

• 测试环境条件：室温25℃，湿度50%RH，光照强度500lux，无明显电磁干扰，确保测试结果的准确性。

5.2 硬件测试与调试

硬件测试主要针对各硬件模块的连接和工作状态进行测试，排查硬件电路中的故障，确保各模块能够正常工作，具体测试内容和结果如下：

• 单片机最小系统测试：给单片机供电，通过串口助手发送调试信息，观察单片机是否正常响应，测试结果显示，单片机能够正常启动，串口通信正常，最小系统工作稳定。

• 传感器模块测试：分别测试DHT11、光敏传感器、光电传感器、MQ-135、RTC模块，观察传感器是否能够正常采集数据，数据是否准确。测试结果显示，各传感器采集的数据准确，响应迅速，无明显误差，符合设计要求。

• 执行器模块测试：给各执行器供电，通过单片机发送控制指令，观察执行器是否能够正常动作。测试结果显示，风扇、加热片、消毒灯、LED灯能够正常开启和关闭，步进电机能够正常转动，蜂鸣器能够正常发声，执行器工作稳定。

• 蓝牙模块测试：将蓝牙模块与单片机连接，通过蓝牙调试助手与手机建立连接，发送和接收数据，测试结果显示，蓝牙通信稳定，通信距离≥10m，数据传输无丢失、无错误。

• 显示与交互模块测试：给OLED屏幕供电，观察屏幕是否能够正常显示，按键是否能够正常操作。测试结果显示，OLED屏幕显示清晰，数据更新及时，按键操作准确，无误触发。

硬件调试过程中，遇到的主要问题及解决方法：

• 问题1：OLED屏幕显示乱码。解决方法：检查I2C接口接线是否正确，重新配置I2C通信参数，调整屏幕初始化程序，确保通信正常。

• 问题2：蓝牙模块无法与手机连接。解决方法：检查蓝牙模块接线（确保VCC接3.3V），重启蓝牙模块和手机，确认蓝牙模块处于可配对状态，重新配对连接。

• 问题3：步进电机转动异常。解决方法：检查步进电机与驱动模块的接线，调整电机驱动程序中的脉冲频率和顺序，确保电机正常转动。

5.3 软件测试与调试

软件测试主要针对各功能模块的程序进行测试，验证程序的正确性和稳定性，排查程序中的bug，确保系统各项功能能够正常实现，具体测试内容和结果如下：

• 传感器数据采集测试：运行程序，观察OLED屏幕显示的传感器数据，与实际环境参数进行对比，测试结果显示，数据采集准确，更新及时，符合设计要求。

• 自动模式功能测试：设置温湿度阈值、消毒时间段等参数，将系统切换到自动模式，改变环境参数（如增加湿度、降低光强），观察执行器是否能够自动响应。测试结果显示，系统能够根据环境参数自动控制执行器动作，温湿度调控、消毒、光照控制等功能正常。

• 手动模式功能测试：将系统切换到手动模式，通过按键和蓝牙APP控制各执行器，观察执行器是否能够正常动作。测试结果显示，按键和APP控制均有效，执行器响应迅速，手动控制功能正常。

• 蓝牙通信功能测试：通过APP与单片机建立连接，发送控制指令，观察单片机是否能够执行相应动作；同时观察APP是否能够接收单片机发送的实时数据。测试结果显示，蓝牙通信正常，指令执行准确，数据显示实时。

• 参数调节功能测试：通过按键和APP调节温湿度阈值、消毒时间段等参数，观察参数是否能够正常保存和应用。测试结果显示，参数调节功能正常，保存的参数能够正确应用到系统中。

软件调试过程中，遇到的主要问题及解决方法：

• 问题1：DHT11采集数据偶尔出错。解决方法：优化数据采集程序，增加数据校验次数，采用滑动平均滤波法对采集到的数据进行处理，减少数据波动。

• 问题2：自动模式下执行器动作延迟。解决方法：优化程序逻辑，减少数据处理时间，调整传感器采集周期，提高系统的响应速度。

• 问题3：蓝牙数据传输偶尔丢失。解决方法：优化串口中断程序，增加数据重发机制，确保数据传输的可靠性。