CN104042039B - 一种基于mcu的智能储物柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MCU的智能储物柜。柜体内两侧分别安装有升降机构和传送放置机构，柜体下部设有抽屉出口；传送放置机构包括多层上下平行布置的传送带机构、舵机、传动电机、摆臂和定位齿轮，每层传送带机构均包括放置传送带、传送带轴、传动齿轮；升降机构包括升降板、升降电机、蜗轮蜗杆机构、升降板齿轮、齿条和升降齿轮；取出时，抽屉通过放置传送带和升降板传送带移动到升降板上，再经升降机构移动到抽屉出口后取出；放回时，抽屉放置在抽屉出口的升降板上，通过升降机构移动到与放置传送带同一水平高度，并经升降板传送带和放置传送带移动到该层的放置传送带上。本发明结构简单，操作方便，非常利于人们取置放在储物柜高处的物品。

Description

一种基于MCU的智能储物柜

技术领域

本发明涉及一种适于安装在高处的储物柜，特别是涉及一种基于MCU的智能储物柜。

背景技术

随着人们生活水平的提高，各种储物柜进入日常生活中，用于取置物品。为了充分利用空间，保持环境整洁，同时增加操作空间，将储物柜置于高处，是在家居及其他多种场合普遍存在的现象，它可以用在厨房、卧室、书房、药店、超市等储物室中，置物或取物时，只需通过柜体外面的按键或无线遥控器，选择打开的抽屉层，控制电路即刻控制电机转动，将抽屉移到最底层打开，既充分利用了高层空间，也方便个子较矮的人群。

现有技术的储物柜一般是采用直接开关控制电机传动装置实现整个储物柜的升降，这个存在的主要问题是，使储物柜整体升降的升降装置规模宏大，且从外面能看到驱动机构而难于提高美感，储物柜往下降落也有碍于柜体下面放置物品，不能节省空间。

发明内容

针对上述背景技术中的问题，本发明提供了一种基于MCU的智能储物柜，智能控制、结构简单、操作容易、使用方便。

本发明采用的技术方案包括：

柜体内一侧安装有用于竖直升降移动抽屉的升降机构，另一侧安装有用于水平移动并容放抽屉的传送放置机构，升降机构一侧的柜体下部设有抽屉出口；

传送放置机构：包括多层上下平行布置的传送带机构、舵机、传动电机、摆臂和定位齿轮，每层传送带机构均包括放置传送带、两根传送带轴、传动齿轮(10)；放置传送带两侧的两根传送带轴固定安装在柜体上，中间层的放置传送带一侧的柜体上固定安装有舵机，摆臂两端分别连接在舵机和传动电机的输出轴上，传动电机输出轴与定位齿轮同轴连接而带动定位齿轮旋转，放置传送带一侧的传送带轴通过传动齿轮与定位齿轮对应啮合，每层传送带机构的放置传送带上摆放有用于容纳物品的抽屉；

升降机构：包括升降板、升降电机、蜗轮蜗杆机构、升降板齿轮、齿条和升降齿轮；柜体内两边均安装有竖直放置的齿条，两边的齿条之间的升降板上一侧安装有四个依次相互啮合的升降齿轮，四个升降齿轮排布在同一直线上，四个升降齿轮两侧与两边的齿条啮合；四个升降齿轮其中一个升降齿轮经蜗轮蜗杆机构与升降电机连接，升降电机带动升降齿轮旋转从而带动升降板实现升降；升降板上安装有升降板传送带，升降板传送带靠近传送放置机构的传送带轴通过升降板齿轮与对应的传送带机构的传动齿轮啮合；

需要取出时，抽屉通过放置传送带和升降板传送带移动到升降板上，再通过升降机构移动到抽屉出口后取出，抽屉上设有用于方便打开的内凹拉栓；需要放回时，抽屉放置在抽屉出口的升降板上，通过升降机构移动到与放置传送带同一水平高度，并经升降板传送带和放置传送带移动到该层的放置传送带上。

所述的柜体内设有用于实现各个抽屉移动控制的PCB控制器，舵机、传动电机、升降电机和按键均与PCB控制器电连，抽屉出口附近的柜体外壳上设有按键。

所述的PCB控制器包括电源模块、MCU控制模块、驱动模块、按键模块和显示模块；电源模块为MCU控制模块、驱动模块、按键模块和显示模块进行供电，MCU控制模块与电机驱动模块和按键模块连接，MCU控制模块的显示输出接口与LCD显示器的输入接口连接；舵机、传动电机、升降电机均连接到MCU控制模块，按键连接到按键模块。

所述的按键模块采用独立式按键模块或者矩阵式按键模块。

所述的按键以无线遥控器替代，无线遥控器包括无线接收模块和无线发送模块，无线接收模块与MCU控制模块电连接。

所述的四个升降齿轮其中一个升降齿轮经挡圈与蜗轮蜗杆机构中的蜗轮同轴连接，升降电机输出轴与蜗轮蜗杆机构中的蜗杆同轴连接，升降电机通过电机安装座固定在升降板上，蜗杆通过蜗轮安装座安装在电机安装座内。

所述的升降电机和传动电机均为步进电机。

本发明具有以下有益效果：

本发明适于取置放在高处的物品，不仅增大了空间利用率，还方便了个子较矮的人群使用。储物抽屉不仅可实现竖直升降移动，还可实现水平前后移动，使用安全，外观简洁，不占储物柜以外的空间。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的内部结构示意图。

图3是本发明的传动结构示意图。

图4是本发明的柜体正视图。

图5是本发明的柜体内部结构的正视图。

图6是本发明的俯视结构示意图。

图7是本发明的抽屉内凹拉栓细节图。

图8是本发明舵机摆臂连接上层传送齿轮的连接示意图。

图9是本发明舵机摆臂连接下层传送齿轮的连接示意图。

图10是本发明舵机摆臂连接中层传送齿轮的连接示意图。

图11是本发明的蜗轮蜗杆细节图。

图12是本发明的蜗轮蜗杆俯视图。

图13是本发明的蜗轮蜗杆侧视图。

图14是本发明的电路系统框图。

图15是本发明的电源模块电路图。

图16是本发明的MCU控制模块电路图。

图17是本发明的电机驱动模块电路图。

图18是本发明的电机连线电路图。

图19是本发明的独立式按键电路图。

图20是本发明的矩阵式按键电路图。

图21是本发明的LCD显示器的显示接口电路图。

图中：1、柜体，2、升降板，3、抽屉出口，4、抽屉，5、放置传送带，6、传送带轴，7、舵机，8、传动电机，9、摆臂，10、传动齿轮，11、升降电机，12、蜗轮蜗杆机构，13、升降板齿轮，14、齿条，15、升降齿轮，16、按键，17、内凹拉栓，18、蜗杆，19、蜗轮，20、定位齿轮，21、升降板传送带，22、蜗轮安装座，23、挡圈，24、电机安装座。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图作进一步说明。

如图1～图3所示，本发明包括：柜体1内一侧安装有用于竖直升降移动抽屉4的升降机构，另一侧安装有用于水平移动并容放抽屉4的传送放置机构，升降机构一侧的柜体1下部设有抽屉出口3。

如图3、图5、图6所示，传送放置机构：包括多层上下平行布置的传送带机构、舵机7、传动电机8、摆臂9和定位齿轮20，每层传送带机构均包括放置传送带5、两根传送带轴6、传动齿轮10；放置传送带5两侧的两根传送带轴6固定安装在柜体1上，中间层的放置传送带5一侧的柜体1上固定安装有舵机7，舵机7固定在储物柜柜体外壳板内侧，摆臂9两端分别连接在舵机7和传动电机8的输出轴上，传动电机8输出轴与定位齿轮20同轴连接而带动定位齿轮20旋转，舵机7通过摆臂9用于调整定位齿轮20与传动电机8的位置进行上下摆动，放置传送带5一侧的传送带轴6通过传动齿轮10与定位齿轮20对应啮合，每层传送带机构的放置传送带5上摆放有用于容纳物品的抽屉4。

如图1、图2、图5所示，升降机构：包括升降板2、升降电机11、蜗轮蜗杆机构12、升降板齿轮13、齿条14和升降齿轮15；柜体1内两边均安装有竖直放置的齿条14，两边的齿条14之间设有升降板2，两边的齿条14之间的升降板2上一侧安装有四个依次相互啮合的升降齿轮15，四个升降齿轮15排布在同一直线上，四个升降齿轮15两侧与两边的齿条14啮合；四个升降齿轮15其中一个升降齿轮15经蜗轮蜗杆机构12与升降电机11连接，升降电机11带动升降齿轮15旋转从而带动升降板2实现升降；升降板2上安装有升降板传送带21，升降板传送带21靠近传送放置机构的传送带轴通过升降板齿轮13与对应的传送带机构的传动齿轮10啮合。

需要取出时，抽屉4通过放置传送带5和升降板传送带21移动到升降板2上，再通过升降机构移动到抽屉出口3后取出，如图7所示，抽屉4上设有用于方便打开的内凹拉栓17。

需要放回时，抽屉4放置在抽屉出口3的升降板2上，通过升降机构移动到与放置传送带5同一水平高度，并经升降板传送带21和放置传送带5移动到该层的放置传送带5上。

所述的柜体1内设有用于实现各个抽屉4移动控制的PCB控制器，舵机7、传动电机8、升降电机11和按键16均与PCB控制器电连，如图4所示，抽屉出口3附近的柜体1外壳上设有用于控制抽屉移动的按键16。

所述的PCB控制器包括电源模块、MCU控制模块、驱动模块、按键模块和显示模块；电源模块为MCU控制模块、驱动模块、按键模块和显示模块进行供电，MCU控制模块与电机驱动模块和按键模块连接，MCU控制模块的显示输出接口与LCD显示器的输入接口连接；舵机7、传动电机8、升降电机11均连接到MCU控制模块，按键16连接到按键模块。

所述的按键模块采用独立式按键模块或者矩阵式按键模块。可采用独立式按键，每一个按键均与一个P1端口相连；也可采用矩阵式按键，适用于抽屉数量较多时的使用情况。按键16的每一个按键经导线连接到MCU控制模块的P1端口。

所述的按键16以无线遥控器替代，无线遥控器包括无线接收模块和无线发送模块，无线接收模块与MCU控制模块电连接。

如图11～13所示，所述的蜗轮蜗杆机构12主要包括：蜗杆18和蜗轮19，蜗轮蜗杆装置可实现自锁功能。四个升降齿轮15其中一个升降齿轮15经挡圈23与蜗轮蜗杆机构12中的蜗轮19同轴连接，升降电机11输出轴与蜗轮蜗杆机构12中的蜗杆18同轴连接，升降电机11通过电机安装座24固定在升降板2上，蜗杆18通过蜗轮安装座22安装在电机安装座24内。蜗轮19由蜗杆18带动的方向转动，不反方向转动，因为蜗杆18的螺纹开角较小，小于蜗轮19的压力角，所以蜗轮19不能使蜗杆18反方向转动，实现自锁，固定住升降齿轮15。

所述的升降电机11和传动电机8均为步进电机。

本发明中，抽屉4通过传送放置机构在放置传送带5上前后移动，抽屉4通过升降机构在升降板2上竖直升降，当抽屉运动到升降板上，便可随升降板竖直降落到储物柜最底层，通过抽屉内凹拉栓17打开抽屉。本发明结构简单，操作方便，非常利于人们取置放在储物柜高处的物品。

PCB控制器控制舵机7的转动角度，通过摆臂9调整传动电机8和定位齿轮20的位置，使定位齿轮20能与不同层的传动齿轮10啮合。如图8～10所示的采用上中下三层抽屉结构：图8中舵机7控制摆臂9摆动到最上方，使得定位齿轮20与上层的传送带的传动齿轮10啮合；图10中舵机7控制摆臂9摆动到中间，使得定位齿轮20与中间层的传送带的传动齿轮10啮合；图9中舵机7控制摆臂9摆动到最下方，使得定位齿轮20与下层的传送带的传动齿轮10啮合。

所述的舵机7支撑摆臂9、传动电机8和定位齿轮20；定位齿轮20与传动电机8同轴。舵机7可选择PowerHD1501MG，扭力17kg，工作电压4.6--6V，当PCB控制器发出控制信号让舵机转动确定位置，并保持这个角度，这时外力的影响不会让舵机角度产生变化，外力的上限是舵机的最大扭力17kg。

如图14所示，所述的PCB控制器包括：电源模块、MCU控制模块、驱动模块、按键模块、显示模块。

如图15所示，所述的电源模块由电源变压器B，桥式二极管整流电路D1~D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三稳压器（7805）极为简捷方便地搭成，市电接入电源模块再为其他模块进行供电。

如图16所示是MCU控制模块，包括采用AT89C51芯片的单片机U1，40管脚双列直插式封装。其内部有一个高增益反向放大器，通过引脚XTAL1和XTAL2，接晶体振荡器X1和微调电容器C5、C6形成反馈电路，构成稳定的自激振荡器并产生振荡脉冲。

AT89C51有一个复位引脚RST，高电平有效，电阻R1、R2和电容C7构成RC复位电路，SW1为手动复位开关。按下SW1，RST保持高电平，单片机U1进入复位状态，松开SW1，RST变成低电平后退出复位状态，单片机U1开始正常工作。

如图17所示是电机驱动模块电路，电机驱动模块的型号采用ULN2003，ULN2003是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片，由AT89C51芯片产生的脉冲序列和方向控制信号从P3.0~P3.3口输出，直接送入ULN2003芯片的1脚～4脚进行功率放大，达到传动电机8和升降电机11所需的驱动电流和电压，以此驱动电机工作。

如图18所示是电机连线电路图，芯片ULN2003输出四个引脚13脚～16脚连接传动电机8的四根控制引线，通过控制AT89C51芯片P3.0~P3.3四个引脚的输出可以控制传动电机8的旋转方向和旋转速度。升降电机11的控制电路与传动电机8一样，通过控制AT89C51芯片P3.4~P3.7四个引脚的输出来控制。

所述的舵机7已内置驱动板，只需通过AT89C51芯片的P2.7引脚输出控制信号即可控制转动角度。

如图19、图20所示，所述的按键模块可采用独立式按键，每一个按键均与一个P1端口相连；也可采用矩阵式按键，适用于抽屉数量较多时的使用情况。按键按下，一个P1端口变低电平，MCU通过查询方式判断哪个抽屉按键被按下，根据不同按键，MCU分别通过P3.0~P3.3引脚和P3.4~P3.7引脚定时输出PWM信号控制传动电机8和升降电机11转动，通过P2.7引脚控制舵机转动角度。当抽屉放回，按键释放，端口由低电平回归高电平，MCU再控制电机反转，使抽屉返回原处。

如图21所示是LCD显示器的显示接口电路，可采用1602LCD显示器。1602LCD显示器的三根控制引线RS、R/W、E分别连接到AT89C51的P2.0、P2.1、P2.2引脚，VSS和VEE接地，VDD接电源模块的正电压，数字输入端口D0~D7与单片机U1的7个端口P0.0~P0.7相连。

本发明的具体实施过程：

实施例1：

参见附图4、图19~图21。检测是否有按键按下。当控制面板上的按键16，某一抽屉按键被按下时，与该按键相连的AT89C51一个P1端口变低电平，这时，LCD显示器上会显示将要打开的抽屉层。MCU通过查询方式检测到被按下的抽屉层，软件编程跳转到电机执行程序。

实施例2：

参见附图1~图2。升降板2竖直降落到放置传送带5前方。芯片AT89C51的P3.4~P3.7引脚输出PWM控制信号，通过ULN2003芯片控制升降电机11旋转，与升降电机11同轴的蜗杆18带动涡轮19旋转，涡轮19与一个升降齿轮15同轴，升降齿轮15旋转带动与它啮合的齿轮朝反方向旋转，升降板2竖直降落到对应的放置传送带5前方，升降板2与对应的放置传送带5保持同一水平高度。此时芯片AT89C51输出延时信号等待抽屉4运动到升降板2上，为固定住升降齿轮15，采用蜗轮蜗杆装置12实现自锁，因为蜗杆18的螺纹开角较小，小于蜗轮19的压力角，所以蜗轮19不能使蜗杆18反方向转动，实现自锁。

实施例3：

参见附图3、图6、图17、图18。抽屉4通过放置传送带5和升降板传送带21移动到升降板2上。芯片AT89C51的P2.7引脚首先输出控制信号，控制舵机7的转动角度，舵机7通过摆臂9调整传动电机8和定位齿轮20的位置，使定位齿轮20与对应的传动齿轮10啮合，当定位齿轮20与传动齿轮10啮合后，P3.0~P3.3引脚输出PWM控制信号，通过ULN2003芯片控制传动电机8旋转，传动电机8输出轴与定位齿轮20同轴连接而带动定位齿轮20旋转，传动齿轮10旋转带动放置传送带5移动，抽屉4在放置传送带5上向前移动。升降板齿轮13与传动齿轮10是啮合的，传动齿轮10旋转同时带动升降板齿轮13旋转，升降板传送带21移动，有助于抽屉4从放置传送带5移动到升降板2上。

实施例4：

参见附图5~图7。抽屉4随升降板2降落到最底层打开。待抽屉4运动到升降板2上，芯片AT89C51的P3.4~P3.7引脚继续输出PWM控制信号，控制升降电机11旋转直至升降板2降落到最底层，此时可通过内凹拉栓17打开抽屉4。

实施例5：

抽屉返回原处。待抽屉打开后关上，P1的低电平端口返回高电平，这时芯片AT89C51改变P2.7引脚，P3.0~P3.3引脚和P3.4~P3.7引脚的控制信号序列，控制电机反转。首先升降电机11反转带动升降板2上升到放置传送带5前定位，传动齿轮10与升降板齿轮13啮合，接着传动电机8反转，与传动电机8输出轴同轴连接的定位齿轮20带动传动齿轮10旋转，升降板齿轮13与传动齿轮10啮合旋转，可实现抽屉4从升降板传送带21向后移动到放置传送带5，最后返回原处。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于MCU的智能储物柜，其特征在于：柜体（1）内一侧安装有用于竖直升降移动抽屉（4）的升降机构，另一侧安装有用于水平移动并容放抽屉（4）的传送放置机构，升降机构一侧的柜体（1）下部设有抽屉出口（3）；

传送放置机构：包括多层上下平行布置的传送带机构、舵机（7）、传动电机（8）、摆臂（9）和定位齿轮（20），每层传送带机构均包括放置传送带（5）、两根传送带轴（6）、传动齿轮(10)；放置传送带（5）两侧的两根传送带轴（6）固定安装在柜体（1）上，中间层的放置传送带（5）一侧的柜体（1）上固定安装有舵机（7），摆臂（9）两端分别连接在舵机（7）和传动电机（8）的输出轴上，传动电机（8）输出轴与定位齿轮（20）同轴连接而带动定位齿轮（20）旋转，放置传送带（5）一侧的传送带轴（6）通过传动齿轮（10）与定位齿轮（20）对应啮合，每层传送带机构的放置传送带（5）上摆放有用于容纳物品的抽屉（4）；

升降机构：包括升降板（2）、升降电机（11）、蜗轮蜗杆机构（12）、升降板齿轮（13）、齿条（14）和升降齿轮（15）；柜体（1）内两边均安装有竖直放置的齿条（14），两边的齿条（14）之间的升降板（2）上一侧安装有四个依次相互啮合的升降齿轮（15），四个升降齿轮（15）排布在同一直线上，四个升降齿轮（15）两侧与两边的齿条（14）啮合；四个升降齿轮（15）其中一个升降齿轮（15）经蜗轮蜗杆机构（12）与升降电机（11）连接，升降电机（11）带动升降齿轮（15）旋转从而带动升降板（2）实现升降；升降板（2）上安装有升降板传送带（21），升降板传送带（21）靠近传送放置机构的传送带轴通过升降板齿轮（13）与对应的传送带机构的传动齿轮（10）啮合；

需要取出时，抽屉（4）通过放置传送带（5）和升降板传送带（21）移动到升降板（2）上，再通过升降机构移动到抽屉出口（3）后取出，抽屉（4）上设有用于方便打开的内凹拉栓（17）；需要放回时，抽屉（4）放置在抽屉出口（3）的升降板（2）上，通过升降机构移动到与放置传送带（5）同一水平高度，并经升降板传送带（21）和放置传送带（5）移动到该层的放置传送带（5）上。

2.根据权利要求1所述的一种基于MCU的智能储物柜，其特征在于：所述的柜体（1）内设有用于实现各个抽屉（4）移动控制的PCB控制器，舵机（7）、传动电机（8）、升降电机（11）和按键（16）均与PCB控制器电连，抽屉出口（3）附近的柜体（1）外壳上设有按键（16）。

3.根据权利要求2所述的一种基于MCU的智能储物柜，其特征在于：所述的PCB控制器包括电源模块、MCU控制模块、驱动模块、按键模块和显示模块；电源模块为MCU控制模块、驱动模块、按键模块和显示模块进行供电，MCU控制模块与电机驱动模块和按键模块连接，MCU控制模块的显示输出接口与LCD显示器的输入接口连接；舵机（7）、传动电机（8）、升降电机（11）均连接到MCU控制模块，按键（16）连接到按键模块。

4.根据权利要求3所述的一种基于MCU的智能储物柜，其特征在于：所述的按键模块采用独立式按键模块或者矩阵式按键模块。

5.根据权利要求3所述的一种基于MCU的智能储物柜，其特征在于：所述的按键（16）以无线遥控器替代，无线遥控器包括无线接收模块和无线发送模块，无线接收模块与MCU控制模块电连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于MCU的智能储物柜，其特征在于：所述的四个升降齿轮（15）其中一个升降齿轮（15）经挡圈（23）与蜗轮蜗杆机构（12）中的蜗轮（19）同轴连接，升降电机（11）输出轴与蜗轮蜗杆机构（12）中的蜗杆（18）同轴连接，升降电机（11）通过电机安装座（24）固定在升降板（2）上，蜗杆（18）通过蜗轮安装座（22）安装在电机安装座（24）内。

7.根据权利要求1所述的一种基于MCU的智能储物柜，其特征在于：所述的升降电机（11）和传动电机（8）均为步进电机。