一款智能鞋柜的設計和開發(fā)

趙宇東　陳坤

摘要：本文圍繞51系列單片機，利用各種MQ系列傳感器以及溫濕度傳感器來對鞋柜內(nèi)部的空氣質(zhì)量進行采集，并把采集到的數(shù)據(jù)進行分析采集到的數(shù)據(jù)，來控制智能鞋盒中的加熱除濕、殺菌除臭等功能，這些功能可以有效得解決普通鞋柜在殺菌消毒、除塵、除臭等方面功能不足的缺陷，它在智能家居方面有著十分的新穎的應用價值。

Abstract： Based on 51 series single chip microcomputer， this paper uses various MQ series sensors and temperature and humidity sensors to collect the air quality inside the shoe cabinet， and analyzes the collected data to control the functions of heating， dehumidification， sterilization and deodorization in the intelligent shoe box. These functions can effectively solve the functions of common shoe cabinet in sterilization， dust removal and deodorization. It has a very novel application value in smart home.

關鍵詞：51單片機;加熱除濕;殺菌除臭;氣體傳感器

Key words： 51 single chip microcomputer;heating and dehumidification;sterilization and deodorization;gas sensor

中圖分類號：TP273+.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）14-0218-03

1? 研發(fā)的背景

隨著科技的飛速發(fā)展，人們不僅關注衣食住行這些必要的方面而且對自身的監(jiān)控方面也越來越重視，但是人們的目光總是忽略了對足部方面的重視，總是在患病后才知道保持足部的衛(wèi)生也是必不可少的一步。

中醫(yī)有這么一句話：百病源于足，人的雙腳不僅可以幫助人們行走，而且還起到了運行自身氣血，溝通內(nèi)外，貫穿上下的奇特功能，而且在現(xiàn)代醫(yī)學中也同時證明了這個觀點，線代醫(yī)學認為，腳是人的第二個心臟，和全身的器官有著很大的聯(lián)系。據(jù)有關資料顯示，在我國10個人中就會有5個以上患有足部疾病，這個現(xiàn)象在成年人中，10個人中更是高達7人以上，雖然患病的比例這么大，但是還只有百分之23的病人需求治療，更多的人都覺得足部的健康和身體其他部位毫無關系，這種觀點是錯誤的。

真菌感染和感染人口問題的蔓延不容忽視，在一個家庭中在一個家庭中如果有一個家庭成員患上真菌病等足部疾病，如果不注意個人衛(wèi)生，這個人的腳部皮膚就會成為真菌的天堂，會不斷外部擴散，如果不注意足部衛(wèi)生，一些污垢和真菌就會藏在指甲中，這里是環(huán)境十分適合真菌的生長繁殖。

注意個人衛(wèi)生，經(jīng)常換洗鞋襪等等防控的行為并不能從根本上解決患病問題，真菌在自然界中有十分強大的繁殖能力和傳播速度，如何要徹徹底底的解決它，必須從根本上抑制真菌的傳播和繁殖，同時也不能給他們傳播的機會。

在許多的家庭中，鞋柜一直會被放置在客廳門的周圍，顯得十分的單調(diào)，而且在實用性上發(fā)展的不是很好。同時，鞋柜除了放智鞋子同時也扮演著儲放雜物的角色。人們經(jīng)常在鞋柜上會被放滿這種雜物，比如：鑰匙，錢包，發(fā)票等等。而且在它的內(nèi)部里呢，會有各種不同形狀和顏色的鞋子存在著，在表面上鞋柜為人們的生活帶來了許多便利，其實它確是最容易被忽視的家具。

鞋柜的發(fā)展歷史由剛開始的鞋子隨意擺放，沒有鞋柜的這個概念，到由一些木架制作而成的簡易型的鞋柜，到現(xiàn)在每家每戶中都有的十分精致的鞋柜的現(xiàn)象，現(xiàn)在所出產(chǎn)的鞋柜與之前的鞋柜相對比，雖然在審美上有力很大的改變，但是從根本來增加鞋柜的功能是十分困難的，所以現(xiàn)在有了電子鞋柜的出產(chǎn)。

智能鞋柜可以有效的對真菌的傳播進行抑制，智能鞋柜有著兩個主要的功能：第一個就是加熱除濕功能，它從真菌喜陰納涼的本質(zhì)進行出發(fā)，它對鞋柜內(nèi)部進行加熱來提高內(nèi)部的溫度;第二個功能就是殺菌除臭功能，它可以利用臭氧發(fā)生器來從根源上來對鞋柜進行殺菌。

2? 設計目標

本文闡述了一款基于51單片機作為控制器的智能鞋柜的設計，它可以有效地殺死鞋柜內(nèi)部的細菌，來減少足部的異味;同時智能鞋柜還有著對鞋柜內(nèi)部加熱除濕等功能。此鞋柜還可以有效的減少足部的患病幾率，并可以減少由于不注意足部衛(wèi)生而導致的異味。

3? 硬件的選型

3.1 單片機的選型

經(jīng)過篩選，我最終選擇型號為AT89C52的51單片機作為本設計中的微控制器，它是國外一個名為ATMEL的公司所出產(chǎn)的一個具有電壓相對其他芯片較低和具有極高性能8位單片機，AT89C52芯片內(nèi)部有著8k比特位的可重復擦寫的存儲器和256比特位的可存取的數(shù)據(jù)存儲器，這個企業(yè)出產(chǎn)的產(chǎn)品具有密度較大的生產(chǎn)技術，此型號的單片機可以達到與的MCS-51指令系統(tǒng)相兼容，AT89C52 MCU的里面同時也具備著一個8位的中央處理器還有一個存儲單元，此芯片的功能十分強大甚至可以會被應用到生活中的很多場合。

3.2 加熱除濕系統(tǒng)的選型

系統(tǒng)的除濕功能選擇為PTC加熱與加熱除濕，同時利用散熱風扇來對鞋柜內(nèi)部進行散熱，這個選擇不僅能有效的進行加熱加熱除濕處理，還能在節(jié)能方面有所提升，在PTC加熱陶瓷之，它內(nèi)部所含有的發(fā)熱體的熱阻非常小，因此可以有效的增加電能轉(zhuǎn)為熱能的轉(zhuǎn)換率，通氣風扇采用5V低功率機箱散熱風扇，既能節(jié)約能量又能起到通風換氣的效果。

3.3 溫濕度檢測系統(tǒng)的選型

DHT11是一個數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器，其內(nèi)部的數(shù)據(jù)如表1。

DHT11傳感器，這個傳感器應用了數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，因此這個傳感器有著很高的精準度和穩(wěn)定性，這個溫濕度傳感器可以和一個MCU的GPIO連接起來。該傳感器還有著的品質(zhì)十分的高而且數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性也極好，而且DHT11溫濕度傳感器在出廠前都在專業(yè)的溫濕度校驗室中進行校準。校準的數(shù)據(jù)存在溫濕度傳感器內(nèi)部中的存儲器中，溫濕度傳感器工作時在檢測溫度和濕度的過程中必須要使用之前出廠時在存儲器內(nèi)部儲存的數(shù)據(jù)。此型號傳感器最大的優(yōu)點就是它有著單線制串行接口，占引腳數(shù)量很少，可以在單片機的開發(fā)中變得簡單。同時，DHT11溫濕度傳感器中的體積很小、也有著低功耗的功能，這個型號的傳感器有著三個引腳，方便連接。

3.4 殺菌除臭系統(tǒng)的選型

通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，對鞋中臭味所含的氨、甲硫醇等氣體成分進行氧化分解，從而達到除臭的目的。智能鞋柜內(nèi)部的負離子發(fā)生器可以發(fā)出負離子，產(chǎn)生的負離子可以將空氣中的細菌和灰塵等雜質(zhì)進行處理，來實現(xiàn)殺菌除臭的功能。

3.5 氣體檢測系統(tǒng)的選型

氣體檢測系統(tǒng)選擇為MQ-4氣體傳感器，這個MQ-4氣體傳感器采用的材料為金屬半導體，這個半導體的活性相對很高，這個材質(zhì)常用的如SnO2。有著以下的特性：①受氧氣分壓的影響;②氣敏特性;③傳感器響應特性;④受溫度和濕度的影響;⑤長期穩(wěn)定性;⑥加熱器電壓的影響。

4? 系統(tǒng)整體的方案

本文中的智能鞋柜設計采用了51單片機作為微控制器，將DHT11溫濕度傳感器和MQ系列氣體傳感器所輸出的數(shù)據(jù)進行采集，對采集得到的數(shù)據(jù)進行和處理，用得到的數(shù)據(jù)針對不同的氣體濃度來控制打開或關閉相對應的模塊功能，圖1為硬件系統(tǒng)的模塊圖。

溫度傳感器DHT11通過GPIO將數(shù)據(jù)輸入到單片機中，DHT11溫濕度模塊共有三個引腳引腳1 VCC接3.3V-5V，引腳2 GND外接單片機的GND，引腳3接單片機中的GPIO。通過對溫度和濕度的檢測，當濕度過高時，會給微生物提供一個很生存空間，所以當檢測到濕度過高時，會把加熱除濕系統(tǒng)打開，對鞋柜內(nèi)部進行一個除濕處理。

本設計采用MQ系列傳感器中的MQ-4傳感器，這個傳感器可以把測量出甲烷的氣體，因為據(jù)有關資料顯示，鞋中異味會發(fā)出適量的甲烷氣體，這個傳感器可以檢測出來鞋柜中是否會出現(xiàn)異味，從而決定是否開啟殺菌除臭系統(tǒng)。

通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，對鞋中臭味所含的氨、甲硫醇等氣體成分進行氧化分解，從而達到除臭的目的。智能鞋柜內(nèi)部的負離子發(fā)生器可以發(fā)出負離子，產(chǎn)生的負離子可以將空氣中的細菌和灰塵等雜質(zhì)進行處理，來實現(xiàn)殺菌除臭的功能。

本文中的智能鞋柜系統(tǒng)中的除濕部分選擇為PTC加熱來進行對鞋柜內(nèi)部加熱除濕，在同時利用散熱風扇對鞋柜內(nèi)部進行換氣，這個設計不僅能有效的對鞋柜內(nèi)部的環(huán)境進行加熱處理，還能在節(jié)能方面有所提升，加熱陶瓷內(nèi)部有著發(fā)熱體，它的熱阻十分的小，因此可以有效的增加電能轉(zhuǎn)為熱能的轉(zhuǎn)換率，既能節(jié)能又能起到除濕的效果，項目效果圖如圖2。

5? 結(jié)果和展望

本設計針對普通鞋柜在對足部衛(wèi)生的不足之處，研發(fā)了一款具有一定的創(chuàng)新性和實際意義的智能鞋柜，可以利用智能鞋柜可以對鞋子進行殺菌、除臭、除濕、除潮和排風打掃清潔等功能，彌補了普通鞋柜在殺菌消毒和加熱除濕這方面的空缺，并且在市場上和單片機系統(tǒng)開發(fā)上具有一定的應用價值。

參考文獻：

[1]李鑫，韓均雷，蘇勇勇，等.智能鞋柜發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].電子世界，2016（01）：62-63.

[2]賀婷.基于FPGA的智能鞋柜控制系統(tǒng)設計[J].電腦知識與技術，2012（07）：127-128.

[3]王佳權，王皓，陳少勇，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能鞋柜系統(tǒng)設計[J].電子技術應用，2017，043（003）：84-87，91.