一款智能鞋柜的设计和开发

赵宇东　陈坤

摘要：本文围绕51系列单片机，利用各种MQ系列传感器以及温湿度传感器来对鞋柜内部的空气质量进行采集，并把采集到的数据进行分析采集到的数据，来控制智能鞋盒中的加热除湿、杀菌除臭等功能，这些功能可以有效得解决普通鞋柜在杀菌消毒、除尘、除臭等方面功能不足的缺陷，它在智能家居方面有着十分的新颖的应用价值。

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.

关键词：51单片机;加热除湿;杀菌除臭;气体传感器

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

中图分类号：TP273+.5                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）14-0218-03

1  研发的背景

随着科技的飞速发展，人们不仅关注衣食住行这些必要的方面而且对自身的监控方面也越来越重视，但是人们的目光总是忽略了对足部方面的重视，总是在患病后才知道保持足部的卫生也是必不可少的一步。

中医有这么一句话：百病源于足，人的双脚不仅可以帮助人们行走，而且还起到了运行自身气血，沟通内外，贯穿上下的奇特功能，而且在現代医学中也同时证明了这个观点，线代医学认为，脚是人的第二个心脏，和全身的器官有着很大的联系。据有关资料显示，在我国10个人中就会有5个以上患有足部疾病，这个现象在成年人中，10个人中更是高达7人以上，虽然患病的比例这么大，但是还只有百分之23的病人需求治疗，更多的人都觉得足部的健康和身体其他部位毫无关系，这种观点是错误的。

真菌感染和感染人口问题的蔓延不容忽视，在一个家庭中在一个家庭中如果有一个家庭成员患上真菌病等足部疾病，如果不注意个人卫生，这个人的脚部皮肤就会成为真菌的天堂，会不断外部扩散，如果不注意足部卫生，一些污垢和真菌就会藏在指甲中，这里是环境十分适合真菌的生长繁殖。

注意个人卫生，经常换洗鞋袜等等防控的行为并不能从根本上解决患病问题，真菌在自然界中有十分强大的繁殖能力和传播速度，如何要彻彻底底的解决它，必须从根本上抑制真菌的传播和繁殖，同时也不能给他们传播的机会。

在许多的家庭中，鞋柜一直会被放置在客厅门的周围，显得十分的单调，而且在实用性上发展的不是很好。同时，鞋柜除了放智鞋子同时也扮演着储放杂物的角色。人们经常在鞋柜上会被放满这种杂物，比如：钥匙，钱包，发票等等。而且在它的内部里呢，会有各种不同形状和颜色的鞋子存在着，在表面上鞋柜为人们的生活带来了许多便利，其实它确是最容易被忽视的家具。

鞋柜的发展历史由刚开始的鞋子随意摆放，没有鞋柜的这个概念，到由一些木架制作而成的简易型的鞋柜，到现在每家每户中都有的十分精致的鞋柜的现象，现在所出产的鞋柜与之前的鞋柜相对比，虽然在审美上有力很大的改变，但是从根本来增加鞋柜的功能是十分困难的，所以现在有了电子鞋柜的出产。

智能鞋柜可以有效的对真菌的传播进行抑制，智能鞋柜有着两个主要的功能：第一个就是加热除湿功能，它从真菌喜阴纳凉的本质进行出发，它对鞋柜内部进行加热来提高内部的温度;第二个功能就是杀菌除臭功能，它可以利用臭氧发生器来从根源上来对鞋柜进行杀菌。

2  设计目标

本文阐述了一款基于51单片机作为控制器的智能鞋柜的设计，它可以有效地杀死鞋柜内部的细菌，来减少足部的异味;同时智能鞋柜还有着对鞋柜内部加热除湿等功能。此鞋柜还可以有效的减少足部的患病几率，并可以减少由于不注意足部卫生而导致的异味。

3  硬件的选型

3.1 单片机的选型

经过筛选，我最终选择型号为AT89C52的51单片机作为本设计中的微控制器，它是国外一个名为ATMEL的公司所出产的一个具有电压相对其他芯片较低和具有极高性能8位单片机，AT89C52芯片内部有着8k比特位的可重复擦写的存储器和256比特位的可存取的数据存储器，这个企业出产的产品具有密度较大的生产技术，此型号的单片机可以达到与的MCS-51指令系统相兼容，AT89C52 MCU的里面同时也具备着一个8位的中央处理器还有一个存储单元，此芯片的功能十分强大甚至可以会被应用到生活中的很多场合。

3.2 加热除湿系统的选型

系统的除湿功能选择为PTC加热与加热除湿，同时利用散热风扇来对鞋柜内部进行散热，这个选择不仅能有效的进行加热加热除湿处理，还能在节能方面有所提升，在PTC加热陶瓷之，它内部所含有的发热体的热阻非常小，因此可以有效的增加电能转为热能的转换率，通气风扇采用5V低功率机箱散热风扇，既能节约能量又能起到通风换气的效果。

3.3 温湿度检测系统的选型

DHT11是一个数字信号输出的温湿度传感器，其内部的数据如表1。

DHT11传感器，这个传感器应用了数字模块采集技术和温湿度传感技术，因此这个传感器有着很高的精准度和稳定性，这个温湿度传感器可以和一个MCU的GPIO连接起来。该传感器还有着的品质十分的高而且数据传输的实时性也极好，而且DHT11温湿度传感器在出厂前都在专业的温湿度校验室中进行校准。校准的数据存在温湿度传感器内部中的存储器中，温湿度传感器工作时在检测温度和湿度的过程中必须要使用之前出厂时在存储器内部储存的数据。此型号传感器最大的优点就是它有着单线制串行接口，占引脚数量很少，可以在单片机的开发中变得简单。同时，DHT11温湿度传感器中的体积很小、也有着低功耗的功能，这个型号的传感器有着三个引脚，方便连接。

3.4 杀菌除臭系统的选型

通过臭氧发生器产生的臭氧，对鞋中臭味所含的氨、甲硫醇等气体成分进行氧化分解，从而达到除臭的目的。智能鞋柜内部的负离子发生器可以发出负离子，产生的负离子可以将空气中的细菌和灰尘等杂质进行处理，来实现杀菌除臭的功能。

3.5 气体检测系统的选型

气体检测系统选择为MQ-4气体传感器，这个MQ-4气体传感器采用的材料为金属半导体，这个半导体的活性相对很高，这个材质常用的如SnO2。有着以下的特性：①受氧气分压的影响;②气敏特性;③传感器响应特性;④受温度和湿度的影响;⑤长期稳定性;⑥加热器电压的影响。

4  系统整体的方案

本文中的智能鞋柜设计采用了51单片机作为微控制器，将DHT11温湿度传感器和MQ系列气体传感器所输出的数据进行采集，对采集得到的数据进行和处理，用得到的数据针对不同的气体浓度来控制打开或关闭相对应的模块功能，图1为硬件系统的模块图。

温度传感器DHT11通过GPIO将数据输入到单片机中，DHT11温湿度模块共有三个引脚引脚1 VCC接3.3V-5V，引脚2 GND外接单片机的GND，引脚3接单片机中的GPIO。通过对温度和湿度的检测，当湿度过高时，会给微生物提供一个很生存空间，所以当检测到湿度过高时，会把加热除湿系统打开，对鞋柜内部进行一个除湿处理。

本设计采用MQ系列传感器中的MQ-4传感器，这个传感器可以把测量出甲烷的气体，因为据有关资料显示，鞋中异味会发出适量的甲烷气体，这个传感器可以检测出来鞋柜中是否会出现异味，从而决定是否开启杀菌除臭系统。

通过臭氧发生器产生的臭氧，对鞋中臭味所含的氨、甲硫醇等气体成分进行氧化分解，从而达到除臭的目的。智能鞋柜内部的负离子发生器可以发出负离子，产生的负离子可以将空气中的细菌和灰尘等杂质进行处理，来实现杀菌除臭的功能。

本文中的智能鞋柜系统中的除湿部分选择为PTC加热来进行对鞋柜内部加热除湿，在同时利用散热风扇对鞋柜内部进行换气，这个设计不仅能有效的对鞋柜内部的环境进行加热处理，还能在节能方面有所提升，加热陶瓷内部有着发热体，它的热阻十分的小，因此可以有效的增加电能转为热能的转换率，既能节能又能起到除湿的效果，项目效果图如图2。

5  结果和展望

本设计针对普通鞋柜在对足部卫生的不足之处，研发了一款具有一定的创新性和实际意义的智能鞋柜，可以利用智能鞋柜可以对鞋子进行杀菌、除臭、除湿、除潮和排风打扫清潔等功能，弥补了普通鞋柜在杀菌消毒和加热除湿这方面的空缺，并且在市场上和单片机系统开发上具有一定的应用价值。

参考文献：

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