一种新型智能杀菌鞋柜系统

魏志君，何颖，李雨浪，刘煜

（西安思源学院 电子信息工程学院，陕西西安，710038）

0 引言

在人们日常生活中，鞋子是行走的工具，没有鞋子人们很难长时间的行走，然而由于长时间包裹在鞋子内，脚容易出汗，容易造成细菌的滋生，而且还会引起鞋子的变臭或者是。细菌滋生，然而在很多公共的场合都需要集中放置鞋子，所以为了避免鞋子的相互感染，需要设置一款基于单片机的智能鞋柜。该系统不但完成了既定目标，且运行良好，随着高档鞋子的不断增多，需要护理的鞋子越来越多，产品目前及未来市场需求量极大，具有一定的现实应用意义和推广价值。

1 系统总体结构

本设计采用STM32F103作为主控芯片，系统的输入主要包括温湿度模块，数据的读取需要通过单片机，读取温湿度模块数据被单片机采集之后，判断温度及湿度情况，将温湿度数据显示在OLED显示屏上，OLED屏除了显示温湿度数据，还显示鞋柜内紫外线及风扇的工作状态，同时加设了WiFi通讯模块，通过手机端直接远程监控鞋柜里的数据情况，鞋柜内的门控制采用的是步进电机，通过按键控制步进电机的正反转，达到开门或关门的目的，整个系统结构完整，功能齐全，智能鞋柜系统框架如图1所示。

图1 智能鞋柜系统框架

2 系统硬件设计

■2.1 系统总体设计

智能鞋柜系统通过STM32核心芯片控制DTH11模块检测周围环境温湿度，将检测温室度数据传输到STM32芯片中，由STM32芯片把数据传输到OLED 屏幕上，如果超过警戒值蜂鸣器会报警，使用手机控制WiFi模块打开紫外线灯和风扇。

■2.2 主控制器电路设计

单片机电路有主控制芯片、电容、电阻以及晶振等部分组成。单片机的正常工作离不开时钟电路，如果没有提供时钟，程序在执行过程中会发生紊乱，电路不能正常工作。单片机复位电路也重要，单片机程序开始执行，保证单片机的正常运行，不至于断电造成某种损失。主控芯片采用STM32F103，控制器电路如图2所示。

图2 控制器电路

■2.3 电机驱动模块设计

实现的是一端和单片机IO口连接，一端和电机连接，这是由于电机驱动的电路较大，无法直接驱动，需借助电机驱动输出驱动信号，主要和单片机的连接时P12-P15，电机驱动模块设计如图3所示。

图3 电机驱动模块设计

■2.4 LED显示模块的设计

系统显示电路图如图4所示。利用VCC和GND给显示屏供电，OLED 屏幕采用的是IIC模式进行数据的传输，接口少，在控制的时候只要更换IIC协议的时序就可控制系统的显示。

图4 系统显示电路图

■2.6 温湿度模块电路设计

温湿度监测选择DHT11传感器，能实现自我校准，工作电压范围3.3～5.5V/DC，温度范围0～55℃，湿度上下限为20%～90%RH，可直接与单片机相连。传感器可直接输出数据，体积小、功耗低、运行稳定可靠，DHT11模块如图6所示。

图6 DHT11模块

3 系统软件设计

■3.1 系统开发环境和编程语言

设计选用Keil 4作为系统开发软件，通过软件与硬件的

■2.5 WiFi模块电路的设计

ESP8266是一个实用系统，它是内置与TCP/IP协议中。数据传输部分的电路是和单片机的通讯端口连接的，实现手机和单片机之间的无线通讯，WiFi模块电路图如图5所示。结合，方便实现系统的功能。文中采用C语言编写系统程序。

图5 WiFi模块电路图

■3.2 系统工作流程设计

系统初始化完成后，判断鞋柜内是否有鞋子，如果有鞋子开始护理，包括紫外线杀菌、风扇通风、检测温湿度信息等，如果温湿度不在20度的范围内，将温度调到20度左右，实现温度恒定，同时OLED屏显示温湿度数据及鞋柜内紫外灯风扇的开关状态及其它功能显示，程序结束。系统工作流程图如图7所示。

图7 系统工作流程图

（1）显示子程序流程设计

系统初始化，包括单片机初始化和OLED 屏初始化，初始化完成清空屏幕，保证显示时没有其它内容，再进行数据显示，OLED 屏幕显示是不断更新的，鞋柜显示程序流程图如图8所示。

图8 显示流程图

（2）DTH11模块流程设计

DHT11模块的工作流程图，首先开始将初始化OLED屏幕清屏，DHT11开始检测周围环境温湿度，完成后将数据传输到主控芯片STM32中，主控芯片将传输过来的数据显示在屏幕上，将数据实时更新，鞋柜DHT11程序流程图，如图9所示。

图9 DHT11程序流程图

（3）WiFi模块流程设计

STM32核心板初始化，启动ESP8266，使用AirLink模式配网，进入AirLink模式手机连路由器，WiFi模式下打开APP进行一键配置，填写WiFi账号密码，确认操作，配网成功，将其连接至2.4G频段下的WiFi，通过ESP8266芯片LinkServer函数连接外部服务器，向服务器发送Socket网络连接请求建立连接，通过诱传模式进行数据发送，WiFi模块流程图如图10所示。

图10 WiFi模块流程图

（4）报警模块流程设计

蜂鸣器实现在监测系统对环境中温湿度监测，并发现温湿度超标后能够进行报警操作，为了更直观设置了LED屏幕显示，当数值超标蜂鸣器报警。

4 智能鞋柜的综合调试

将WiFi模块启动，手机下载机智云APP，击右上角的添加，在2.4G频段下进行匹配，成功后进入控制界面，四个信息分别是继电器1、继电器2、温度、湿度，继电器1代表紫外线灯风扇，继电器2代表在控制界面可以控制紫外线灯和风扇的开关，机智云手机APP图如图11所示。

图11 机智云手机APP图

将实验设备通电，屏幕显示鞋柜内的环境监测数据值，还有两个继电器的开关，屏幕下方有两个控制按键，第一个按键可切换出设置鞋柜的温湿度的警戒值，第二个按键可调节温湿度的警戒值，这个按键是个单增键，数值增长到99会重新开始，OLED 屏幕显示图如图12所示。当实验设备打开时，对周围环境进行监测，将监测的数值传送到设备上，提前将警戒值设置好，当周围的环境的温湿度超过设置过的警戒值时，蜂鸣器就会产生报警，从而打开手机APP对其进行处理。

图12 OLED 屏幕显示图

5 结语

设计采用STM32作为主控芯片，单片机作为输入输出的控制系统，首先系统的输入主要包括温湿度模块，数据的读取需要通过单片机，读取温湿度模块数据被单片机采集之后，单片机可判断温湿度情况，并将温湿度数据显示在OLED屏上，此外鞋柜内紫外线及风扇的工作状态也会显示，同时加设了WiFi通讯模块，手机端远程监控鞋柜里的数据情况，鞋柜内的门控制采用步进电机，通过按键控制步进电机的正反转，达到开关门的目的，整个系统结构完整，功能齐全。