一種新型智能殺菌鞋柜系統(tǒng)

魏志君，何穎，李雨浪，劉煜

（西安思源學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，陜西西安，710038）

0 引言

在人們?nèi)粘Ｉ钪?，鞋子是行走的工具，沒(méi)有鞋子人們很難長(zhǎng)時(shí)間的行走，然而由于長(zhǎng)時(shí)間包裹在鞋子內(nèi)，腳容易出汗，容易造成細(xì)菌的滋生，而且還會(huì)引起鞋子的變臭或者是。細(xì)菌滋生，然而在很多公共的場(chǎng)合都需要集中放置鞋子，所以為了避免鞋子的相互感染，需要設(shè)置一款基于單片機(jī)的智能鞋柜。該系統(tǒng)不但完成了既定目標(biāo)，且運(yùn)行良好，隨著高檔鞋子的不斷增多，需要護(hù)理的鞋子越來(lái)越多，產(chǎn)品目前及未來(lái)市場(chǎng)需求量極大，具有一定的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義和推廣價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用STM32F103作為主控芯片，系統(tǒng)的輸入主要包括溫濕度模塊，數(shù)據(jù)的讀取需要通過(guò)單片機(jī)，讀取溫濕度模塊數(shù)據(jù)被單片機(jī)采集之后，判斷溫度及濕度情況，將溫濕度數(shù)據(jù)顯示在OLED顯示屏上，OLED屏除了顯示溫濕度數(shù)據(jù)，還顯示鞋柜內(nèi)紫外線及風(fēng)扇的工作狀態(tài)，同時(shí)加設(shè)了WiFi通訊模塊，通過(guò)手機(jī)端直接遠(yuǎn)程監(jiān)控鞋柜里的數(shù)據(jù)情況，鞋柜內(nèi)的門控制采用的是步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)按鍵控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到開(kāi)門或關(guān)門的目的，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，功能齊全，智能鞋柜系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 智能鞋柜系統(tǒng)框架

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

■2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能鞋柜系統(tǒng)通過(guò)STM32核心芯片控制DTH11模塊檢測(cè)周圍環(huán)境溫濕度，將檢測(cè)溫室度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32芯片中，由STM32芯片把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絆LED 屏幕上，如果超過(guò)警戒值蜂鳴器會(huì)報(bào)警，使用手機(jī)控制WiFi模塊打開(kāi)紫外線燈和風(fēng)扇。

■2.2 主控制器電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)電路有主控制芯片、電容、電阻以及晶振等部分組成。單片機(jī)的正常工作離不開(kāi)時(shí)鐘電路，如果沒(méi)有提供時(shí)鐘，程序在執(zhí)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生紊亂，電路不能正常工作。單片機(jī)復(fù)位電路也重要，單片機(jī)程序開(kāi)始執(zhí)行，保證單片機(jī)的正常運(yùn)行，不至于斷電造成某種損失。主控芯片采用STM32F103，控制器電路如圖2所示。

圖2 控制器電路

■2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)的是一端和單片機(jī)IO口連接，一端和電機(jī)連接，這是由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路較大，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)，需借助電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，主要和單片機(jī)的連接時(shí)P12-P15，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

■2.4 LED顯示模塊的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)顯示電路圖如圖4所示。利用VCC和GND給顯示屏供電，OLED 屏幕采用的是IIC模式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，接口少，在控制的時(shí)候只要更換IIC協(xié)議的時(shí)序就可控制系統(tǒng)的顯示。

圖4 系統(tǒng)顯示電路圖

■2.6 溫濕度模塊電路設(shè)計(jì)

溫濕度監(jiān)測(cè)選擇DHT11傳感器，能實(shí)現(xiàn)自我校準(zhǔn)，工作電壓范圍3.3～5.5V/DC，溫度范圍0～55℃，濕度上下限為20%～90%RH，可直接與單片機(jī)相連。傳感器可直接輸出數(shù)據(jù)，體積小、功耗低、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，DHT11模塊如圖6所示。

圖6 DHT11模塊

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

■3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境和編程語(yǔ)言

設(shè)計(jì)選用Keil 4作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件，通過(guò)軟件與硬件的

■2.5 WiFi模塊電路的設(shè)計(jì)

ESP8266是一個(gè)實(shí)用系統(tǒng)，它是內(nèi)置與TCP/IP協(xié)議中。數(shù)據(jù)傳輸部分的電路是和單片機(jī)的通訊端口連接的，實(shí)現(xiàn)手機(jī)和單片機(jī)之間的無(wú)線通訊，WiFi模塊電路圖如圖5所示。結(jié)合，方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。文中采用C語(yǔ)言編寫系統(tǒng)程序。

圖5 WiFi模塊電路圖

■3.2 系統(tǒng)工作流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)初始化完成后，判斷鞋柜內(nèi)是否有鞋子，如果有鞋子開(kāi)始護(hù)理，包括紫外線殺菌、風(fēng)扇通風(fēng)、檢測(cè)溫濕度信息等，如果溫濕度不在20度的范圍內(nèi)，將溫度調(diào)到20度左右，實(shí)現(xiàn)溫度恒定，同時(shí)OLED屏顯示溫濕度數(shù)據(jù)及鞋柜內(nèi)紫外燈風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及其它功能顯示，程序結(jié)束。系統(tǒng)工作流程圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)工作流程圖

（1）顯示子程序流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)初始化，包括單片機(jī)初始化和OLED 屏初始化，初始化完成清空屏幕，保證顯示時(shí)沒(méi)有其它內(nèi)容，再進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，OLED 屏幕顯示是不斷更新的，鞋柜顯示程序流程圖如圖8所示。

圖8 顯示流程圖

（2）DTH11模塊流程設(shè)計(jì)

DHT11模塊的工作流程圖，首先開(kāi)始將初始化OLED屏幕清屏，DHT11開(kāi)始檢測(cè)周圍環(huán)境溫濕度，完成后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32中，主控芯片將傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，鞋柜DHT11程序流程圖，如圖9所示。

圖9 DHT11程序流程圖

（3）WiFi模塊流程設(shè)計(jì)

STM32核心板初始化，啟動(dòng)ESP8266，使用AirLink模式配網(wǎng)，進(jìn)入AirLink模式手機(jī)連路由器，WiFi模式下打開(kāi)APP進(jìn)行一鍵配置，填寫WiFi賬號(hào)密碼，確認(rèn)操作，配網(wǎng)成功，將其連接至2.4G頻段下的WiFi，通過(guò)ESP8266芯片LinkServer函數(shù)連接外部服務(wù)器，向服務(wù)器發(fā)送Socket網(wǎng)絡(luò)連接請(qǐng)求建立連接，通過(guò)誘傳模式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，WiFi模塊流程圖如圖10所示。

圖10 WiFi模塊流程圖

（4）報(bào)警模塊流程設(shè)計(jì)

蜂鳴器實(shí)現(xiàn)在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境中溫濕度監(jiān)測(cè)，并發(fā)現(xiàn)溫濕度超標(biāo)后能夠進(jìn)行報(bào)警操作，為了更直觀設(shè)置了LED屏幕顯示，當(dāng)數(shù)值超標(biāo)蜂鳴器報(bào)警。

4 智能鞋柜的綜合調(diào)試

將WiFi模塊啟動(dòng)，手機(jī)下載機(jī)智云APP，擊右上角的添加，在2.4G頻段下進(jìn)行匹配，成功后進(jìn)入控制界面，四個(gè)信息分別是繼電器1、繼電器2、溫度、濕度，繼電器1代表紫外線燈風(fēng)扇，繼電器2代表在控制界面可以控制紫外線燈和風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)，機(jī)智云手機(jī)APP圖如圖11所示。

圖11 機(jī)智云手機(jī)APP圖

將實(shí)驗(yàn)設(shè)備通電，屏幕顯示鞋柜內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值，還有兩個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)，屏幕下方有兩個(gè)控制按鍵，第一個(gè)按鍵可切換出設(shè)置鞋柜的溫濕度的警戒值，第二個(gè)按鍵可調(diào)節(jié)溫濕度的警戒值，這個(gè)按鍵是個(gè)單增鍵，數(shù)值增長(zhǎng)到99會(huì)重新開(kāi)始，OLED 屏幕顯示圖如圖12所示。當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備打開(kāi)時(shí)，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)的數(shù)值傳送到設(shè)備上，提前將警戒值設(shè)置好，當(dāng)周圍的環(huán)境的溫濕度超過(guò)設(shè)置過(guò)的警戒值時(shí)，蜂鳴器就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，從而打開(kāi)手機(jī)APP對(duì)其進(jìn)行處理。

圖12 OLED 屏幕顯示圖

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)采用STM32作為主控芯片，單片機(jī)作為輸入輸出的控制系統(tǒng)，首先系統(tǒng)的輸入主要包括溫濕度模塊，數(shù)據(jù)的讀取需要通過(guò)單片機(jī)，讀取溫濕度模塊數(shù)據(jù)被單片機(jī)采集之后，單片機(jī)可判斷溫濕度情況，并將溫濕度數(shù)據(jù)顯示在OLED屏上，此外鞋柜內(nèi)紫外線及風(fēng)扇的工作狀態(tài)也會(huì)顯示，同時(shí)加設(shè)了WiFi通訊模塊，手機(jī)端遠(yuǎn)程監(jiān)控鞋柜里的數(shù)據(jù)情況，鞋柜內(nèi)的門控制采用步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)按鍵控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，達(dá)到開(kāi)關(guān)門的目的，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，功能齊全。