一種新型智能電子消毒鞋柜的設計與實現

歐陽亞秋 ，唐宗渤 ，劉洪林

（1.桂林計量檢驗所，廣西 桂林 541004；2.桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

長期以來，國內家具行業對鞋柜的生產只是重復著簡單的裝配過程，而且只能在外觀造型和材料選擇上做出一定的變化。隨著生活水平的提高和生活的改善，人們對家居的概念也在發生變化，對衛生的要求程度有了很大的提高，同樣對腳的護理已日益重視。各種浴足城、洗腳樓遍地開花，對腳部護理形成了一個巨大的市場，而腳部也確實是病菌生存及繁殖較多的地方。出現諸如腳臭、腳氣、腳蘚、腳部潰爛乃至香港腳等腳部疾病，除了個人衛生問題外，最大的原因就是對鞋的日常保養不到位。傳統鞋柜只起簡單的儲存作用，達不到殺菌消毒的效果，智能電子消毒鞋柜的推出將會迎合這一巨大需求，隨著對家具類產品衛生保健作用的重視程度的提升，特別是鞋柜類除了存儲作用外使之具有殺菌消毒輔助功能，使目前普通鞋柜擴展為保健類、智能化的產品是當今鞋柜的發展趨勢。

1 消毒鞋柜的原理

目前國內消毒鞋柜的殺菌原理主要是從消毒碗柜的消毒原理引申而來，基本是沿襲了消毒碗柜所用的幾種殺菌消毒方法，其在鞋柜內設置了臭氧發生器，用臭氧來殺滅鞋內的病菌、抑制霉菌的產生。

但臭氧殺毒有它本身的缺陷：即臭氧濃度達到0.1ppm以上，可起到殺菌除異味作用。然而當臭氧濃度達到0.15 ppm后，臭氧本身就會發出濃烈的惡臭，所以必須在封閉良好的空間類使用，否則一旦泄漏不僅不能起到凈化空氣的目的，反而對使用者的健康存在一定的隱患。

正是由于臭氧的不安全性，為了防止臭氧泄漏，使得臭氧消毒的產品只能采用密封較好的金屬柜體來配合使用，但這樣的消毒鞋柜價格高，而且采用了金屬柜體又不太符合廣大消費者的使用習慣，而家具行業中廣泛使用的中纖板材料因為密封性差，不得不放棄使用臭氧消毒技術，這就造成消毒鞋柜因為消毒方法的局限性使之無法推廣普及。為此，要采用適合中纖板材料使用的殺菌方法才能使消毒鞋柜的成本降下來，并為消費者所接受，本文采用光觸媒技術殺菌和生物分解酶除臭復合技術，使采用中纖板材料的鞋柜升級為消毒鞋柜成為可能。

2 光觸媒智能消毒鞋柜的原理和特點

光觸媒是一種含有納米級的二氧化鈦成份的原料。二氧化鈦作為一種光觸媒，在吸收太陽光或照明光源中的紫外線后，在紫外線能量的激發下發生氧化還原反應，表面形成強氧化性的氫氧自由基和超氧陰離子自由基，把空氣中游離的有害物質及微生物分解成無害的二氧化碳和水，從而達到凈化空氣、殺菌、除臭等目的。目前主要應用在家庭裝修行業的污染處理。

表1所示為本設計所使用的光觸媒產品——怡居光觸媒在相關檢測機構的檢測報告，可以看出，其具有較好的殺菌效果。在鞋柜的內壁均勻涂有這種材料的涂層，而這種涂層具有光催化功能。現在新一代的光觸媒涂料在自然光等微弱光源甚至是無光的條件下，也能起到空氣凈化、殺菌防霉、除臭等功效，并且效果徹底、持久，對人體安全無害。同時采用光觸媒技術和紫外線照射相結合的技術，不但能發揮紫外線自身消毒殺菌的功效，而且還能幫助激活光觸媒完成殺菌的處理，因而使得電子鞋柜的殺菌更徹底，效果更持久。

表1 光觸媒殺菌檢測報告

光觸媒本身在光催化后它的活動空間僅局限于鞋體的表面，所以對鞋內的除臭效果不是非常理想，為此，本設計采用了生物分解酶配合鞋內除臭，使鞋柜的整體消毒效果趨于理想，由表2可以看到這種生物分解酶除臭功能的檢測指標。

表2 生物分解酶除臭檢測報告

3 智能控制及軟件設計

消毒鞋柜最重要功能就是殺菌消毒部分，這部分方案設計一旦落實其他的就是控制部分的設計了，在本方案中對消毒鞋柜增加了祛潮功能，這部分的實現采用了PTC加熱元件和軸流風機的配合，可以在PTC表面形成50°左右的熱風，通過熱風的循環來達到祛潮的效果，為此增加了溫度檢測傳感器和濕度檢測傳感器來實現這一功能。圖1為消毒鞋柜的整體結構。

在本控制方案中采用了如下技術：

（1）彩色真空管顯示技術（VFD）：使系統工作顯示界面動感強烈、美觀；

（2）瑞薩單片機控制，簡化了硬件設計；

（3）集成化的溫/濕度傳感器，安裝更簡單。

電路設計原理圖如圖2所示。

圖2 消毒鞋柜控制系統原理圖

在軟件設計上比較簡單，主要是考慮時間控制和使用習慣，一般定義如下：

（1）自動：30 min（消毒、祛潮）；

（2）祛潮：25 min（PTC、風機控制）；

（3）消毒：10 min（光觸媒、紫外線、分解酶）。

將傳統的只作為儲存功能的鞋柜升級為帶有消毒、除臭等保健功能的消毒鞋柜，是現代家居的發展方向，而光觸媒作為一種無色、無味的納米殺菌材料，不但殺菌理念先進、環保，避免了傳統臭氧需要有電才能工作的缺陷。同時不存在二次污染的問題，能夠在常規情況下實現抗菌和抑菌的功效，特別適合板式家具的應用，同時該方案可以延伸推廣到消毒衣柜、消毒櫥柜等，擴展領域可以到商務酒店、洗衣、浴足、桑拿等大眾場所，對全民的衛生健康有著巨大的作用，產生的經濟和社會效益十分巨大。

[1]岡樹雅一.瑞薩 H8 SLP單片機原理和應用[M].北京：清華大學出版社，2005.

[2]竇振中.PIC系列單片機原理和程序設計[M].北京：北京航天航空大學出版社，1998.

[3]Guide to PIC microcontrollers[M].Prompt Pub.2001.

[4]宋文緒，楊帆.傳感器與檢測技術[M].北京：高等教育出版社，2004.

[5]趙茂泰.智能儀器原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2001.