基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全自動(dòng)智能鞋柜

何逢春

（長春工程學(xué)院，吉林 長春 130012）

0 引言

隨著生活水平的提高，人們越來越追求更高品質(zhì)的生活。對于生活物品的歸類整理是使得居住環(huán)境舒適的第一步，其中對于鞋子的整理與護(hù)理是至關(guān)重要的一步。從最開始鞋子的亂擺亂放到逐漸出現(xiàn)簡單木架鞋柜再到精致鞋柜以及電子鞋柜。在這個(gè)發(fā)展過程中，鞋柜的外形、材質(zhì)及功能等方面都發(fā)生了很大的變化，以滿足人們的多元化需求[1]。

當(dāng)今時(shí)代，人們越來越追求智能便捷的生活方式，人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等在日常生活中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示，在日常生活中人們越來越重視自己的穿衣搭配，因此對鞋子的要求也變得多樣化，每個(gè)人都擁有許多雙不同類型的鞋，方便在不同的場合使用；但整理鞋子又是一項(xiàng)比較麻煩費(fèi)時(shí)的事情，對于生活節(jié)奏越來越快的成年人來說根本沒有時(shí)間對鞋子進(jìn)行整理和護(hù)理。其次，由于人們的存取鞋操作還很傳統(tǒng)，所以設(shè)計(jì)出一款真正能夠讓人心滿意足的鞋柜是有必要的。基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，我們設(shè)計(jì)出一款全自動(dòng)智能鞋柜，該鞋柜有更多的護(hù)理功能且操作簡單方便，能極大方便人們的生活。

1 工作原理

該產(chǎn)品主要是通過手機(jī)APP和功能鍵按鈕來控制鞋柜柜體的轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到存取鞋的目的，同時(shí)完成相應(yīng)的護(hù)理功能如：通風(fēng)、防潮、殺菌、除臭、烘干等功能；在控制板塊主要是利用arduino板編寫控制程序，通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用藍(lán)牙模塊將手機(jī)APP和鞋柜連接，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)APP對鞋柜的整體控制功能；此外，鞋柜上部的控制板上面的功能按鈕也具有同樣的控制作用，在傳動(dòng)方面主要是通過減速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪鏈條的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)柜體整體的運(yùn)轉(zhuǎn)功能，達(dá)到用戶的目的；LCD顯示屏可以顯示溫度、濕度、日期、時(shí)間等參數(shù)，給用戶一個(gè)很好的反饋；利用手機(jī)APP將鞋柜底部的機(jī)器人底盤進(jìn)行連接，方便了對鞋柜的移動(dòng)，大大方便了用戶生活。

2 設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)組成

2.1 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是設(shè)備的關(guān)鍵系統(tǒng)，通過arduino板編寫控制程序，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用藍(lán)牙模塊將手機(jī)APP和鞋柜連接，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP對鞋柜的整體控制功能（利用手機(jī)APP上的虛擬按鈕控制柜體循環(huán)運(yùn)動(dòng)，通風(fēng)防潮、殺菌消毒等功能）。

2.2 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是通過減速電機(jī)帶動(dòng)齒輪鏈條傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)柜體的運(yùn)動(dòng)功能，整個(gè)運(yùn)動(dòng)速度可三級調(diào)節(jié)。電機(jī)和主動(dòng)軸之間利用聯(lián)軸器進(jìn)行連接，主動(dòng)軸和鏈輪之間采用鍵連接，利用鏈條將主動(dòng)輪和從動(dòng)輪連接從而帶動(dòng)了整個(gè)柜體的循環(huán)運(yùn)動(dòng)[3]。

減速電機(jī)和傳動(dòng)軸之間采用聯(lián)軸器連接，傳動(dòng)軸和鏈輪之間采用鍵連接。兩傳動(dòng)軸和鋁型材之間采用T型滑塊軸承座和立式外球面軸承座連接。主動(dòng)輪和從動(dòng)輪之間利用鏈條連接，放鞋板和鏈條之間采用自己設(shè)計(jì)的連接件連接從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)柜體的運(yùn)動(dòng)。底部安裝有萬向輪機(jī)器人底盤可以通過手機(jī)APP控制機(jī)器人底盤任意移動(dòng)，帶動(dòng)柜體在房間里的任意地方移動(dòng)，節(jié)省了人力，也方便了用戶對鞋柜底部的清掃工作，即使坐在沙發(fā)上，也能通過機(jī)器人底盤自動(dòng)來到用戶的面前，大大提高了用戶的體驗(yàn)感與使用感。

2.3 護(hù)理系統(tǒng)

護(hù)理系統(tǒng)由活性炭板、PTC發(fā)熱體、超靜音風(fēng)扇和紫外線殺菌燈組成，具有通風(fēng)、除臭、消毒、防潮四大功能，解決了人們鞋子受潮、滋生細(xì)菌等的問題，有效防止了皮膚病的發(fā)生。在結(jié)構(gòu)上：在鞋柜的頂部有存放鞋開口，內(nèi)部對角兩側(cè)安裝紫外線殺菌燈，鞋柜底部安裝PTC發(fā)熱體，右側(cè)安裝超靜音風(fēng)扇。這些功能全部由手機(jī)APP操控，自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控啟停，保證鞋柜內(nèi)部鞋子的干燥清潔。

2.4 顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)采用LCD顯示屏安裝在鞋柜外部，顯示溫度、時(shí)間、日期等參數(shù)，給用戶一個(gè)很好的反饋指數(shù)，方便用戶外出穿鞋。此外，在操作面板上設(shè)置了5個(gè)功能鍵按鈕，可以完成一鍵啟動(dòng)、一鍵通風(fēng)、一鍵消毒、一鍵殺菌、一鍵烘干等操作配合手機(jī)APP完成雙向操作。

2.5 支架

該智能鞋柜選用鋁型材作為支架，承載力較大，使得齒輪鏈條在傳動(dòng)過程中更加平穩(wěn)；而且它是環(huán)保材料，相較于傳統(tǒng)的鞋柜，在耗材和環(huán)保方面更具有優(yōu)勢。

2.6 電機(jī)

該智能鞋柜選用120w可調(diào)節(jié)電機(jī)，電機(jī)接觸面尺寸90＊90。

2.7 軸承座

根據(jù)上下鏈輪的不同需求選用T型滑塊軸承座和立式外球面軸承座兩種型號，使裝配更加簡單，運(yùn)行更加平穩(wěn)。

3 操作流程

通過藍(lán)牙模塊將手機(jī)APP和鞋柜進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；利用鞋柜上部的功能鍵按鈕直接控制相關(guān)電器元件實(shí)現(xiàn)近程連接，通過這兩種控制方式直接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)（包括正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)）、紫外線殺菌燈、超靜音風(fēng)扇、PTC發(fā)熱片和機(jī)器人底盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)護(hù)理功能和運(yùn)動(dòng)功能。當(dāng)用戶需要外出時(shí)，提前選好要穿的鞋子，然后通過手機(jī)APP或直接摁功能鍵按鈕控制電機(jī)工作帶動(dòng)柜體正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，當(dāng)選定的鞋子運(yùn)動(dòng)到出口部位時(shí)，控制電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后就可以取下鞋子，整個(gè)過程可以在用戶家的任何地方進(jìn)行，只需通過控制機(jī)器人底盤使鞋柜自動(dòng)移動(dòng)到用戶面前即可；放鞋的時(shí)候可以選擇空位放入就可，或者按照設(shè)置的分區(qū)對不同季度或不同人群的鞋子進(jìn)行分類擺放[4]。

4 創(chuàng)新技術(shù)特點(diǎn)

4.1 殺菌除臭

鞋柜主要是利用紫外線燈來進(jìn)行殺菌消毒，活性炭板和超靜音風(fēng)扇用來消除異味。紫外線的殺菌作用是由于短波紫外線對微生物的破壞力極強(qiáng)，所以當(dāng)該波段的紫外線照射細(xì)菌體后能有效殺菌。此外，人們定期對鞋子進(jìn)行殺菌、除臭等護(hù)理作用，能有效預(yù)防真菌感染和腳氣病；同時(shí)能夠有效解決癬菌、細(xì)菌滋生等難題，避免交叉感染，實(shí)現(xiàn)健康居家，也能使鞋子穿起來更舒適。

4.2 除濕烘干

鞋柜內(nèi)部安置ptc發(fā)熱片加熱裝置，能對鞋柜內(nèi)部溫度進(jìn)行智能化的調(diào)節(jié)和控制。該裝置能夠確保鞋柜內(nèi)部溫度適合鞋子保養(yǎng)，以免出現(xiàn)因溫度過高導(dǎo)致鞋子脫膠或者因溫度太低導(dǎo)致鞋底硬化、開裂等問題。在該鞋柜中設(shè)計(jì)有專門的烘干區(qū)，并與普通鞋子存放區(qū)分隔開來，方便用戶歸類整理。ptc發(fā)熱片加熱裝置以恒定溫度外加循環(huán)氣流來實(shí)現(xiàn)鞋子烘干。內(nèi)置清新除臭活性炭過濾裝置，有效吸附異味，過濾空氣中各種雜質(zhì)，確保空氣清新。

4.3 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

我們的設(shè)計(jì)方案借鑒智能立式停車場的工作原理把停放車輛的過程改為存取鞋的過程，在此基礎(chǔ)上對裝置進(jìn)行改裝，增加控制系統(tǒng)，利用手機(jī)APP控制實(shí)現(xiàn)對放鞋托板之間的控制。在結(jié)構(gòu)上利用齒輪鏈條的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過電機(jī)的帶動(dòng)完成柜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制鞋的進(jìn)出[5]。打破了傳統(tǒng)的不動(dòng)式鞋柜結(jié)構(gòu)，此外，還對不同的鞋子進(jìn)行了分區(qū)處理，對不同人群、不同季節(jié)鞋子的分類，方便人們對鞋子的整理放置，也方便人們找鞋。

①在結(jié)構(gòu)上打破了傳統(tǒng)的開關(guān)柜門的推拉式結(jié)構(gòu)，改用上部開口的結(jié)構(gòu)，使用戶在存取鞋更為方便。

②手機(jī)藍(lán)牙和功能鍵按鈕的雙向控制系統(tǒng)方便了存取鞋操作。

③柜體循環(huán)運(yùn)動(dòng)思想擴(kuò)展了存儲空間。擴(kuò)大了鞋柜容量，可達(dá)到傳統(tǒng)鞋柜的2～3倍。

④放鞋板設(shè)置分類功能，設(shè)備底部增加了全向輪移動(dòng)裝置，方便了用戶整理鞋子和清掃鞋柜及地面。

⑤顯示系統(tǒng)給用戶一個(gè)很好參考指數(shù)；鞋柜整體成本低廉，運(yùn)行平穩(wěn)，性價(jià)比高。

⑥采用ptc發(fā)熱片、超靜音風(fēng)扇、紫外線殺菌燈和活性炭板，達(dá)到通風(fēng)、防潮、殺菌、除臭的目的。

5 智能鞋柜研究現(xiàn)狀

我國智能家居行業(yè)發(fā)展起步較晚，在2000年才開始逐步發(fā)展，并出現(xiàn)相關(guān)方面的專利；發(fā)展至2010年專利已經(jīng)達(dá)到了135項(xiàng)，到2012年相關(guān)專利數(shù)已經(jīng)突破了400項(xiàng)。也就是說，近年來我國逐漸加大了這方面的重視程度和投入力度，智能家居技術(shù)在不斷突破和創(chuàng)新；在這個(gè)過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了科學(xué)應(yīng)用，逐漸實(shí)現(xiàn)燈具、空調(diào)、洗衣機(jī)等的智能化、自動(dòng)化控制。但目前市場上的鞋柜大多還是功能比較單一且沒有實(shí)現(xiàn)智能化和自動(dòng)化，并且存在存儲空間小、操作方式復(fù)雜等問題，無法滿足人們對高品質(zhì)生活的追求。新智能鞋柜的出現(xiàn)迫在眉睫。

6 智能鞋柜未來的發(fā)展趨勢

目前常用的智能鞋柜總體來看，體積容量和功能無法做到同時(shí)發(fā)展，市場上還沒有一種移動(dòng)性強(qiáng)、效率高、使用方便、操作簡單，具有殺菌消毒、通風(fēng)防潮等功能的智能鞋柜，所以，我們設(shè)計(jì)了這樣一款實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)備，方便了用戶的使用體驗(yàn)；該設(shè)備主要用于智能家居，同樣也可用于酒店賓館、學(xué)校寢室、洗鞋店、干洗店、洗浴足療中心、美容院、養(yǎng)老院等地方，市場面廣大，所以該智能鞋柜的研制具有一定的意義。

7 結(jié)語

隨著生活水平的不斷提升，人們越來越追求更高品質(zhì)的生活，因此對鞋子的要求也更高，越來越注重鞋子的衛(wèi)生程度和舒適度以及對腳的護(hù)理效果等。這些需求的變化，推動(dòng)了鞋柜市場的發(fā)展，智能鞋柜在我國有著巨大的市場潛力。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家居行業(yè)的推廣和應(yīng)用對智能鞋柜的發(fā)展也有著積極的作用，打造全自動(dòng)的智能鞋柜，也需要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與之科學(xué)結(jié)合起來，在綜合考慮當(dāng)前人們的現(xiàn)實(shí)需要、鞋柜的功能結(jié)構(gòu)等的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，如利用手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制智能鞋柜，方便用戶存取鞋操作，同時(shí)優(yōu)化鞋柜的通風(fēng)、防潮、殺菌、消毒、除臭等方面的功能設(shè)計(jì)，以滿足人們的需求。