一種新型智能殺菌鞋柜系統

魏志君，何穎，李雨浪，劉煜

（西安思源學院 電子信息工程學院，陜西西安，710038）

0 引言

在人們日常生活中，鞋子是行走的工具，沒有鞋子人們很難長時間的行走，然而由于長時間包裹在鞋子內，腳容易出汗，容易造成細菌的滋生，而且還會引起鞋子的變臭或者是。細菌滋生，然而在很多公共的場合都需要集中放置鞋子，所以為了避免鞋子的相互感染，需要設置一款基于單片機的智能鞋柜。該系統不但完成了既定目標，且運行良好，隨著高檔鞋子的不斷增多，需要護理的鞋子越來越多，產品目前及未來市場需求量極大，具有一定的現實應用意義和推廣價值。

1 系統總體結構

本設計采用STM32F103作為主控芯片，系統的輸入主要包括溫濕度模塊，數據的讀取需要通過單片機，讀取溫濕度模塊數據被單片機采集之后，判斷溫度及濕度情況，將溫濕度數據顯示在OLED顯示屏上，OLED屏除了顯示溫濕度數據，還顯示鞋柜內紫外線及風扇的工作狀態，同時加設了WiFi通訊模塊，通過手機端直接遠程監控鞋柜里的數據情況，鞋柜內的門控制采用的是步進電機，通過按鍵控制步進電機的正反轉，達到開門或關門的目的，整個系統結構完整，功能齊全，智能鞋柜系統框架如圖1所示。

圖1 智能鞋柜系統框架

2 系統硬件設計

■2.1 系統總體設計

智能鞋柜系統通過STM32核心芯片控制DTH11模塊檢測周圍環境溫濕度，將檢測溫室度數據傳輸到STM32芯片中，由STM32芯片把數據傳輸到OLED 屏幕上，如果超過警戒值蜂鳴器會報警，使用手機控制WiFi模塊打開紫外線燈和風扇。

■2.2 主控制器電路設計

單片機電路有主控制芯片、電容、電阻以及晶振等部分組成。單片機的正常工作離不開時鐘電路，如果沒有提供時鐘，程序在執行過程中會發生紊亂，電路不能正常工作。單片機復位電路也重要，單片機程序開始執行，保證單片機的正常運行，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 電機驅動模塊設計

實現的是一端和單片機IO口連接，一端和電機連接，這是由于電機驅動的電路較大，無法直接驅動，需借助電機驅動輸出驅動信號，主要和單片機的連接時P12-P15，電機驅動模塊設計如圖3所示。

圖3 電機驅動模塊設計

■2.4 LED顯示模塊的設計

系統顯示電路圖如圖4所示。利用VCC和GND給顯示屏供電，OLED 屏幕采用的是IIC模式進行數據的傳輸，接口少，在控制的時候只要更換IIC協議的時序就可控制系統的顯示。

圖4 系統顯示電路圖

■2.6 溫濕度模塊電路設計

溫濕度監測選擇DHT11傳感器，能實現自我校準，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，可直接與單片機相連。傳感器可直接輸出數據，體積小、功耗低、運行穩定可靠，DHT11模塊如圖6所示。

圖6 DHT11模塊

3 系統軟件設計

■3.1 系統開發環境和編程語言

設計選用Keil 4作為系統開發軟件，通過軟件與硬件的

■2.5 WiFi模塊電路的設計

ESP8266是一個實用系統，它是內置與TCP/IP協議中。數據傳輸部分的電路是和單片機的通訊端口連接的，實現手機和單片機之間的無線通訊，WiFi模塊電路圖如圖5所示。結合，方便實現系統的功能。文中采用C語言編寫系統程序。

圖5 WiFi模塊電路圖

■3.2 系統工作流程設計

系統初始化完成后，判斷鞋柜內是否有鞋子，如果有鞋子開始護理，包括紫外線殺菌、風扇通風、檢測溫濕度信息等，如果溫濕度不在20度的范圍內，將溫度調到20度左右，實現溫度恒定，同時OLED屏顯示溫濕度數據及鞋柜內紫外燈風扇的開關狀態及其它功能顯示，程序結束。系統工作流程圖如圖7所示。

圖7 系統工作流程圖

（1）顯示子程序流程設計

系統初始化，包括單片機初始化和OLED 屏初始化，初始化完成清空屏幕，保證顯示時沒有其它內容，再進行數據顯示，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模塊流程設計

DHT11模塊的工作流程圖，首先開始將初始化OLED屏幕清屏，DHT11開始檢測周圍環境溫濕度，完成后將數據傳輸到主控芯片STM32中，主控芯片將傳輸過來的數據顯示在屏幕上，將數據實時更新，鞋柜DHT11程序流程圖，如圖9所示。

圖9 DHT11程序流程圖

（3）WiFi模塊流程設計

STM32核心板初始化，啟動ESP8266，使用AirLink模式配網，進入AirLink模式手機連路由器，WiFi模式下打開APP進行一鍵配置，填寫WiFi賬號密碼，確認操作，配網成功，將其連接至2.4G頻段下的WiFi，通過ESP8266芯片LinkServer函數連接外部服務器，向服務器發送Socket網絡連接請求建立連接，通過誘傳模式進行數據發送，WiFi模塊流程圖如圖10所示。

圖10 WiFi模塊流程圖

（4）報警模塊流程設計

蜂鳴器實現在監測系統對環境中溫濕度監測，并發現溫濕度超標后能夠進行報警操作，為了更直觀設置了LED屏幕顯示，當數值超標蜂鳴器報警。

4 智能鞋柜的綜合調試

將WiFi模塊啟動，手機下載機智云APP，擊右上角的添加，在2.4G頻段下進行匹配，成功后進入控制界面，四個信息分別是繼電器1、繼電器2、溫度、濕度，繼電器1代表紫外線燈風扇，繼電器2代表在控制界面可以控制紫外線燈和風扇的開關，機智云手機APP圖如圖11所示。

圖11 機智云手機APP圖

將實驗設備通電，屏幕顯示鞋柜內的環境監測數據值，還有兩個繼電器的開關，屏幕下方有兩個控制按鍵，第一個按鍵可切換出設置鞋柜的溫濕度的警戒值，第二個按鍵可調節溫濕度的警戒值，這個按鍵是個單增鍵，數值增長到99會重新開始，OLED 屏幕顯示圖如圖12所示。當實驗設備打開時，對周圍環境進行監測，將監測的數值傳送到設備上，提前將警戒值設置好，當周圍的環境的溫濕度超過設置過的警戒值時，蜂鳴器就會產生報警，從而打開手機APP對其進行處理。

圖12 OLED 屏幕顯示圖

5 結語

設計采用STM32作為主控芯片，單片機作為輸入輸出的控制系統，首先系統的輸入主要包括溫濕度模塊，數據的讀取需要通過單片機，讀取溫濕度模塊數據被單片機采集之后，單片機可判斷溫濕度情況，并將溫濕度數據顯示在OLED屏上，此外鞋柜內紫外線及風扇的工作狀態也會顯示，同時加設了WiFi通訊模塊，手機端遠程監控鞋柜里的數據情況，鞋柜內的門控制采用步進電機，通過按鍵控制步進電機的正反轉，達到開關門的目的，整個系統結構完整，功能齊全。