趙宇東　陳坤

摘要：本文圍繞51系列單片機(jī)，利用各種MQ系列傳感器以及溫濕度傳感器來對(duì)鞋柜內(nèi)部的空氣質(zhì)量進(jìn)行采集，并把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析采集到的數(shù)據(jù)，來控制智能鞋盒中的加熱除濕、殺菌除臭等功能，這些功能可以有效得解決普通鞋柜在殺菌消毒、除塵、除臭等方面功能不足的缺陷，它在智能家居方面有著十分的新穎的應(yīng)用價(jià)值。

Abstract： Based on 51 series single chip microcomputer， this paper uses various MQ series sensors and temperature and humidity sensors to collect the air quality inside the shoe cabinet， and analyzes the collected data to control the functions of heating， dehumidification， sterilization and deodorization in the intelligent shoe box. These functions can effectively solve the functions of common shoe cabinet in sterilization， dust removal and deodorization. It has a very novel application value in smart home.

關(guān)鍵詞：51單片機(jī);加熱除濕;殺菌除臭;氣體傳感器

Key words： 51 single chip microcomputer;heating and dehumidification;sterilization and deodorization;gas sensor

中圖分類號(hào)：TP273+.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）14-0218-03

1? 研發(fā)的背景

隨著科技的飛速發(fā)展，人們不僅關(guān)注衣食住行這些必要的方面而且對(duì)自身的監(jiān)控方面也越來越重視，但是人們的目光總是忽略了對(duì)足部方面的重視，總是在患病后才知道保持足部的衛(wèi)生也是必不可少的一步。

中醫(yī)有這么一句話：百病源于足，人的雙腳不僅可以幫助人們行走，而且還起到了運(yùn)行自身氣血，溝通內(nèi)外，貫穿上下的奇特功能，而且在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中也同時(shí)證明了這個(gè)觀點(diǎn)，線代醫(yī)學(xué)認(rèn)為，腳是人的第二個(gè)心臟，和全身的器官有著很大的聯(lián)系。據(jù)有關(guān)資料顯示，在我國10個(gè)人中就會(huì)有5個(gè)以上患有足部疾病，這個(gè)現(xiàn)象在成年人中，10個(gè)人中更是高達(dá)7人以上，雖然患病的比例這么大，但是還只有百分之23的病人需求治療，更多的人都覺得足部的健康和身體其他部位毫無關(guān)系，這種觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。

真菌感染和感染人口問題的蔓延不容忽視，在一個(gè)家庭中在一個(gè)家庭中如果有一個(gè)家庭成員患上真菌病等足部疾病，如果不注意個(gè)人衛(wèi)生，這個(gè)人的腳部皮膚就會(huì)成為真菌的天堂，會(huì)不斷外部擴(kuò)散，如果不注意足部衛(wèi)生，一些污垢和真菌就會(huì)藏在指甲中，這里是環(huán)境十分適合真菌的生長繁殖。

注意個(gè)人衛(wèi)生，經(jīng)常換洗鞋襪等等防控的行為并不能從根本上解決患病問題，真菌在自然界中有十分強(qiáng)大的繁殖能力和傳播速度，如何要徹徹底底的解決它，必須從根本上抑制真菌的傳播和繁殖，同時(shí)也不能給他們傳播的機(jī)會(huì)。

在許多的家庭中，鞋柜一直會(huì)被放置在客廳門的周圍，顯得十分的單調(diào)，而且在實(shí)用性上發(fā)展的不是很好。同時(shí)，鞋柜除了放智鞋子同時(shí)也扮演著儲(chǔ)放雜物的角色。人們經(jīng)常在鞋柜上會(huì)被放滿這種雜物，比如：鑰匙，錢包，發(fā)票等等。而且在它的內(nèi)部里呢，會(huì)有各種不同形狀和顏色的鞋子存在著，在表面上鞋柜為人們的生活帶來了許多便利，其實(shí)它確是最容易被忽視的家具。

鞋柜的發(fā)展歷史由剛開始的鞋子隨意擺放，沒有鞋柜的這個(gè)概念，到由一些木架制作而成的簡易型的鞋柜，到現(xiàn)在每家每戶中都有的十分精致的鞋柜的現(xiàn)象，現(xiàn)在所出產(chǎn)的鞋柜與之前的鞋柜相對(duì)比，雖然在審美上有力很大的改變，但是從根本來增加鞋柜的功能是十分困難的，所以現(xiàn)在有了電子鞋柜的出產(chǎn)。

智能鞋柜可以有效的對(duì)真菌的傳播進(jìn)行抑制，智能鞋柜有著兩個(gè)主要的功能：第一個(gè)就是加熱除濕功能，它從真菌喜陰納涼的本質(zhì)進(jìn)行出發(fā)，它對(duì)鞋柜內(nèi)部進(jìn)行加熱來提高內(nèi)部的溫度;第二個(gè)功能就是殺菌除臭功能，它可以利用臭氧發(fā)生器來從根源上來對(duì)鞋柜進(jìn)行殺菌。

2? 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本文闡述了一款基于51單片機(jī)作為控制器的智能鞋柜的設(shè)計(jì)，它可以有效地殺死鞋柜內(nèi)部的細(xì)菌，來減少足部的異味;同時(shí)智能鞋柜還有著對(duì)鞋柜內(nèi)部加熱除濕等功能。此鞋柜還可以有效的減少足部的患病幾率，并可以減少由于不注意足部衛(wèi)生而導(dǎo)致的異味。

3? 硬件的選型

3.1 單片機(jī)的選型

經(jīng)過篩選，我最終選擇型號(hào)為AT89C52的51單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)中的微控制器，它是國外一個(gè)名為ATMEL的公司所出產(chǎn)的一個(gè)具有電壓相對(duì)其他芯片較低和具有極高性能8位單片機(jī)，AT89C52芯片內(nèi)部有著8k比特位的可重復(fù)擦寫的存儲(chǔ)器和256比特位的可存取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這個(gè)企業(yè)出產(chǎn)的產(chǎn)品具有密度較大的生產(chǎn)技術(shù)，此型號(hào)的單片機(jī)可以達(dá)到與的MCS-51指令系統(tǒng)相兼容，AT89C52 MCU的里面同時(shí)也具備著一個(gè)8位的中央處理器還有一個(gè)存儲(chǔ)單元，此芯片的功能十分強(qiáng)大甚至可以會(huì)被應(yīng)用到生活中的很多場合。

3.2 加熱除濕系統(tǒng)的選型

系統(tǒng)的除濕功能選擇為PTC加熱與加熱除濕，同時(shí)利用散熱風(fēng)扇來對(duì)鞋柜內(nèi)部進(jìn)行散熱，這個(gè)選擇不僅能有效的進(jìn)行加熱加熱除濕處理，還能在節(jié)能方面有所提升，在PTC加熱陶瓷之，它內(nèi)部所含有的發(fā)熱體的熱阻非常小，因此可以有效的增加電能轉(zhuǎn)為熱能的轉(zhuǎn)換率，通氣風(fēng)扇采用5V低功率機(jī)箱散熱風(fēng)扇，既能節(jié)約能量又能起到通風(fēng)換氣的效果。

3.3 溫濕度檢測系統(tǒng)的選型

DHT11是一個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度傳感器，其內(nèi)部的數(shù)據(jù)如表1。

DHT11傳感器，這個(gè)傳感器應(yīng)用了數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，因此這個(gè)傳感器有著很高的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性，這個(gè)溫濕度傳感器可以和一個(gè)MCU的GPIO連接起來。該傳感器還有著的品質(zhì)十分的高而且數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性也極好，而且DHT11溫濕度傳感器在出廠前都在專業(yè)的溫濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存在溫濕度傳感器內(nèi)部中的存儲(chǔ)器中，溫濕度傳感器工作時(shí)在檢測溫度和濕度的過程中必須要使用之前出廠時(shí)在存儲(chǔ)器內(nèi)部儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)。此型號(hào)傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是它有著單線制串行接口，占引腳數(shù)量很少，可以在單片機(jī)的開發(fā)中變得簡單。同時(shí)，DHT11溫濕度傳感器中的體積很小、也有著低功耗的功能，這個(gè)型號(hào)的傳感器有著三個(gè)引腳，方便連接。

3.4 殺菌除臭系統(tǒng)的選型

通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，對(duì)鞋中臭味所含的氨、甲硫醇等氣體成分進(jìn)行氧化分解，從而達(dá)到除臭的目的。智能鞋柜內(nèi)部的負(fù)離子發(fā)生器可以發(fā)出負(fù)離子，產(chǎn)生的負(fù)離子可以將空氣中的細(xì)菌和灰塵等雜質(zhì)進(jìn)行處理，來實(shí)現(xiàn)殺菌除臭的功能。

3.5 氣體檢測系統(tǒng)的選型

氣體檢測系統(tǒng)選擇為MQ-4氣體傳感器，這個(gè)MQ-4氣體傳感器采用的材料為金屬半導(dǎo)體，這個(gè)半導(dǎo)體的活性相對(duì)很高，這個(gè)材質(zhì)常用的如SnO2。有著以下的特性：①受氧氣分壓的影響;②氣敏特性;③傳感器響應(yīng)特性;④受溫度和濕度的影響;⑤長期穩(wěn)定性;⑥加熱器電壓的影響。

4? 系統(tǒng)整體的方案

本文中的智能鞋柜設(shè)計(jì)采用了51單片機(jī)作為微控制器，將DHT11溫濕度傳感器和MQ系列氣體傳感器所輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行和處理，用得到的數(shù)據(jù)針對(duì)不同的氣體濃度來控制打開或關(guān)閉相對(duì)應(yīng)的模塊功能，圖1為硬件系統(tǒng)的模塊圖。

溫度傳感器DHT11通過GPIO將數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)中，DHT11溫濕度模塊共有三個(gè)引腳引腳1 VCC接3.3V-5V，引腳2 GND外接單片機(jī)的GND，引腳3接單片機(jī)中的GPIO。通過對(duì)溫度和濕度的檢測，當(dāng)濕度過高時(shí)，會(huì)給微生物提供一個(gè)很生存空間，所以當(dāng)檢測到濕度過高時(shí)，會(huì)把加熱除濕系統(tǒng)打開，對(duì)鞋柜內(nèi)部進(jìn)行一個(gè)除濕處理。

本設(shè)計(jì)采用MQ系列傳感器中的MQ-4傳感器，這個(gè)傳感器可以把測量出甲烷的氣體，因?yàn)閾?jù)有關(guān)資料顯示，鞋中異味會(huì)發(fā)出適量的甲烷氣體，這個(gè)傳感器可以檢測出來鞋柜中是否會(huì)出現(xiàn)異味，從而決定是否開啟殺菌除臭系統(tǒng)。

通過臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧，對(duì)鞋中臭味所含的氨、甲硫醇等氣體成分進(jìn)行氧化分解，從而達(dá)到除臭的目的。智能鞋柜內(nèi)部的負(fù)離子發(fā)生器可以發(fā)出負(fù)離子，產(chǎn)生的負(fù)離子可以將空氣中的細(xì)菌和灰塵等雜質(zhì)進(jìn)行處理，來實(shí)現(xiàn)殺菌除臭的功能。

本文中的智能鞋柜系統(tǒng)中的除濕部分選擇為PTC加熱來進(jìn)行對(duì)鞋柜內(nèi)部加熱除濕，在同時(shí)利用散熱風(fēng)扇對(duì)鞋柜內(nèi)部進(jìn)行換氣，這個(gè)設(shè)計(jì)不僅能有效的對(duì)鞋柜內(nèi)部的環(huán)境進(jìn)行加熱處理，還能在節(jié)能方面有所提升，加熱陶瓷內(nèi)部有著發(fā)熱體，它的熱阻十分的小，因此可以有效的增加電能轉(zhuǎn)為熱能的轉(zhuǎn)換率，既能節(jié)能又能起到除濕的效果，項(xiàng)目效果圖如圖2。

5? 結(jié)果和展望

本設(shè)計(jì)針對(duì)普通鞋柜在對(duì)足部衛(wèi)生的不足之處，研發(fā)了一款具有一定的創(chuàng)新性和實(shí)際意義的智能鞋柜，可以利用智能鞋柜可以對(duì)鞋子進(jìn)行殺菌、除臭、除濕、除潮和排風(fēng)打掃清潔等功能，彌補(bǔ)了普通鞋柜在殺菌消毒和加熱除濕這方面的空缺，并且在市場上和單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)上具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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