戴勤

江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院蘇州工業(yè)園區(qū)分院，江蘇蘇州 215123

0 前言

作為人們日常生活中最常使用的收納家具之一的鞋柜，它直接影響到人們生活的便利性、舒適性，同時極大地影響人們的足部健康。鞋柜作為存儲鞋子的地方，在傳統(tǒng)方式中，只能通過打開柜門通風換氣來確保柜內的衛(wèi)生，而打開柜門后，會散發(fā)出鞋子皮革和腳汗混合的氣味，不利于人們生活的舒適。因此，越來越多的人對此愈發(fā)重視。本文結合現(xiàn)代電子技術，利用單片機對鞋柜進行智能控制，使得鞋柜更具智能化、健康化。

1 產品結構設計

這款便于家用的智能鞋柜由翻轉層、隔離層與側柜3個部分組成，如圖1所示。翻轉層通過兩根轉軸與柜身的內腔連接起來，形成扇形機構，翻轉層最外層擋板作為鞋柜的柜門[1]，打開時，側面看呈圓弧形，兩個木板之間放置鞋子，可以側放，也可以豎放。柜身與翻轉架之間用一根銷軸連接。由于使用旋轉的方式開合，比起抽屜式和門扇式，本鞋柜內部會有較大的空間，保證足夠的空間使空氣更好地流動。在柜身后面開出一個排風機安裝口，同時在排風機前面加上隔離層，隔離層內放入活性炭，起到進一步除臭殺菌的作用，同時也把控制元件與鞋子隔離開，防止元件的損壞。該設計中的側柜為用戶提供雨傘存放點，加入防水墻和雨水收集口，方便用戶放置雨傘。

2 產品操控設計

電子控制系統(tǒng)以STC芯片作為主控芯片，開啟時，打開LCD顯示屏，顯示實時時間和柜內溫度；放入鞋子后，開啟紫外消毒燈殺菌，按下按鍵關閉紫外線消毒燈；柜內出現(xiàn)臭味時，按下按鍵開啟排風機進行除臭，氣味消失后關閉排風機。

2.1 整體規(guī)劃

本電子控制系統(tǒng)以含STC芯片的集成電路板為主要的控制中央，對 LCD1602液晶模塊、溫度檢測模塊、按鍵模塊、排風機、紫外線消毒燈進行配合工作，如圖2所示。在設計中，以基本模塊作為單位進行開發(fā)[2]，通過兩個按鍵實現(xiàn)對排風機和紫外線消毒燈的開關控制，在LCD1062液晶屏上顯示時間和柜內溫度。

主控芯片模塊：以單片機STC作為主控控制芯片，作為整個電路的控制系統(tǒng)核心，用來處理采集到的數(shù)據并協(xié)調控制整個設計；

LCD1062液晶顯示模塊：顯示實時時間和柜腔內外溫度的變化；

時鐘模塊：使用DS1302芯片，實現(xiàn)對年、月、日、時、分、秒進行計時；

排風機：利用排風機風扇旋轉，使空氣流動，排出柜內有害氣體；

溫度傳感器模塊：通過DS18B20數(shù)字溫度傳感器反映柜內溫度；

按鍵模塊：設有兩個按鍵，控制排風機和紫外線消毒燈的開關；

紫外線消毒燈：利用紫外線對柜內進行滅菌消毒。

2.2 溫度傳感器

DS18B20是一種可直接讀取溫度的溫度傳感器，它可以方便地讀取周圍環(huán)境的溫度，再通過總線傳給控制中心，進行讀寫。由于它的結構特殊，可以非常容易組成傳感器控制網絡，大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖3為DS18B20的封裝，3個外接的管腳分別對應接地、I/O信息讀寫端和UDD電源端。

本設計中的電路連接如圖4所示。單片機控制DS18B20測溫過程主要分為3個步驟：溫度轉換、暫存數(shù)據、求出十進制。

2.3 LCD顯示設計

LCD1602顯示分為字段顯示與字符顯示2種方式。相較于數(shù)碼管顯示，LCD顯示可以更清晰，并且顯示的內容更多，通常作為主要顯示元件。LCD1602由2行液晶模塊組成，每行模塊擁有16位點陣字符。圖5是顯示模塊連接圖，通過控制不同引腳來實現(xiàn)數(shù)據的顯示。

2.4 紫外線消毒燈

鞋子是人們每天都需要穿的，鞋柜則是鞋子的主要放置區(qū)域，所以很容易滋生細菌和病毒，導致各種衛(wèi)生問題。本設計采用12 V / 24 V直流小功率紫外線殺菌燈管[3]，紫外線UVC波段內能產生253.7 nm的紫外線，使細菌和病毒DNA、RNAV發(fā)生變性，細胞不能繁殖，從而達到殺死細菌和病毒的目的。如圖6所示，電路中設置5 V繼電器RL2，控制紫外線消毒燈。當電路中RELAY端口低電壓時，三極管Q3導通，電流進入5 V繼電器RL2，繼電器吸合開關，使得紫外燈發(fā)亮工作。

2.5 排風機

鞋柜作為一個密封空間，柜內空氣流動少，容易產生大量霉味和臭味，所以該設計提供排風凈化空氣改善鞋柜溫濕度的功能。設計采用5 V直流風扇，當電路中MOTOR端口低電壓時，三極管Q1導通，使得電路中電流放大，通過VCC(+5 V)、三極管Q1、排風機、0 V形成回路，使得風機旋轉。排風機連接圖如圖7所示。

2.6 按鍵模塊

本系統(tǒng)采用2個獨立觸發(fā)按鍵作為開關，一個紫外線消毒燈開關按鍵，一個排風機開關按鍵。其電路圖如圖8所示。當KEY1按鍵按下，經過鍵盤識別程序，執(zhí)行MOTOR(P1.0) 排風機程序，排風機打開并順時針旋轉，當再次按下KEY1按鍵時，排風機停止并關閉；當KEY2按鍵按下，經過鍵盤識別程序，執(zhí)行RELAY(P1.1)紫外線程序，開關RL接通，紫外線燈亮起工作，當再次按下KEY2按鍵時，紫外線燈熄滅；當同時按下KEY1、KEY2時，排風機和紫外線燈均啟動。

2.7 總電路設計

針對產品功能要求，設計總電路，包括最小系統(tǒng)、液晶顯示電路、時鐘電路DS1302、溫度傳感器電路DS18B20、排風機電路、紫外線燈電路和按鍵電路，如圖9所示。最小系統(tǒng)由振蕩電路和復位電路組成；液晶顯示電路端口（D0‐D7）連接最小系統(tǒng)的P0口（P0.0‐P0.7），實現(xiàn)LCD1062與單片機之間的數(shù)據連接；時鐘電路DS1302端口（RST、SCLK、I/O）連接最小系統(tǒng)的P2口（P2.3‐P2.5），實現(xiàn)DS1302與單片機之間的數(shù)據通訊；溫度傳感器電路DS18B20端口（DQ）連接最小系統(tǒng)的P3口（P3.7）；排風機電路、紫外線燈電路連接最小系統(tǒng)P1口（P1.0‐P1.1），實現(xiàn)單片機控制排風機、紫外線燈的要求；按鍵電路連接最小系統(tǒng)的P3口（P3.0‐P3.1），通過鍵盤程序，判斷鍵盤按下情況。

3 產品編程設計

3.1 程序設計方案

本設計的主程序流程如圖10所示。首先完成時間模塊、溫度模塊和顯示模塊初始化，通過讀取對應指令，得出時間溫度值；再把數(shù)據給顯示模塊，通過判斷是否按下按鍵，開啟紫外線消毒燈和排風機模塊；最后循環(huán)主程序。

3.2 DS18B20溫度傳感器驅動程序

DS18B20溫度傳感器驅動程序如圖11所示。首先對溫度傳感器初始化，由于只有一個傳感器，跳過ROM，進行命令讀取，開始執(zhí)行命令，轉換數(shù)據，執(zhí)行溫度轉換，再次跳過ROM，獲取溫度信息，轉換為十進制數(shù)[4]。

3.3 DS1302時鐘芯片驅動程序

DS1302時鐘芯片驅動程序如圖12所示。通過設置對DS1302初始化，按照控制字表要求設定讀取時間，對RST引腳控制，通過I/O口傳輸數(shù)據顯示。

3.4 LCD1062顯示驅動程序

LCD1062顯示驅動程序如圖13所示。首先初始化LCD，讀取數(shù)據，檢測狀態(tài)是否清零，改變進制，使第一行顯示日期，第二行顯示實時時間和溫度[5]。

4 產品調試過程

首先進行電源部分的測試，查看經整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓后的電壓是否為設定值。再將程序寫進單片機，完成初始化設定后，檢查時間和溫度顯示是否正常，通過KEY1和KEY2按鈕，檢查排風扇和紫外線消毒是否能實現(xiàn)效果。若不正常，需對照設計流程逐個檢查，直到滿足要求。

5 結束語

基于STC52單片機的智能鞋柜以STC89C52作為主控芯片，設置了排風除臭功能，利用排風機加速柜內空氣的流動；設置了紫外線殺菌功能，阻止了鞋子上細菌的繁衍；并在柜身安裝顯示屏，顯示時間和溫度，當溫度過高時，可以啟動排風機，凈化柜內空氣。本設計能很好地解決鞋柜使用中的消毒殺菌、利于通風、調節(jié)溫濕度、優(yōu)化空間等實際問題，同時帶有時間溫度顯示、雨傘放置等功能，大大提高了產品的用戶友好度和智能化程度，使得設計的鞋柜更具人性化。