基于STC89C51单片机的智能杀菌除臭鞋柜设计

天津职业技术师范大学 李嘉宁 成 丹 董 璐 李 昂 何祝媛

本文设计了一款基于单片机的智能杀菌除臭鞋柜。选用STC89C51单片机作为系统主控芯片，采用DHT11温湿度传感器采集柜内环境数据，由LCD1602液晶模块实时显示鞋柜内部的温湿度。控制继电器驱动风扇模块转动，达到去除异味的目的。紫外线杀菌模块则利用紫外线在波长为253.7nm时杀菌作用最强的原理，实现杀菌功能。与传统鞋柜相比，该鞋柜不仅具有合理收纳的功能，还加入了测量显示温湿度、杀菌除臭等功能，成本低廉，实用性强，具有广阔的应用前景。

随着人们对家居环境和鞋类护理的日益重视，一个巨大的鞋收纳和鞋护理市场由此形成。传统鞋柜每年的需求量至少在200万台以上，这些鞋柜除了在普通家庭使用外，还用于宾馆、游泳馆、足浴堂等各种场所。传统的鞋柜功能单一，容易滋生各种细菌，杀菌消毒较为困难，远远无法满足现代社会环境下的疫情防控、杀菌消毒、智能显示等需求。与此同时，人们生活质量越来越高，足部医疗护理及卫生防控的需求不断增加，智能鞋柜也开始逐步进入家庭，代替现有的传统鞋柜，不仅家庭需要，医院、游泳馆等公共场所也亟需更适合大众需求的多功能智能鞋柜，这些场所都是智能鞋柜潜在的市场，前景十分广阔。国内外已有一些创意除臭鞋柜出现，但价格昂贵，在结构设计和功能的多样化上仍然有进一步优化的需求和空间。

本文设计了一款智能杀菌除臭鞋柜，采用单片机为核心控制器件，分模块进行控制，可实时显示柜内温湿度环境，进行杀菌除臭，保持柜内良好的空气环境，可以有效的对真菌的传播进行抑制，满足人们对鞋柜多方面的需求的同时，成本低廉，实用性强。

1 系统总体设计

智能杀菌除臭鞋柜采用STC89C51单片机作为核心微控制单元，其余单元由降温通风模块、温湿度采集模块、液晶显示模块和紫外线杀菌模块组成。风扇可以进行通风除臭；温湿度采集模块采集鞋柜内部温湿度数据，经过单片机处理完数据后发送给显示模块；显示模块不仅可以实时显示内部温湿度环境，还可以显示当前时间，起到时钟功能；紫外线杀菌模块定时给鞋柜内部杀菌消毒。系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图

2 系统结构设计

2.1 主控模块选择

设计模块的选择有单片机系列与FPGA控制两种。FPGA属于可编程阵列，可以进行多线程处理，运行速度特别快，设计思路很清晰，但价格成本比较高昂。与FPGA相比，单片机也可以满足本设计要求，指令编写比较简单，最小系统和外围电路搭建相对比较容易，对IO口的操作和程序少些也方便，价格比较低廉，可以降低成本。通过对两种控制模块进行充分的对比，在完成设计要求的基础上，为了进一步降低成本和提高设计效率，选择使用单片机作为控制模块，最终确定的型号为STC89C51。

图3 温湿度模块管脚连接图

图4 温湿度采集及显示模块电路图

图5 紫外线杀菌模块电路图

2.2 降温通风模块设计

降温通风模块电路图如图2所示。该模块采用ULN2003，该模块设计简单，容易上手学习使用，同时应用范围广，使用非常方便。降温通风模块在整体设计中起通风降温除湿的作用，与此同时可以净化柜内空气。当鞋柜中有异味产生时，单片机可控制继电器开启风扇，进行除臭。在检测到温湿度数据异常时，亦可以打开风扇进行降温通风。

2.3 温湿度采集及液晶显示模块设计

温湿度采集模块选用DHT11，该模块具有体积小，功耗低的优点。在设计中，温湿度模块DHT11第三管脚悬空放置，其余管脚连接情况如图3所示。该模块可实时采集显示鞋柜内部温湿度，当鞋柜内部温湿度值超过设置的最大阈值时，指示灯亮起，提醒使用者及时开启风扇降温通风，不仅方便智能，为鞋类护理也提供了良好的环境。

具体的温湿度采集及显示模块电路图如图4所示。选用LCD1602液晶显示屏作为显示模块，此模块在系统应用中最为普遍且控制较易，价格低廉。LCD1602的外围电路相对简单，采用软件译码动态显示。若使用串行传输数据进行显示，其更新数据显示的速度就会变得特别慢，不符合本设计的要求。因此采用并行数据传输显示，此方法具备的优点为：若是单片机的使用端口仅需增加一组I/O口，通过RS、RW、EN进行控制液液晶屏的显示状态，并行数据显示传输速度快，数据更新快，同时功耗较低。

2.4 紫外线杀菌模块设计

紫外线杀菌模块电路图如图5所示。

紫外线杀菌模块具有手动、自动两种调节模式。当电路处于手动模式下时，使用者按下相应按钮，手动控制紫外线灯开、关，在紫外线灯开启后，若检测到鞋柜门打开，光敏电阻可控制调节灯变暗，以防有人经过鞋柜时，受到紫外线的强光照射。当电路处于自动模式下时，特别设计HC-SR501红外感应模块，该传感器能对人进行实时监测，采集数据，发送给单片机，单片机通过反馈的距离参数来判断是否有人经过，进而达到控制紫外灯开关的目的，从而避免紫外线对于人体的伤害。人体红外传感器有两种触发模式，本设计选用可重复触发模式，感应输出高电平后，检测到人体红外，会保持当前状态，直到检测人体离开才变为低电平。

结论：本文实现了基于STC89C51单片机的杀菌除臭鞋柜的设计与制作。通过测试，该鞋柜可以可靠地实现柜内环境温湿度的测量与显示、杀菌除臭和通风报警等功能，完成了最初的设计目标。与传统的鞋柜相比，本设计更加智能便捷，为用户提供更好的生活体验，有广阔的应用前景。