基于物联网技术的全自动智能鞋柜

何逢春

（长春工程学院，吉林 长春 130012）

0 引言

随着生活水平的提高，人们越来越追求更高品质的生活。对于生活物品的归类整理是使得居住环境舒适的第一步，其中对于鞋子的整理与护理是至关重要的一步。从最开始鞋子的乱摆乱放到逐渐出现简单木架鞋柜再到精致鞋柜以及电子鞋柜。在这个发展过程中，鞋柜的外形、材质及功能等方面都发生了很大的变化，以满足人们的多元化需求[1]。

当今时代，人们越来越追求智能便捷的生活方式，人工智能技术、物联网技术等在日常生活中得到广泛应用。数据显示，在日常生活中人们越来越重视自己的穿衣搭配，因此对鞋子的要求也变得多样化，每个人都拥有许多双不同类型的鞋，方便在不同的场合使用；但整理鞋子又是一项比较麻烦费时的事情，对于生活节奏越来越快的成年人来说根本没有时间对鞋子进行整理和护理。其次，由于人们的存取鞋操作还很传统，所以设计出一款真正能够让人心满意足的鞋柜是有必要的。基于物联网、人工智能等先进技术，我们设计出一款全自动智能鞋柜，该鞋柜有更多的护理功能且操作简单方便，能极大方便人们的生活。

1 工作原理

该产品主要是通过手机APP和功能键按钮来控制鞋柜柜体的转动达到存取鞋的目的，同时完成相应的护理功能如：通风、防潮、杀菌、除臭、烘干等功能；在控制板块主要是利用arduino板编写控制程序，通过直流电机驱动器控制电机的转动，利用蓝牙模块将手机APP和鞋柜连接，实现了手机APP对鞋柜的整体控制功能；此外，鞋柜上部的控制板上面的功能按钮也具有同样的控制作用，在传动方面主要是通过减速电机的转动带动齿轮链条的运转进而带动柜体整体的运转功能，达到用户的目的；LCD显示屏可以显示温度、湿度、日期、时间等参数，给用户一个很好的反馈；利用手机APP将鞋柜底部的机器人底盘进行连接，方便了对鞋柜的移动，大大方便了用户生活。

2 设备的主要结构组成

2.1 控制系统

控制系统是设备的关键系统，通过arduino板编写控制程序，直流电机驱动器控制电机的转动，利用蓝牙模块将手机APP和鞋柜连接，实现手机APP对鞋柜的整体控制功能（利用手机APP上的虚拟按钮控制柜体循环运动，通风防潮、杀菌消毒等功能）。

2.2 运动系统

运动系统是通过减速电机带动齿轮链条传动实现柜体的运动功能，整个运动速度可三级调节。电机和主动轴之间利用联轴器进行连接，主动轴和链轮之间采用键连接，利用链条将主动轮和从动轮连接从而带动了整个柜体的循环运动[3]。

减速电机和传动轴之间采用联轴器连接，传动轴和链轮之间采用键连接。两传动轴和铝型材之间采用T型滑块轴承座和立式外球面轴承座连接。主动轮和从动轮之间利用链条连接，放鞋板和链条之间采用自己设计的连接件连接从而实现了整个柜体的运动。底部安装有万向轮机器人底盘可以通过手机APP控制机器人底盘任意移动，带动柜体在房间里的任意地方移动，节省了人力，也方便了用户对鞋柜底部的清扫工作，即使坐在沙发上，也能通过机器人底盘自动来到用户的面前，大大提高了用户的体验感与使用感。

2.3 护理系统

护理系统由活性炭板、PTC发热体、超静音风扇和紫外线杀菌灯组成，具有通风、除臭、消毒、防潮四大功能，解决了人们鞋子受潮、滋生细菌等的问题，有效防止了皮肤病的发生。在结构上：在鞋柜的顶部有存放鞋开口，内部对角两侧安装紫外线杀菌灯，鞋柜底部安装PTC发热体，右侧安装超静音风扇。这些功能全部由手机APP操控，自动实时监控启停，保证鞋柜内部鞋子的干燥清洁。

2.4 显示系统

显示系统采用LCD显示屏安装在鞋柜外部，显示温度、时间、日期等参数，给用户一个很好的反馈指数，方便用户外出穿鞋。此外，在操作面板上设置了5个功能键按钮，可以完成一键启动、一键通风、一键消毒、一键杀菌、一键烘干等操作配合手机APP完成双向操作。

2.5 支架

该智能鞋柜选用铝型材作为支架，承载力较大，使得齿轮链条在传动过程中更加平稳；而且它是环保材料，相较于传统的鞋柜，在耗材和环保方面更具有优势。

2.6 电机

该智能鞋柜选用120w可调节电机，电机接触面尺寸90＊90。

2.7 轴承座

根据上下链轮的不同需求选用T型滑块轴承座和立式外球面轴承座两种型号，使装配更加简单，运行更加平稳。

3 操作流程

通过蓝牙模块将手机APP和鞋柜进行连接，实现远程控制；利用鞋柜上部的功能键按钮直接控制相关电器元件实现近程连接，通过这两种控制方式直接控制电机的转动（包括正转和反转）、紫外线杀菌灯、超静音风扇、PTC发热片和机器人底盘驱动电机实现护理功能和运动功能。当用户需要外出时，提前选好要穿的鞋子，然后通过手机APP或直接摁功能键按钮控制电机工作带动柜体正转或反转，当选定的鞋子运动到出口部位时，控制电机停止转动，然后就可以取下鞋子，整个过程可以在用户家的任何地方进行，只需通过控制机器人底盘使鞋柜自动移动到用户面前即可；放鞋的时候可以选择空位放入就可，或者按照设置的分区对不同季度或不同人群的鞋子进行分类摆放[4]。

4 创新技术特点

4.1 杀菌除臭

鞋柜主要是利用紫外线灯来进行杀菌消毒，活性炭板和超静音风扇用来消除异味。紫外线的杀菌作用是由于短波紫外线对微生物的破坏力极强，所以当该波段的紫外线照射细菌体后能有效杀菌。此外，人们定期对鞋子进行杀菌、除臭等护理作用，能有效预防真菌感染和脚气病；同时能够有效解决癣菌、细菌滋生等难题，避免交叉感染，实现健康居家，也能使鞋子穿起来更舒适。

4.2 除湿烘干

鞋柜内部安置ptc发热片加热装置，能对鞋柜内部温度进行智能化的调节和控制。该装置能够确保鞋柜内部温度适合鞋子保养，以免出现因温度过高导致鞋子脱胶或者因温度太低导致鞋底硬化、开裂等问题。在该鞋柜中设计有专门的烘干区，并与普通鞋子存放区分隔开来，方便用户归类整理。ptc发热片加热装置以恒定温度外加循环气流来实现鞋子烘干。内置清新除臭活性炭过滤装置，有效吸附异味，过滤空气中各种杂质，确保空气清新。

4.3 设计创新

我们的设计方案借鉴智能立式停车场的工作原理把停放车辆的过程改为存取鞋的过程，在此基础上对装置进行改装，增加控制系统，利用手机APP控制实现对放鞋托板之间的控制。在结构上利用齿轮链条的传动结构，通过电机的带动完成柜体内部结构的运动，进而控制鞋的进出[5]。打破了传统的不动式鞋柜结构，此外，还对不同的鞋子进行了分区处理，对不同人群、不同季节鞋子的分类，方便人们对鞋子的整理放置，也方便人们找鞋。

①在结构上打破了传统的开关柜门的推拉式结构，改用上部开口的结构，使用户在存取鞋更为方便。

②手机蓝牙和功能键按钮的双向控制系统方便了存取鞋操作。

③柜体循环运动思想扩展了存储空间。扩大了鞋柜容量，可达到传统鞋柜的2～3倍。

④放鞋板设置分类功能，设备底部增加了全向轮移动装置，方便了用户整理鞋子和清扫鞋柜及地面。

⑤显示系统给用户一个很好参考指数；鞋柜整体成本低廉，运行平稳，性价比高。

⑥采用ptc发热片、超静音风扇、紫外线杀菌灯和活性炭板，达到通风、防潮、杀菌、除臭的目的。

5 智能鞋柜研究现状

我国智能家居行业发展起步较晚，在2000年才开始逐步发展，并出现相关方面的专利；发展至2010年专利已经达到了135项，到2012年相关专利数已经突破了400项。也就是说，近年来我国逐渐加大了这方面的重视程度和投入力度，智能家居技术在不断突破和创新；在这个过程中，物联网技术得到了科学应用，逐渐实现灯具、空调、洗衣机等的智能化、自动化控制。但目前市场上的鞋柜大多还是功能比较单一且没有实现智能化和自动化，并且存在存储空间小、操作方式复杂等问题，无法满足人们对高品质生活的追求。新智能鞋柜的出现迫在眉睫。

6 智能鞋柜未来的发展趋势

目前常用的智能鞋柜总体来看，体积容量和功能无法做到同时发展，市场上还没有一种移动性强、效率高、使用方便、操作简单，具有杀菌消毒、通风防潮等功能的智能鞋柜，所以，我们设计了这样一款实用性强的设备，方便了用户的使用体验；该设备主要用于智能家居，同样也可用于酒店宾馆、学校寝室、洗鞋店、干洗店、洗浴足疗中心、美容院、养老院等地方，市场面广大，所以该智能鞋柜的研制具有一定的意义。

7 结语

随着生活水平的不断提升，人们越来越追求更高品质的生活，因此对鞋子的要求也更高，越来越注重鞋子的卫生程度和舒适度以及对脚的护理效果等。这些需求的变化，推动了鞋柜市场的发展，智能鞋柜在我国有着巨大的市场潜力。当前，物联网技术在家居行业的推广和应用对智能鞋柜的发展也有着积极的作用，打造全自动的智能鞋柜，也需要将物联网技术与之科学结合起来，在综合考虑当前人们的现实需要、鞋柜的功能结构等的基础上进行科学的规划和设计，如利用手机APP远程控制智能鞋柜，方便用户存取鞋操作，同时优化鞋柜的通风、防潮、杀菌、消毒、除臭等方面的功能设计，以满足人们的需求。