基于蓝牙技术的智能鞋柜控制系统设计与实现

摘 要：本文设计了一种基于蓝牙技术的智能鞋柜控制系统，该系统能够根据用户的需要实现手动和自动两种模式。在自动模式下，系统根据前端传感器采集环境数据，通过单片机进行数据处理和分析，系统根据鞋柜内的情况可实现加热和除湿的功能，也可实现消毒的功能，从而，能够实现对鞋子的管理和清护。

关键词：蓝牙；智能鞋柜；加热除湿；消毒

1.引 言

随着物联网的发展，生活中到处都充满智能化的产品，智能家居的出现给人们的生活带来舒适和便捷。近几年，随着智能家居智能化的发展，在日常生活中，人们对健康卫生方面的追求越来越高，特别是每天出行需要穿的鞋子，鞋子里面容易滋生与繁殖细菌和真菌，对人们的健康有一定的影响，所以对储存鞋子的鞋柜的管理十分重要。传统鞋柜只有简单的储存功能，仅能通过打开柜门来通风换气，以确保鞋柜内的卫生，但对家庭空气质量有一定的影响。国内很多厂家看到了智能鞋柜的市场，开始针对鞋柜开发控制系统来实现对鞋柜的管理，然而现在市面上大多数智能鞋柜只设置了单一的功能，比如消毒烘干等，显然不能完全满足人们需要，且作为现代家庭装修中必不可少的智能鞋柜并没有普及到大众家庭。因此，设计一款多功能的智能鞋柜不仅满足了人们对健康、便捷、舒适生活的追求，还体现了智能家居的发展趋势，是提升生活品质、实现家居智能化的重要一环。

2.系统设计方案

基于单片机的智能鞋柜控制系统方案设计框图如图1所示，系统以单片机为核心，前端由传感器负责采集鞋柜内的温、湿度环境参数，由单片机负责数据的分析和处理，以此来控制相应参数的显示、烘干、除湿、消毒等，最终实现对鞋柜环境的自动调节。

此系统具有有手动和自动两种操作模式。通过按键和蓝牙连接手机可以启动加热、通风和消毒功能；自动模式主要功能包括：当温湿度传感器检测到鞋柜内湿度过大，进行加热除湿；当鞋柜内温度过高，进行通风降温；可通过按键启动紫外线灯进行杀菌和除臭，以此来提高鞋柜内环境的质量，保护鞋子，保证人们的身体健康。

3.硬件设计

3.1 单片机最小系统

本设计的单片机最小系统由单片机、复位电路和晶振电路组成，如图2所示。

单片机采用的是STM32F103。STM32F103微控制器核心搭载的是ARM Cortex-M3处理器，这一架构是专为嵌入式系统设计的，着重于高性能、经济成本和能源效率。ARM Cortex-M3不仅适用于对性能有严格要求的场景，同时其成本效益和功耗优化特性使其成为嵌入式应用的理想选择。其时钟频率高达72MHz，比同类产品具有更快的运算速度，使得STM32F103在处理复杂任务时更加迅速且稳定。此外，该器件内置了32K至128K的闪存空间，能够在不连接外部存储器的情况下执行代码，大大减少了系统的硬件开销。

本系统选用了按键复位电路，其电路结构包括一个电容、一个电阻和一个开关，复位电路直接连接至单片机的复位引脚NRST。晶振电路选用了20pF的陶瓷电容，8MHZ的晶振。晶振电路与单片机的OSC-IN和OSC-OUT引脚相连接，确保系统运行的稳定性和准确性。

3.2 温湿度传感器

温湿度传感器采用DHT11，它是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。DHT11的湿度量程5-95%RH，湿度误差在±5%RH，温度量程为-20～+60℃，温度误差在±2℃，DHT11主要用于检测鞋柜环境中的温、湿度。

3.3 显示模块选型

系统中的显示模块采用的是LCD1602液晶显示屏，LCD1602是一种字符型液晶显示模块，它可以用于显示字母、数字和符号等。采用16×2的模块。在此系统中应用LCD1602液晶显示屏显示温、湿度信息。

LCD1602技术参数：

（1）显示容量：16×2个字符。

（2）芯片工作电压：4.5～5.5V。

（3）工作电流：2.0mA（5.0V）。

（4）模块最佳的工作电压：5.0V。

（5）字符尺寸：2.95mm×4.35mm（宽×高）

3.4 消毒电路设计

定期对鞋柜消毒对鞋子有多方面的好处，包括杀灭细菌与病毒、消除异味与潮湿、延长鞋子使用寿命、提升穿着体验等。电路中采用LED蓝光模拟消毒杀菌，本电路中连接一个LED蓝灯和一个1K电阻，另一端接地，然后直接与单片机B9引脚相连。

3.5 除湿电路设计

鞋柜内的湿度控制在50%-70%RH（相对湿度）之间较为适宜。这个湿度范围既能保持鞋子的干燥和舒适，又能有效抑制霉菌和细菌的生长。当系统前端温湿度传感器检测到鞋柜内湿度过高时，系统将启动继电器控制加热片进行加热除湿，除湿电路设计如图3所示，确保鞋柜内湿度适中。

3.6 散热电路设计

鞋柜内的温度控制在30℃-42℃之间较为适宜。这个温度范围既能保持鞋子的干燥和舒适，又能有效杀灭细菌、消除异味。当系统前端温湿度传感器检测到鞋柜内温度过高时，系统将启动继电器控制风扇进行散热，散热电路设计如图4所示，确保鞋柜内温度适宜。

3.7按键电路

本系统采用4个按键，即K2、K3、K4、K5。其中K2可切换自动、手动模式，手动模式下K3、K4可开启或关闭加热片和风扇，自动模式下K3，K4可以设置湿度的阈值，K5可开启或关闭消毒灯。本设计中K2接单片机的引脚B12，K3接单片机的引脚B13，K4接单片机的引脚B14，K5接单片机的引脚B15。

3.8蓝牙电路

无线通信模块选用了HC05蓝牙模块。本系统中利用该模块不仅能够实现数据和参数无线传输，而且能够将参数发送到用户手机进行实时展示。系统允许用户通过手机端，如同操作物理按键一般，对系统进行远程控制。这一设计极大提升了系统的便捷性和交互性。

4.软件设计

主程序流程设计如图5所示，系统在工作时，程序进入启动状态，可以通过按键选择手动或自动模式，如果选择手动模式，可通过按键或手机端进行风扇、加热片或是消毒操作；如果选择自动模式，前端传感器进行鞋柜环境数据采集，经过单片机分析处理，然后通过液晶显示器进行显示，当温湿度传感器检测鞋柜内的温湿度不在正常阈值内，则系统将开启风扇或加热片进行降温、加热除湿等操作，保持鞋柜内的环境满足要求，起到保护、清洁鞋子的目的。

5.系统测试

系统上电后，默认自动模式，电源指示灯和自动模式指示灯亮起，显示屏显示当前当前温度、湿度、手动或自动，在自动模式下，当温、湿度在正常范围内时，系统正常工作，当温度超过设置阈值时，系统启动风扇进行散热；当湿度超过阈值时，系统启动加热片进行加热烘干除湿；此外，还可以通过按键或手机端启动加热除湿、消毒等功能。通过系统测试，满足预定系统功能，实现了对鞋柜内环境的智能控制，硬件系统和手机界面如图6所示。

6.结论

针对传统鞋柜的缺点，集成了多种现代技术，如智能传感器、物联网技术等，本文设计了一款基于蓝牙技术的智能鞋柜控制系统，通过详细的系统硬件设计、软件设计和系统焊接与调试，测试结果表明该系统具备杀菌、烘干、除湿等多种功能，以满足用户对健康、时尚生活的追求。未来，随着技术的不断进步和市场的深入拓展，智能鞋柜将为用户带来更加便捷、智能、舒适的生活体验。

参考文献

[1]甘锋，叶思诗，程宇.基于FreeRTOS的物联网智能鞋柜设计与实现[J].网络安全技术与应用，2023（09）：47-48.

[2]王春燕，段宜亮，李雪松等.基于温度传感器的智能鞋柜设计[J].现代信息科技，2022，6（18）：155-158.

[3]戴勤.一款基于单片机控制的智能鞋柜控制系统设计[J].传感器世界，2022，28（02）：19-23.

[4]王加泽，赵建彪，何秋实等.基于单片机的智能鞋柜控制系统[J].中国新技术新产品，2023（05）：16-18.

项目来源：沈阳城市建设学院2024年大学生创新创业训练计划项目

项目名称：爱鞋养护卫士-智能鞋柜控制系统设计

项目编号：202413208060

作者简介：

陈娜（2002—），女，汉族，贵州省毕节市人，本科生在读，专业：通信工程。

贾雪松（1985—），女，汉族，辽宁沈阳人，硕士，讲师，主要研究方向为无线通信、人工智能、物联网技术。