基于物聯網技術的全自動智能鞋柜

何逢春

（長春工程學院，吉林 長春 130012）

0 引言

隨著生活水平的提高，人們越來越追求更高品質的生活。對于生活物品的歸類整理是使得居住環境舒適的第一步，其中對于鞋子的整理與護理是至關重要的一步。從最開始鞋子的亂擺亂放到逐漸出現簡單木架鞋柜再到精致鞋柜以及電子鞋柜。在這個發展過程中，鞋柜的外形、材質及功能等方面都發生了很大的變化，以滿足人們的多元化需求[1]。

當今時代，人們越來越追求智能便捷的生活方式，人工智能技術、物聯網技術等在日常生活中得到廣泛應用。數據顯示，在日常生活中人們越來越重視自己的穿衣搭配，因此對鞋子的要求也變得多樣化，每個人都擁有許多雙不同類型的鞋，方便在不同的場合使用；但整理鞋子又是一項比較麻煩費時的事情，對于生活節奏越來越快的成年人來說根本沒有時間對鞋子進行整理和護理。其次，由于人們的存取鞋操作還很傳統，所以設計出一款真正能夠讓人心滿意足的鞋柜是有必要的。基于物聯網、人工智能等先進技術，我們設計出一款全自動智能鞋柜，該鞋柜有更多的護理功能且操作簡單方便，能極大方便人們的生活。

1 工作原理

該產品主要是通過手機APP和功能鍵按鈕來控制鞋柜柜體的轉動達到存取鞋的目的，同時完成相應的護理功能如：通風、防潮、殺菌、除臭、烘干等功能；在控制板塊主要是利用arduino板編寫控制程序，通過直流電機驅動器控制電機的轉動，利用藍牙模塊將手機APP和鞋柜連接，實現了手機APP對鞋柜的整體控制功能；此外，鞋柜上部的控制板上面的功能按鈕也具有同樣的控制作用，在傳動方面主要是通過減速電機的轉動帶動齒輪鏈條的運轉進而帶動柜體整體的運轉功能，達到用戶的目的；LCD顯示屏可以顯示溫度、濕度、日期、時間等參數，給用戶一個很好的反饋；利用手機APP將鞋柜底部的機器人底盤進行連接，方便了對鞋柜的移動，大大方便了用戶生活。

2 設備的主要結構組成

2.1 控制系統

控制系統是設備的關鍵系統，通過arduino板編寫控制程序，直流電機驅動器控制電機的轉動，利用藍牙模塊將手機APP和鞋柜連接，實現手機APP對鞋柜的整體控制功能（利用手機APP上的虛擬按鈕控制柜體循環運動，通風防潮、殺菌消毒等功能）。

2.2 運動系統

運動系統是通過減速電機帶動齒輪鏈條傳動實現柜體的運動功能，整個運動速度可三級調節。電機和主動軸之間利用聯軸器進行連接，主動軸和鏈輪之間采用鍵連接，利用鏈條將主動輪和從動輪連接從而帶動了整個柜體的循環運動[3]。

減速電機和傳動軸之間采用聯軸器連接，傳動軸和鏈輪之間采用鍵連接。兩傳動軸和鋁型材之間采用T型滑塊軸承座和立式外球面軸承座連接。主動輪和從動輪之間利用鏈條連接，放鞋板和鏈條之間采用自己設計的連接件連接從而實現了整個柜體的運動。底部安裝有萬向輪機器人底盤可以通過手機APP控制機器人底盤任意移動，帶動柜體在房間里的任意地方移動，節省了人力，也方便了用戶對鞋柜底部的清掃工作，即使坐在沙發上，也能通過機器人底盤自動來到用戶的面前，大大提高了用戶的體驗感與使用感。

2.3 護理系統

護理系統由活性炭板、PTC發熱體、超靜音風扇和紫外線殺菌燈組成，具有通風、除臭、消毒、防潮四大功能，解決了人們鞋子受潮、滋生細菌等的問題，有效防止了皮膚病的發生。在結構上：在鞋柜的頂部有存放鞋開口，內部對角兩側安裝紫外線殺菌燈，鞋柜底部安裝PTC發熱體，右側安裝超靜音風扇。這些功能全部由手機APP操控，自動實時監控啟停，保證鞋柜內部鞋子的干燥清潔。

2.4 顯示系統

顯示系統采用LCD顯示屏安裝在鞋柜外部，顯示溫度、時間、日期等參數，給用戶一個很好的反饋指數，方便用戶外出穿鞋。此外，在操作面板上設置了5個功能鍵按鈕，可以完成一鍵啟動、一鍵通風、一鍵消毒、一鍵殺菌、一鍵烘干等操作配合手機APP完成雙向操作。

2.5 支架

該智能鞋柜選用鋁型材作為支架，承載力較大，使得齒輪鏈條在傳動過程中更加平穩；而且它是環保材料，相較于傳統的鞋柜，在耗材和環保方面更具有優勢。

2.6 電機

該智能鞋柜選用120w可調節電機，電機接觸面尺寸90＊90。

2.7 軸承座

根據上下鏈輪的不同需求選用T型滑塊軸承座和立式外球面軸承座兩種型號，使裝配更加簡單，運行更加平穩。

3 操作流程

通過藍牙模塊將手機APP和鞋柜進行連接，實現遠程控制；利用鞋柜上部的功能鍵按鈕直接控制相關電器元件實現近程連接，通過這兩種控制方式直接控制電機的轉動（包括正轉和反轉）、紫外線殺菌燈、超靜音風扇、PTC發熱片和機器人底盤驅動電機實現護理功能和運動功能。當用戶需要外出時，提前選好要穿的鞋子，然后通過手機APP或直接摁功能鍵按鈕控制電機工作帶動柜體正轉或反轉，當選定的鞋子運動到出口部位時，控制電機停止轉動，然后就可以取下鞋子，整個過程可以在用戶家的任何地方進行，只需通過控制機器人底盤使鞋柜自動移動到用戶面前即可；放鞋的時候可以選擇空位放入就可，或者按照設置的分區對不同季度或不同人群的鞋子進行分類擺放[4]。

4 創新技術特點

4.1 殺菌除臭

鞋柜主要是利用紫外線燈來進行殺菌消毒，活性炭板和超靜音風扇用來消除異味。紫外線的殺菌作用是由于短波紫外線對微生物的破壞力極強，所以當該波段的紫外線照射細菌體后能有效殺菌。此外，人們定期對鞋子進行殺菌、除臭等護理作用，能有效預防真菌感染和腳氣病；同時能夠有效解決癬菌、細菌滋生等難題，避免交叉感染，實現健康居家，也能使鞋子穿起來更舒適。

4.2 除濕烘干

鞋柜內部安置ptc發熱片加熱裝置，能對鞋柜內部溫度進行智能化的調節和控制。該裝置能夠確保鞋柜內部溫度適合鞋子保養，以免出現因溫度過高導致鞋子脫膠或者因溫度太低導致鞋底硬化、開裂等問題。在該鞋柜中設計有專門的烘干區，并與普通鞋子存放區分隔開來，方便用戶歸類整理。ptc發熱片加熱裝置以恒定溫度外加循環氣流來實現鞋子烘干。內置清新除臭活性炭過濾裝置，有效吸附異味，過濾空氣中各種雜質，確保空氣清新。

4.3 設計創新

我們的設計方案借鑒智能立式停車場的工作原理把停放車輛的過程改為存取鞋的過程，在此基礎上對裝置進行改裝，增加控制系統，利用手機APP控制實現對放鞋托板之間的控制。在結構上利用齒輪鏈條的傳動結構，通過電機的帶動完成柜體內部結構的運動，進而控制鞋的進出[5]。打破了傳統的不動式鞋柜結構，此外，還對不同的鞋子進行了分區處理，對不同人群、不同季節鞋子的分類，方便人們對鞋子的整理放置，也方便人們找鞋。

①在結構上打破了傳統的開關柜門的推拉式結構，改用上部開口的結構，使用戶在存取鞋更為方便。

②手機藍牙和功能鍵按鈕的雙向控制系統方便了存取鞋操作。

③柜體循環運動思想擴展了存儲空間。擴大了鞋柜容量，可達到傳統鞋柜的2～3倍。

④放鞋板設置分類功能，設備底部增加了全向輪移動裝置，方便了用戶整理鞋子和清掃鞋柜及地面。

⑤顯示系統給用戶一個很好參考指數；鞋柜整體成本低廉，運行平穩，性價比高。

⑥采用ptc發熱片、超靜音風扇、紫外線殺菌燈和活性炭板，達到通風、防潮、殺菌、除臭的目的。

5 智能鞋柜研究現狀

我國智能家居行業發展起步較晚，在2000年才開始逐步發展，并出現相關方面的專利；發展至2010年專利已經達到了135項，到2012年相關專利數已經突破了400項。也就是說，近年來我國逐漸加大了這方面的重視程度和投入力度，智能家居技術在不斷突破和創新；在這個過程中，物聯網技術得到了科學應用，逐漸實現燈具、空調、洗衣機等的智能化、自動化控制。但目前市場上的鞋柜大多還是功能比較單一且沒有實現智能化和自動化，并且存在存儲空間小、操作方式復雜等問題，無法滿足人們對高品質生活的追求。新智能鞋柜的出現迫在眉睫。

6 智能鞋柜未來的發展趨勢

目前常用的智能鞋柜總體來看，體積容量和功能無法做到同時發展，市場上還沒有一種移動性強、效率高、使用方便、操作簡單，具有殺菌消毒、通風防潮等功能的智能鞋柜，所以，我們設計了這樣一款實用性強的設備，方便了用戶的使用體驗；該設備主要用于智能家居，同樣也可用于酒店賓館、學校寢室、洗鞋店、干洗店、洗浴足療中心、美容院、養老院等地方，市場面廣大，所以該智能鞋柜的研制具有一定的意義。

7 結語

隨著生活水平的不斷提升，人們越來越追求更高品質的生活，因此對鞋子的要求也更高，越來越注重鞋子的衛生程度和舒適度以及對腳的護理效果等。這些需求的變化，推動了鞋柜市場的發展，智能鞋柜在我國有著巨大的市場潛力。當前，物聯網技術在家居行業的推廣和應用對智能鞋柜的發展也有著積極的作用，打造全自動的智能鞋柜，也需要將物聯網技術與之科學結合起來，在綜合考慮當前人們的現實需要、鞋柜的功能結構等的基礎上進行科學的規劃和設計，如利用手機APP遠程控制智能鞋柜，方便用戶存取鞋操作，同時優化鞋柜的通風、防潮、殺菌、消毒、除臭等方面的功能設計，以滿足人們的需求。