智能消毒鞋柜方案设计开发

消毒鞋柜是从传统木制鞋柜升级而来。目前，市场上该产品名称多种多样，有叫电子鞋柜，有叫电子消毒鞋柜，有叫智能电子鞋柜，有叫多功能智能鞋柜等等，没有一个规范的名称，但主要功能基本上差不多，具有除臭、杀菌、消毒、烘干、保暖、智能控制等功能。所以简称为消毒鞋柜，并把市场所有消毒鞋柜归纳为木制鞋柜和金属鞋柜2种。

一、智能消毒鞋柜发展背景

许多家庭习惯于自制鞋柜，它的先天不足在于空问封闭、不透风，易于细菌寄生，同时木制品中残留着苯、甲醛等有害物质，有损人体健康。传统木制鞋柜存在着很大的卫生问题，最终必定被人们所淘汰。

随着经济的发展，人民生活水平的不断提高，人们不在满足于传统鞋柜单一的储存功能，向更加多元化智能化方向发展，具有除臭、杀菌、消毒、祛潮、保暖、擦鞋、智能控制等多功能消毒鞋柜必将成为人们的首选，传统木制鞋柜必将被市场所淘汰。但目前该产品被市场所接受还须一个过程，产品本身还有一个逐步完善提高的过程。

二、智能消毒鞋柜主要技术原理

2.1臭氧除臭原理

自然界引起臭味与腐败味的主要成分是氨、硫化氢、甲硫醇、二甲硫化物、二甲二硫化物等，臭氧可以与它们发生化学反应将其氧化分解为无毒、无臭的物质，从而达到除臭、去异味的效果。臭氧的除臭原理是氧化分解的原理，它并不是利用臭氧本身独特的气味来掩盖恶臭，而是与异味的结合，将臭味加以分解，并且释放出氧气(0)。因此，臭氧除了能去除异味之外，还能使空气中的氧分子(0：)纯度提高。

2.2臭氧杀菌原理

臭氧是一种强氧化剂，能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡。并能直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DN A、RN A，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡。还能透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透}生畸变而溶解死亡。臭氧灭菌为溶菌级方法，杀菌彻底，无残留，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素，还对霉菌具有极强的杀灭作用。臭氧由于稳定性差，很快会自行分解为氧气或单个氧原子，而单个氧原子能自行结合成氧分子，不存在任何有毒残留物，所以，臭氧是一种无污染的消毒剂。臭氧为气体，能迅速弥漫到整个灭菌空间，灭菌无死角，杀菌效果最彻底、最明显。

2.3低温烘干原理

运用PTC波纹发热器与鼓风机及风道的完美集合，在机器内部构成热循环风系统，再加上温度控制器对温度的调配，使机器内部温度可以相对均衡，并控制一定温度之下，通过恒温循环风对鞋子祛湿烘干，让鞋子保持干爽，鞋子就不会发霉。

2.4整体发泡技术

消毒鞋柜内外箱体整体采用环戊烷发泡技术，在内外部之间形成保温层，而且门上配有磁性密封条，关门完全密封，使隔热、保温效果更佳。该项技术适宜于大规模生产企业。该产品刚开始加工，基本上全是手工操作，箱体分多片冲压折弯，然后组合焊接，发泡是用手工将颗粒状物灌装进箱体内胆和外壳之间。到2012年时，有些厂家对消毒鞋柜又进行工艺改革，箱体采用双层专用冷扎板，一次冲压成型，使箱体结构紧凑无明显接口，再采用汽车工业烤漆技术，高温喷涂使箱体外观色泽均匀，无色差，且容易清洁。柜门采用不锈钢玻璃或高档亚克力材料，一次注塑成型，采用工业压膜工艺，不添加任何油漆。

目前，除以上方式外，还有使用负离子发生器、LED、紫外线灯(其实就是紫外线消毒)、除臭方面又增加上除臭器、加香器和香襄方法。负离子是起空气净化作用，能够清除空气中异味。LED、紫外线灯杀菌不彻底，光线照不到的地方就无法杀菌，且对人体有伤害，而除臭器、加香器和香蓑这些除臭方法，只能是治表不治本，不能解决臭味的根本问题。

从上可以看出，臭氧应是最有效，也是目前最好的除臭、杀菌、消毒方法，也是目前市场上普遍使用的一种方法，其技术也是成熟的，但应用于鞋柜上是前所未有的，如何把握，并使其达到最佳效果，是各生产企业要研究攻克的课题。

三、智能消毒鞋柜的设计思路

智能家具是将智能控制技术应用到传统家具中，使家具具有自动化、人性化、方便性等特点，并能够满足用户更多的功能性需求。在家具的未来发展中，智能家具代表一个新的发展方向，同时也将会形成家具行业的一个新的经济增长点。虽然智能家具目前尚处于概念设计和实验开发阶段，但已表现出强劲的发展势头。

智能家具中最重要是信号采集和控制处理部分，就是将传感器输出的模拟信号采集转换为数字信号，对数字信号进行计算和处理之后，把结果显示出来。目前市场上的FPGA芯片性能己经很强大，具有很强的逻辑控制和数字信号处理能力。目前市面上的智能家具大多是利用单片机或嵌入式电子计算机来进行控制，相比于主流产品，利用FPGA进行智能家具的控制系统设计，具有集成度高、体积小、引脚数目多、修改方便，而且设计周期短、开发费用低、风险小、功耗低、可靠性高和设计灵活等优点。而且当有最新系统出现时，方便系统升级和进行系统扩展，同时FPGA擅长处理并行信号，信号采集和处理的实时性强。因此设计基于FPGA进行控制的智能家具是很具有发展前途的和市场远见的。下面主要就智能鞋柜控制系统和大家进行探讨。

四、智能鞋柜控制系统架构设计

在设计中，FPGA是整个系统的控制与处理核心，控制系统的相关功能模块完成对信号的采集和处理任务。综合鞋柜的各项功用，所设计的智能鞋柜必须具有杀菌消毒、祛潮防霉等基本功能，而且在具有这些功能的同时不能损伤鞋柜内的鞋子。设计的智能鞋柜控制系统框图如图1所示，主要包括主控制中心、湿度信号采集和处理、门开信号采集和处理、消毒、除臭、时钟以及外围电路和各种传感器组成。

4.1鞋柜除湿

在鞋柜中放置的鞋子大多为皮革制品，在温度25℃~35℃，相对湿度75%~95%时的温湿环境中极其容易受到霉菌的侵害发生霉变。尤其是我国南方地区，每年有很大一部分天气的湿度和温度都处于这个范围之内，由于进行温度控制所需功率太高，因此只需要保证鞋柜内的湿度不高于75%就达到了防潮的目的了。在湿度传感器进行湿度检测后，经过A/D转换后进行湿度信号处理，每当湿度超过75%时，湿度信号wet从0置1，经过主控制中心进行信号处理，将除湿信号dry由0置1，开启外围除湿电路进行鞋柜除湿。当相对湿度低于75%时，湿度信号就由1置0，关闭鞋柜除湿。

4.2门开报警、照明

鞋柜一般都放置在进门就能看见和使用的位置，很多人在打开鞋柜换鞋后都有忘记关闭鞋柜门的坏习惯，不仅影响美观，而且会有难闻的气味。通过压力传感器检测门是否打开，当门打开时，就将门开信号door置1，送给主控制中心处理后，开启门开报警和照明，报警时间持续30秒，提醒关闭鞋柜门，当门开信号置0时，即关闭柜门时关闭照明。

4.3消毒、除臭

不能将鞋子长期置于温度比较高的环境中，为使鞋子免受损害，因此采用一种低能量的电磁辐射——紫外线进行鞋柜消毒、除臭。当人为按下消毒按键时，信号s置1，经过住控制中心开启紫外，持续时间30分钟之后，关闭紫外，并将s和c置0。

4.4时钟分频

将输入20MHz的high_clk进行分频处理，得到频率为1Hz的clk_1Hz的时钟，此时钟周期为1s，通过计时器counter30之后得到30s的计时脉冲，为报警计时时钟。同时将counter30得到的时钟输给计时器counter10进行计数，得到5min的计时脉冲，为门开计时时钟。并在同时将此counter10输出的5min计时脉冲输给counter6进行计数后得到的为30min的计时脉冲，为开启紫外时间和除湿时间计时，如图2所示。

4.5主控制部分

将智能鞋柜的工作状态分为消毒、除湿、照明报警以及待机四个状态，分别对应state1、state2、state3和state0，其状态转换图如图3所示。当消毒信号s输入一个由0置1的脉冲时，鞋柜控制系统的工作状态就由待机转至消毒状态，并计时30分钟后，将s置0回到待机状态。湿度信号wet为1时，鞋柜的工作状态由待机转为除湿状态state2，wet变为0时，鞋柜工作状态由除湿回到待机state0状态。当门开信号door由0置1，进入状态state3打开照明，并在计时5分钟后鞋柜的工作状态由待机转为门开报警，door变为0时，鞋柜工作状态由门开报警回到待机state0状态。在处于消毒state1和除湿state2状态时，当door信号由0置1时，将原有状态挂起，先进入状态state3，该状态完毕后再回到原来状态继续。通过这三个状态的转换，从而达到对鞋柜工作状态的转换控制。

五、智能鞋柜技术的应用

一项新技术必须得到市场的认可，如果不为市场所容，必将被社会所淘汰，消毒鞋柜也是这样。那么，怎样使消毒鞋柜被市场所接受，特别是被普通老百姓所接受。其实，概括起来就是8个字：实用、经济、安全、方便。

（1）实用：实用就是所购产品对购买者有用。因为消毒鞋柜其自身特性，不可能使消费者产生购买冲动，像购买高档手表、苹果手机等，能显示其有身份，也没有像冰箱、空调一样成为人们的必须品，家家户户都要购买。根据实用这—原则，那么，如何让消费者感到实用呢?目前，市场上消毒鞋柜功能是无花八门，什么都有，让消费者不知所以然，其实，归纳起来无外乎除臭、杀菌、消毒、烘干4个主要功能。如果没有烘干功能，怎么可能祛潮、除湿、防霉、保暖，如果没有杀菌、消毒，还谈什么根除脚气、保护鞋子，至于空气净化功能，笔者认为作为鞋柜的话，应不需要。鞋柜的功用就是为了储存，我们为了使鞋子更好的睹存，增加了除臭、杀菌、消毒、烘干功能，使鞋子的储存质量有了很大的提高，鞋子上臭味没有了、各种细菌没有了，潮湿的鞋子导干燥了。这样就能满足消费者的需求了。

（2）经济：经济也就是经济实惠，通俗说就是便宜，但也不全是便宜，是基于实用基础上，价格要便宜。如果购买一个没有用的产品，再便宜也体现不出价值。作为生产厂家，在生产产品的时候，在保证实用的基础上，尽量要减少成本。

（3）安全：安全作为电器产品是国家强制性要求，如果产品不安全造成人身伤害，那谁还敢购买你的产品，谁还敢用你的产品。

（4）方便：产品使用要追求简单、方便，不要搞得多复杂，最好是傻瓜型的，任何人一看都会操作。又或者帮助消费者设计好，购买回家就可以用。作为一个生产消毒鞋柜厂家，应紧紧围绕其八字方针和4大功能，在这些方面做足文章。同时，该技术也可推广应用于衣柜、文件柜。

总结

在通电的情况下，鞋柜工作在待机状况下，根据不同的传感器信号进行信号控制处理，使鞋柜工作在除湿、防霉、门开报警等工作状态，通过时钟分频进行工作状态时间长短的控制，从而达到了控制的目的，使设计的智能鞋柜控制系统基本满足鞋柜的各项需求。