胡平 赵金龙 孙晓莉 张宝琪

(西安思源学院电子信息工程学院,陕西西安 710038)

随着全球变暖,各地温度持续上升, 特别是一到夏季时,天气格外的炎热,比如外卖小哥、交警、环卫工人、快递小哥等,还有一些喜欢旅行的人们,炎热的环境成为出行和工作中很大的困扰[1]。虽然现在有各种各样的解暑方法和各式各样的解暑工具可以让人们使用,但是我们也可以通过降低脚部的温、湿度起到解暑的作用,让室外工作者和长期在户外徒步行走的人们感到舒适[2]。

当脚部温湿度升高时,脚部温湿度的动态平衡受到破坏,因为散热不到位而导致脚部温度过高、血管膨胀、心率加快。当温度过低时导致血液循环不流畅,血管收缩,心率减慢,高温下,经肾脏排出的水盐量大大减少,使尿液浓缩,肾脏负担加重。由于人体的正常温度是36℃～37℃,在这一环境温度中人体的生理功能、生活节奏等新陈代谢水平均处于最佳状态,而在这一状态下脚部的温度范围是22.4℃～22.8℃[3]。所以,设计一款温控鞋可以降低脚部温、湿度,以此提高我们的生活质量是很有必要的[4]。

图1 智能控温鞋温湿度检测平台安装示意Fig.1 Installation diagram of the temperature and humidity detection platform for intelligent temperature control shoes

1 智能控温鞋温湿度检测平台安装设计

智能控温鞋温湿度安装框架如下所示:(1)声光报警器;(2)负载;(3)单片机系统;(4)LCD1602液晶显示;(5)DHT11温湿度传感器;(6)AT24C02存储模块;(7)蓝牙通信模块。如图1智能温控鞋温湿度检测平台安装示意所示。

2 设计思想

硬件电路整体上采用DHT11温湿度传感器,51单片机系统,显示模块,声光报警模块,存储模块,负载电路,用51单片机作为主控制模块,控制温湿度传感器信号采集,实现液晶屏的动态显示,和声光报警器的实时通信,主要显示什么和什么时候报警用程序可以实现,DHT11传感器主要用来采集温湿度信息[5],是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性,与单片机可以组合使用[6];LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种字符型液晶显示模块[7],它是由字符型液晶显示屏,控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100,以及少量电阻,电容元件和结构件等装配在PCB班上而组成[8]。主要的步骤为:参照原理图将传感器、51单片机、声光报警、显示器、负载连接起来,通过温湿度传感器将采集到的信息传送给单片机、单片机再将采集到的信息加工处理后传输给显示器上。当鞋底温湿度升高到设定的上限时,声光报警器报警,启动散热器模块,当脚底温湿度低于设定的下限时,报警器报警,启动加热器,整个系统实现对脚底温湿度越上限或低于下限时报警和控制。

图2 温湿度系统反馈Fig.2 Temperature and humidity system feedback

3 总体温控鞋系统反馈图

按照功能实现的整体要求,在这个功能的前提上,保证降低材料成本的情况下,整体的设计方案以上述思想为主,该电路内部由单片机系统、电源电路、时钟电路、复位电路、按键电路,外部模块由温湿度检测模块、显示器模块、手机终端通信模块、蜂鸣器模块、加热器和散热器组成,在方案设计中,遵循简洁至上的原则,所以所有的外围电路采用串行方式与微处理器模块接口,该设计以STC89C51单片机为控制核心,实现温湿度采集,报警,显示以及控制的基本功能,在设计系统时,为了更好地采用模块化设计方法,分布的设计各个单元功能模块,系统的硬件部分可以分成温湿度传感器的使用,51单片机的控制,LCD1602液晶显示,声光报警,控制负载和蓝牙通信六大部分,初步确定系统的方案如图2温湿度系统反馈所示。

4 智能温控鞋监测平台程序图设计

图3 温湿度监测系统Fig.3 Temperature and humidity monitoring system

智能温控鞋平台程序分析:该温控鞋运行的第一步是启动按键按下时,温湿度传感器将采集到的信息传送给主控制电路,之后将信息传送给写好程序的51单片机系统里,通过51单片机准确的处理,分析数据判断脚部的温湿度是否高于或低于设定值,若超过设定上限值时,温湿度声光报警器会报警,指示灯闪烁,系统会通过声光报警器启动散热器模块,当温度和湿度降下来一定值后,又反馈到检测模块,第二种,当温度低于设定下限值时,温湿度声光报警器报警,指示灯闪烁,系统会根据声光报警器启动加热模块。当温度和湿度升高到一定值后,又反馈到检测模块,这样依次循环从而判断鞋里温度和湿度的各种变化(如图3温湿度监测系统与图4按键设置流程所示)。

按键设置流程:首先按下按下按键时系统进入设置模式,其次被设置被设置数闪烁,通过K3进行控制,如果按下,则被设置数为50,否则判断K4是否按下;在被设置数为50时,被设置数加1并返回K4,不是的情况下,被设置数为0,则立刻返回K4;如果K4未按下,则立刻返回主程序,否则被设置数是否为0,若为0,被设置数减1且返回主程序,若不为0,被设置数为50时,则返回主程序。整体设置功能也可以通过手机APP实现,如图4按键设置流程所示。

5 结语

该平台对外部信号的采集,我们选用生活中较为常见的DHT11温湿度传感器,它不仅灵敏度高,并且寿命长、成本低;同时,由于它的体积小,所以比较节省空间且易于安装。除此之外,之所以使用51单片机,是因为它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统,它的处理对象不是字或字节而是位,它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理,还能进行位的逻辑运算,其功能也十分完备,使用起来也得心应手。另外输出端采用性能十分好的声光报警器,LCD1602液晶显示,负载。对输出端的信息来讲,在准确性和及时性上具有很大的保障。对于整个系统而言,它不仅可以对温度进行报警,还可以对鞋里的温湿度进行控制。

图4 按键设置流程Fig.4 Button setting process