智能干鞋器设计与开发

题目：智能干鞋器设计与开发

智能干鞋器开发

摘要：由于南方天气潮湿或阴雨不断，鞋子不能及时烘干和通风以致细菌滋生并且发臭，对人们身

体健康造成严重的影响，针对这些问题开发了一款智能干畦器设备。该设备通过NB-IOT通信模块

将温湿度传感器采集到的数据传输至数据服务中心，用户可实时了解该设备目前的运行情况和环境

参数信息，并根据这些数据对设备进行远程控制加热、通风、杀菌的操作。本设备实现了对鞋内环

境的自动检测、控制与管理，另外其体积小巧方便携带，具有低功耗高性能的特点符合人们节能环

保的生活态度，有一定的市场前景。

关键词：物联网技术；干鞋器；NB-1OT；温湿度传感器；

目录

目录........................................................................3

第一章绪论.................................................................6

1.1研究的背景及意义.....................................................6

1.2国内外的研究现状.....................................................7

1.2.1国外研究现状..................................................7

1.2.2国内研究现状..................................................7

第二章智能干鞋器相关技术简介..............................................8

2.1系统开发工具及运行环境..............................................8

2.2相关开发技术........................................................8

2.2.1Keil.........................................................8

2.2.2Spring框架..................................................8

2.2.3SpringMvc框架...............................................8

2.2.4MyBatis数据库框架.............................................9

第三章智能干鞋器系统的需求分析...........................................10

3.1市场需求分析........................................................10

3.2总体需求分析.......................................................10

3.3功能分析............................................................10

3.3.1硬件设备的功能分析...........................................10

3.3.2Web后台管理功能需求..........................................11

3.3.3微信小程序客户端功能需求....................................11

第四章智能干鞋器系统的硬件设计...........................................12

4.1系统的总体架构.....................................................12

4.2设备原理图设计......................................................12

4.3核心控制模块设十................................................13

4.4通信模块设计........................................................14

4.5温湿度模块设计......................................................15

4.6电源模块设计......................................................16

4.7继电器模块设计......................................................16

4.8蜂鸣器模块设计......................................................17

3

6.3.1登录模块.....................................................36

6.3.2数据显示模块.................................................37

6.3.3设备控制模块.................................................38

6.3.4设备管理模块.................................................38

6.3.5个人中心模块.................................................39

参考文献...................................................................41

总结.......................................................................42

5

第一章绪论

物联网就是人们感兴趣的物体通过嵌入各种获取实时信息的设备让其感知世界和各种自组织网

络，通过接入网登入互联网从而形成的•个包含信息收集、信息传输、控制以及信息服务•体化的

网络⑴。

本毕业设计是建立了一种基于阿里云⑵的物联网服务信息系统，干鞋器设备通过NB-10T接入阿

里云服务中心，用尸可在网贝端和客尸端进行实时监测、反向控制与设备管理。

1.1研究的背景及意义

在1999年“物联网”被首次提出，它实现了智能化的监测和调节，其主要是把人们想要的物品

通过网络并使用一些技术和传感器设备将它们联合起来［3］。2005年，国际电信联盟(ITU)扩展了

“物联网”的涵义，并发布了一份关于“物联网”时代即将来临的报告《ITU互联网报告2(X)5：物

联网》0。当有了无所不在的网格和无所不在的计算的发展意愿时，则认为世界上的物品都可在不

同时间、地点进行信息的交换⑸。2009年8月，IOT被正式列入“国家战略新兴产业”之一⑹。

互联网是物联网的基础和核心，但是它们有所区别，物联网是在互联网的基础上进行延展发展

更加快速。物联网将互联网与所需的物品连接起来采用的是射频识别、红外感应、GPS等信息技术,

实现了信息的交换和通信，是一种将识别、监控、定位和管理集成一体的网络。随着社会经济的发

展，物联网所创造的社会经济远远超过了互联网所带来的价值，这将是在互联网发展之后的再一次

创新和飞越⑴C

目前，我国的经济发展十分迅速，那么发展新的产业是中国要成为经济国的重要选择。胡锦涛、

温家宝等领导强调若要发展新兴产业、无线传感器网络的话必须要有国际的视野和战略思维⑻。如

今我国与其他国相比的优势主要是同发优势，我国将会成为主导国之一，物联网的发展也将属于世

界的前列。

人们的生活方式正在发生着巨大的改变，网络技术也在不断的更新，同时智能家居的发展是基

于物联网技术的基础上，这使我们的生活变得更加的方便快捷⑼。在国内，物联网的产业迅速发展

起来，其中智能干鞋渊的发展也愈来愈好。

古语说“寒从脚起”，足部问题将会直接的影响到身体健康।则。近年来，经济水平不断提高，

人们的保健意识逐渐增强，通常洗完鞋子后没有采用正确的方法来使其变干，导致鞋子内部环境潮

湿细菌越来越多。如何选择正确的方法将鞋子烘干、通风并及时杀菌来防止鞋内细菌的传播和繁殖

是一个比较重要的问题。该设备内部采用了自动恒温的PTC发热体同皿、风扇达到内部加热到一定

温度时向外散发热量保持鞋内空气流通的功能。因此，防止脚部感染细菌的关键是选择正确的鞋子

6

烘干方法。根据H前的市场调查，防止细菌扩散的最好方法是使用具有相应功能的“干鞋器设备”。

智能干鞋器是基于传统干鞋器加上物联网技术、云计算、人工智能等技术形成(⑵1Km⑷，通过

NB-IOT传输采集的数据到网页和客户端，实现对设备的实时监控和控制。

1.2国内外的研究现状

1.2.1国外研究现状

在国外干鞋器的发展地区比较广泛，包括北美、欧洲、日本、东南亚和印度等国家，干鞋

器逐渐被使用。目前的干鞋器功能都比较单一、呆板，技术主要采用单片机恒温加热，主要使

用对象是国外的家庭，需求量比较小，发展较为平缓,

1.2.2国内研究现状

在1989年，第一双的电热干鞋器出现，随后干鞋器的市场也逐渐丰富起来。干鞋器是利用

电加热及负离子发生器对鞋子进行烘干和消毒，可分为小型携带型、家庭使用是型、公共场所

使用型等。近五年来在国内，中国干鞋器市场的消费规模逐渐增长，该行业有强大的市场潜力，

但是目前我国还没有形成真正的品牌和规模。在201()年大部分干鞋器的品牌企业销售收入都不

太理想，主要有两个原因造成。其一，人们对干鞋器的重视度不够，人们的需求影响了该行业

的发展；其二，干鞋器设备的品种比较多，应用领域复杂不明确，导致销售的渠道混乱。从国

内市场来看，国内干鞋器的功能单一、品牌诸多，眼花缭乱，因此需要一款目标明确方便使用

的干鞋器设备。该课题所设计的设备外观小巧方便携带，相比于其他现有的干鞋器价格更加优

惠，是每个家庭都能消费使用的。另外该设备能够智能监测鞋内的环境情况，能够根据温度和

湿度进行相应的操作，定期杀菌，贯彻人们健康的生活理念。所以，该智能干鞋器设备在国内

未来的发展有一定的前景。

7

第二章智能干鞋器相关技术简介

2.1系统开发工具及运行环境

本系统使用Windows764操作系统开发该物联网云服务Web信息系统，采集的数据存储于阿

里云平台。该智能干鞋器设备硬件核心板利用AltiumDesignerRelease18绘制PCB板，使用Keil5

软件编写C/C++语言开发。另外，本系统Web端功能使用了氏lipse软件进行编写；前端页面采用了

bootstr叩框架，让本设计的前端页面显得整洁，大方；SpringMvc用于后端的管理，使前后端实现

分离使用起来比较灵活。

2.2相关开发技术

2.2.1KeiI

KeilC51是一款使用C语言进行编写单片机语言的软件，由美国的KeilSoftware公司开发的，

这款软件相对于其他的单片机编程软件有一些比较明显的优点。KeilC51软件的界面和操作都是比

较简单易懂容易上手，里面生成代码的效率很高，语句简洁易懂，能够提高编程的效率。使用时首

先建一个uvision工程，代码编写完后保存时格式一定要选择.C文件，保存后即可进行编译。

2.2.2Spring框架

Spring是一个开源软件，主要包括AOP与IOC两个容器框架侬，其中AOP代表血向切血，IOC

代表控制反转。Spring框架部署相对简单，拥有依赖注入性可让使用者操作起来更加方便代码编写

更加简单。还有明确的框架分层结构，可自由选择需使用的组件。使用Spring框架时首先需搭建环

境，导入卜载好的环境包后创建一个对象并书写配置文件，开发者使用时只需配置Javabcan即可，

所以Spring的优点还可以降低编程的难度，提高效率。

2.2.3SpringMvc框架

SpringMVC框架是在SpringFrameWork框架的后面发展起来的，在其基础上它分离了控制器、

模型对象、过滤器以及处理程序对象的角色，易于同其他的View框架无缝集成।⑹。SpringMVC框

架可将复杂的Web层分解成好几部分，使用比较灵活思路清晰方便开发，避免错误。另外,SpringMVC

框架能够提窗JavaWeb应用的稳定性、扩展性和维护性,。使用SpringMVC框架需先下载jar包

并添加到项目里，随后配置xml和springmvc文件。

8

2.2.4MyBatis数据库框架

MyBatis框架是一个对数据库进行封装的框架，可将SQL语句拎出来灵活配置。MyBatis是写

Java程序时对数据库进行增删改查的工具，开发简单容易上手。同时Mybatis还可以满足企业需求,

企业需要在它的基础之上进行再次的封装,从而提高数据库访问编程效率和持久层的成熟度1,81o使

用MyBatis框架需先下载jar包后进行部署，创建P0类和全局配置文件，后在config目录下创建.xml

文件，最后在加载映射文件，

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第三章智能干鞋器系统的需求分析

3.1市场需求分析

在中国近几年来，随着人们生活水平的不断提高，鞋类制造业的迅速发展，以致人们对鞋子的

要求越来越高。鞋内的环境情况会直接影响人的身体健康，若鞋内潮湿就会滋养细菌，而后产生一

系列的足部问题，所以确保鞋内环境的良好是很重要的。

随着鞋类制造业的规模不断扩大和人们健康生活理念的加深，干鞋器的市场存在很大的潜力。

但是现有市场上的干鞋器产品生产厂家比较少，更新速度较慢，产品的功能也比较单一。目前干鞋

器的市场还没有完全开发出来，没有形成•定的规模，品牌多比较乱，很多类似的产品，这样很容

易出现恶性竞争的情况。所以干鞋器的市场需要进一步的创新和整改，需要开发出功能更加齐全使

用更加方便的干鞋器设备。

3.2总体需求分析

本设备使用NB-10T通信模块将采集到的数据传输至阿里云服务器后再把其存储于数据库，用户

在客户端或者网页端即可实时的查看当前设备的情况，若超出设置的阈值会发出警报，使用继电器

实现对设备的反向控制。另外，在网页端管理员还可对用户的信息进行管理，杳看用户反馈的问题

和设备的系统公告，及时作出相应的回应。客户端个人口志模块可查看该设备的登录情况，当用户

使用设备时遇到问题可及时我系客服在询。

3.3功能分析

3.3.1硬件设备的功能分析

该设备的硬件功能需求主要包括以下几点：

1.设备上电后即进行设备的连接，具有联网信息长期保存的功能。

2.用户可在2-3秒内收到采集的实时数据并快速的进行反向控制请求。

3.在设备采集的过程中可确保数据的有效性和传输的安全性。

4.完善的Web系统后台管理权限机制，以防止信息泄漏造成损失。

5.数据采用盐值MD5进行加密，防止用户隐私信息泄漏带来损失及恶意攻击。

6.系统操作容易，简单易懂，提升应用的效率与便利性。

10

332Web后台管理功能需求

管理员可在%b端系统对用户进行管理，实时查看设冬当前的温湿度情况，并进行相应的管理

和控制。具体功能叙述如下：

1.登录注册模块：管理员可通过联系方式、邮箱进行注册自己的账号，后登录账号密码进入

系统

2.个人信息模块：该模块包含管理员和用户的个人信息，管理员可对这些内容进行增加、删

除等操作

3.数据查看模块：可在该模块实时查看设备当前和历史的温湿度数据并以折线图的形式呈现

出最新的7个数据

4.设备管理模块：管理员可设置设备的温湿度阈值，当数据超过阈值时将会对设备进行反向

控制操作

5.系统公告模块：可对系统发布的信息和公告进行查看，并可查看发布的作者、内容和时间。

6.用户反馈模块：管理员可通过该模块查看用户使用设备后反馈的内容，及时的进行进一步

的操作

7.操作日志模块：可实时记录管理员对设备的操作

333微信小程序客户端功能需求

微信小程序客户端的功能包括：查看实时数据、设备控制、个人日志、设备绑定、问题反馈、

分享、查看公告和联系客服等，相关功能叙述如下：

1.登录模块：通过获取微信的个人信息进行授权登录到该设备的小程序中

2.数据模块：用户可在数据页面实时的查看设备最新的温湿度数据

3.设备模块：用户可通过扫描二维码来添加设备到小程序的设备管理模块中

4.控制模块：用户可手动对设备进行反向控制或当设备数据超过阈值时设备会自动做出相应

的操作

5.日志模块：用户可通过日志模块查看最近的登录时间

6.反馈模块：用户可在反馈模块里更新当前使用设冬遇到的问题，管理员可及时做出相应的

回复

7.客服模块：用户若在使用设备时出现问题可随时联系客服咨询

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第四章智能干鞋器系统的硬件设计

4.1系统的总体架构

物联网设备第一次上电后，通过NB-IOT通信模块一健配置自动连接阿里云服务器。手机客户

端打开微信小程序通过数据流量连接上阿里云服务器，用户即可对设备进行操作，管理员可以通过

电脑访问对应的Web网页端进行行使管理员的功能。本系统网络拓扑图如图4-1所示。

PC端

图4-1系统网络图

4.2设备原理图设计

该设备的电路图由AlliumDesigner软件绘制而成，其中驱动电路一共有9大块：核心控制模块、

通信模块、温湿度模块、电源模块、继电器模块、蜂鸣器模块、晶振模块、模式选择及串口模块。

其核心电路设计如图4-2所示

12

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