一种全自动鞋底清洁机的设计

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电子电路设计与方案

0 引言

随着居住环境的改善，社会对室内环境的要求越来越

高。豪华的装饰在给人们带来温馨、宁静、舒适环境的同时

也带来了新的烦恼--地面的污染。因此为了保持地面的清洁，

一方面人们在大厅门口处门放置地垫，另一方面在客人来访时需换拖鞋，客人走后需拖地。久而久之，一方面增加了劳动强度，另一方面私用拖鞋变成了公用拖鞋，这也为脚气病的传播提供了可乘之机，更为重要的是脚底含有大量细菌容易黏在地板上，感染在地上玩耍的孩子。

对于客人方面，一方面顾忌脚上的问题不愿暴露，另一

方面又不愿踩脏主人家的地板，造成尴尬。为解决这方面的

问题，市面上出现了一种“一次性鞋膜机”，虽然解决了这方面的问题，但也造成了浪费与二次污染；另外一种全自动鞋底尘污清洁机是引进国外组件最新生产的一种去除鞋底、鞋帮污泥、尘土及细菌的新型清洁设备，但设备造价过于高

昂，同时难以针对不同的人群和选择地，不适用于推广使用。

因此设计一款易于操作，结构简单，造价不高，适用于各种场合的自动化鞋底清洁机，符合时代的需求，并且其市场潜力巨大。1 机构设计

■1.1 结构

鞋底清洁机的结构如图1所示。各部件的作用简述如下：①清洁毛刷，清洁毛刷主要用于清扫鞋底，是整个机器的关键部位。

②喷头，喷头通过软管连接水泵，用于向鞋底喷水，使机器清洁更彻底。

③电机，电机主要为清洁毛刷提供动力。④滑轮，通过电机的带动使清洁毛刷转动[1]。

⑤水泵，抽取清水瓶中的水。

⑥清水瓶，储存清水，可以向其中倒入一定量的消毒液

达到消毒的效果。

⑦污水瓶，收集清洁冲下来的污水和杂物。

⑧软管，连接水泵和清水瓶以及连接水泵和喷头。⑨倾斜板，使清洁下来的污物滑入污水瓶中。

图1 机械结构图

■1.2 清洁毛刷和热风机的位置设计

如图2所示，为达到最大面积的清洁，使两个毛刷之

间无限靠拢，并且在两个毛刷之间安放钢筋支架用于承受鞋子[2]。

热风机放于机器的后端倾斜向上最大面积化的吹热风，加快鞋底干燥。

图2 清洁毛刷侧面图及热风机设计

2 硬件系统设计

■2.1 系统的整体架构设计

控制电路的设计主要包括光电检测、水位检测，单片机

和驱动电路的设计。先由传感器检测鞋子，经过单片机处理，实现对机械部分的工作状态控制，达到对鞋底的全自动清洁。而水位传感器检测到水箱内水位高或低于阈值时，单片

王飞，张文昭，刘志壮，谭发祥

（湖南科技学院电子与信息工程学院，湖南永州，425199）

基金项目：湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目资助，编号：湘教通【2018】255号957；湖南科技学院应用特色学科建设项目资助。

摘要：本文设计了一种全自动鞋底清洁机，其结构包括机械装置和控制电路。机械部分包括主体箱、电机、水泵和热风机等；控制电路包括光电检测、水位检测，单片机和驱动电路等。先由传感器检测鞋子，经过单片机处理，实现对机械部分的工作状态控制，达到对鞋底的全自动清洁。其工作过程是当红外线检测到鞋子的放入机器时，自动依次完成喷水和洗刷，干燥和蜂鸣，检测到水箱内水位高或低于阈值时，自动提示。

关键词：鞋底清洁机；红外传感器；水位监测；单片机

4 | 电子制作 2019年08月

图4 红外检测电路原理图

表1 实验数据记录

刻度43�532�521�510�50电压（V）2�322�572�772�862�943�063�103�133�15表1的刻度数据与实际高度是相反的，刻度最大对应水位最小，可得：随水位的上升，传感器输出的电压逐渐升高。

图5 水位传感器

■2.4 控制电路设计

图6 控制电路

控制电路的主控芯片为STC15W401AS，其引脚7接收到红外传感器的信号，控制引脚14输出低电平给三极管Q1的基极，三极管Q3集电极接电机开关，打开电机带动毛刷棍转动清扫鞋底；同理，引脚15控制打开水泵，抽取清水瓶中清水通过喷头喷向鞋底，使毛刷棍更能轻松清除鞋底泥污；延时一段时间后，引脚15输出高电平给三极管

机，单片机控制继电器打开电机带动毛刷棍转动清除鞋底污垢；同时，控制继电器打开水泵抽取清水喷向鞋底，便于清除鞋底污垢，延迟五秒后关闭，随后控制继电器打开热风机吹干鞋底，鞋子离开后，红外传感器的接收管接收到红外光，传输信号经比较后传输低电平给单片机，单片机控制继电器关闭热风机及电机。

（2）机器工作时，水位传感器检测储水瓶和污水瓶中水量的使用状况，当清水瓶水位低于一定量时，其输出的模拟值传输给单片机，低于设定的阈值，单片机控制蜂鸣器每隔五毫秒连续鸣叫两次；当污水瓶水位高于一定量时，其输出的模拟值传输给单片机，高于设定的阈值，单片机控制蜂鸣器每隔五毫秒连续鸣叫三次。

■2.2 光电检测部分设计

光电检测部分采用红外检测，将红外发射器、红外接收器安装在机器入口的箱壁上，使红外发射器发出的红外光可以到达红外接收器，红外发射器和红外接收器连接在控制电路上，控制电路包括电阻R1、R2、R3和滑动变阻器RP，比较器LM358以及上拉电阻R4，红外接收器的输出端连接到LM358的引脚3，RP、R3串联的结点连接到LM358的引脚2，LM358的引脚1作为比较输出端接上拉电阻R4后接到单片机的引脚1，单片机接收到比较输出的信号做出相应的处理[3]。

■2.3 水位监测模块

Water Sensor水位传感器是一款简单易用、性价比较高的水位/水滴识别检测传感器，其工作方式是通过一系列暴露的平行导线的线迹测量其水量来判断水位，轻松完成水量到模拟信号的转换。随着水位的升高，其输出的电压逐渐升高，经测试如表1所示，所以可以用单片机读取其数值，设置阈值，达到水位报警的功效。本设计采用两个水位传感器（Q、W）分别检测，Q的输出引脚接单片机的引脚2监