蘇金鳳 王娜 方豪 靳榕 柴可 王浩

【摘要】本文基于醫(yī)用紫外線消毒系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于STM32的醫(yī)用紫外線消毒智能防御系統(tǒng)。通過(guò)上位機(jī)發(fā)送指令及人體紅外感應(yīng)模塊實(shí)現(xiàn)紫外線燈的自動(dòng)開關(guān)控制，上位機(jī)程序置于SD卡中，實(shí)現(xiàn)即插即用和集中化統(tǒng)一管理。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);醫(yī)用紫外線消毒;智能防御

1. 緒論

在日常生活中，保持室內(nèi)空氣清潔，定期實(shí)施有效消毒，特別是對(duì)醫(yī)療保健、康復(fù)療養(yǎng)等公共場(chǎng)空氣的消毒非常重要。紫外線燈是空氣消毒的常用設(shè)備，紫外線燈的規(guī)范使用就顯得十分必要了?，F(xiàn)實(shí)生活中就因?yàn)樽贤饩€燈的不規(guī)范操作造成了很多悲劇——近年來(lái)，因誤開紫外線燈致人眼睛灼傷不適的事情屢見不鮮。2012年在XX市東城小學(xué)就曾發(fā)生過(guò)由于學(xué)生誤開紫外線燈，導(dǎo)致27名小學(xué)生眼睛受到傷害的事件。所幸，經(jīng)過(guò)醫(yī)治并無(wú)大礙。我們所研究的醫(yī)用紫外線消毒智能防御系統(tǒng)，針對(duì)誤開紫外線燈做出了革新。將人體紅外傳感器、定時(shí)器等裝置融入該系統(tǒng)，防止紫外線燈對(duì)人體長(zhǎng)時(shí)間照射造成傷害。

目前國(guó)內(nèi)紫外線燈的應(yīng)用廣泛，市面上已有家用型紫外線消毒燈和醫(yī)用型紫外線消毒燈兩種。家用型紫外線消毒燈，消毒范圍有限且價(jià)格昂貴。醫(yī)用型紫外線消毒燈，雖然價(jià)格低廉，消毒范圍廣。但是，傳統(tǒng)開關(guān)式控制極易因?yàn)檎`開紫外線燈而對(duì)人體造成傷害。

本文設(shè)計(jì)的醫(yī)用紫外線消毒智能防御系統(tǒng)相對(duì)于家用型紫外線燈，解決了目前醫(yī)用紫外線消毒燈消毒范圍小，價(jià)格昂貴的難題，相對(duì)于醫(yī)用型紫外線燈，本產(chǎn)品的“人來(lái)燈滅，人走即亮”、定時(shí)熄滅、可視化統(tǒng)一管理等功能解決了這一難題。

2. 設(shè)計(jì)概述

管理者設(shè)置的基本信息通過(guò)認(rèn)證助手中的無(wú)線模塊和單片機(jī)將信息發(fā)送到紫外線燈接收端上（接收端由單片機(jī)與另外一個(gè)無(wú)線模塊構(gòu)成）。紫外線燈上的無(wú)線模塊接收到上位機(jī)發(fā)送的信息后將信息轉(zhuǎn)送到單片機(jī)上，單片機(jī)通過(guò)控制繼電器完成對(duì)燈亮滅的操作。

降壓模塊將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，用來(lái)提供單片機(jī)燈供電電壓。無(wú)線模塊、人體紅外感應(yīng)模塊與單片機(jī)連接并通過(guò)單片機(jī)供電。人體紅外感應(yīng)模塊感應(yīng)到人的時(shí)候會(huì)發(fā)送給單片機(jī)一個(gè)低電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)編程后通過(guò)改模塊自帶的繼電器完成人來(lái)燈滅，人走燈亮的操作，定時(shí)模塊會(huì)根據(jù)PC端設(shè)定的消毒時(shí)間進(jìn)行消毒操作，當(dāng)消毒時(shí)間結(jié)束，紫外線燈定時(shí)熄滅。

3.硬件設(shè)計(jì)與分析

硬件設(shè)備，選用單片機(jī)STM32f103c8t6為處理器，單片機(jī)與傳感器相連，根據(jù)需求編寫相關(guān)的程序，實(shí)現(xiàn)紫外線燈的智能化處理;本系統(tǒng)的硬件部分由人體紅外感應(yīng)模塊、ESP8266無(wú)線模塊、固態(tài)繼電器、STM32單片機(jī)構(gòu)成。圖3.1為硬件框圖。

3.1 人體紅外感應(yīng)模塊

本系統(tǒng)采用HC-SR501人體紅外傳感器，考慮到該模塊具有無(wú)輻射，功耗小，隱蔽性好，抗干擾性強(qiáng)，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。人體紅外傳感器模塊可以檢測(cè)溫度變化，在人體恒定體溫37度，會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10UM左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是根據(jù)這一特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和工作的。通常采用熱釋電元件作為紅外傳感器的紅外感應(yīng)源，當(dāng)人體紅外輻射溫度發(fā)生變化的時(shí)候，熱釋電元件會(huì)接收到變化值，在失去電荷平衡的同時(shí)釋放電荷，這一變化會(huì)被后續(xù)電路檢測(cè)到，并進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，只要人體一直處于感應(yīng)范圍內(nèi)，人體紅外感應(yīng)模塊只會(huì)出現(xiàn)一種判斷模式關(guān)閉紫外線燈，采用人體紅外感應(yīng)模塊將大大減少事故發(fā)生。人體紅外感應(yīng)電子模塊采用全自動(dòng)感應(yīng)技術(shù)，用來(lái)檢測(cè)人的活動(dòng)范圍。當(dāng)人進(jìn)入其反應(yīng)范圍時(shí)系統(tǒng)輸出高電平，當(dāng)人離開時(shí)系統(tǒng)會(huì)關(guān)閉高電平，同時(shí)輸出低電平，最終可以實(shí)現(xiàn)人走燈亮，人來(lái)燈滅的功能。

3.2 無(wú)線模塊

本系統(tǒng)采用無(wú)線連接連接方式，無(wú)線模塊和藍(lán)牙模塊均可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接。對(duì)比分析藍(lán)牙模塊和無(wú)線模塊，藍(lán)牙技術(shù)是一種有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信技術(shù)，它利用無(wú)線電技術(shù)短距離通信，通常在十米以內(nèi)才能夠進(jìn)行傳輸文件，進(jìn)行正常的工作;而無(wú)線模塊完成的無(wú)線連接依靠WIFI，它是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備等終端設(shè)備無(wú)線方式連接的技術(shù)。WIFI穩(wěn)定性相較藍(lán)牙強(qiáng)，傳輸距離以及傳輸速率都優(yōu)于藍(lán)牙。故此本項(xiàng)目中采用的是WIFI模塊連接模塊。

ESP8266芯片具有體積小，功耗低，支持透?jìng)鳎瑏G包現(xiàn)象不嚴(yán)重，以及價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。作為本系統(tǒng)的主要的通信手段，在無(wú)線通信中，系統(tǒng)利用芯片的AP模式和透?jìng)髂Ｊ絹?lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制。在AP模式中，SD卡集成直入預(yù)認(rèn)證助手中，其功能是負(fù)責(zé)給無(wú)線模塊1進(jìn)行供電以及下載程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的即插即用。而無(wú)線模塊2在單片機(jī)供電后，由于內(nèi)置代碼上電自啟，開啟透?jìng)髂Ｊ?。無(wú)線模塊2與無(wú)線模塊1配網(wǎng)后，它可以根據(jù)上位機(jī)發(fā)送的指令來(lái)控制繼電器的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)啟動(dòng)和熄滅的功能。

3.3 固態(tài)繼電器

由于固態(tài)繼電器具有用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)觸點(diǎn)作為切換裝置并且相比傳統(tǒng)繼電器具有不易產(chǎn)生電火花，保證使用安全等特點(diǎn)，本系統(tǒng)的繼電器選擇為固態(tài)繼電器。

4. 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，圍繞STM32單片機(jī)以VB.net作輔助控制。STM32單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，它通過(guò)接收由VB.net發(fā)送的指令來(lái)控制系統(tǒng)。

其中STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：人來(lái)燈滅，人走燈亮，定時(shí)啟動(dòng)，定時(shí)熄滅。VB.net實(shí)現(xiàn)的功能主要是可視化統(tǒng)一管理。如圖4.1控制流程圖。

5. 結(jié)論

STM32 嵌入式單片機(jī)利用其數(shù)據(jù)信息發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)VB.NET設(shè)計(jì)的可視化界面實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理的功能。便于管理者隨時(shí)隨地的控制紫外線消毒設(shè)備，切實(shí)有效的保障了紫外線消毒設(shè)備使用運(yùn)行的安全性。醫(yī)用紫外線消毒智能防御系統(tǒng)，主要應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、食堂等人員密集的場(chǎng)所，這些場(chǎng)所不僅面積大而且活動(dòng)人員特殊，若紫外線燈得不到統(tǒng)一化管理則造成的傷害是不可估量的。我國(guó)應(yīng)該在消毒管理領(lǐng)域積極利用STM32嵌入式手段開展智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足我們安全便捷的生活需求。

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作者簡(jiǎn)介：蘇金鳳（通訊作者）女，遼寧人，沈陽(yáng)工學(xué)院，教師，助教。