紫外線消毒、照明與圖像記錄智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孟霖宜

摘要：本系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52芯片為控制單元，結(jié)合紅外探測(cè)獲取的人體活動(dòng)信息、自動(dòng)亮度感應(yīng)獲取的環(huán)境亮度信息，實(shí)現(xiàn)了紫外線消毒燈、照明燈和圖像記錄裝置的智能控制切換，既有效避免了紫外線輻射對(duì)人體的危害，還提高了安全防范水平。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);智能控制;紅外探測(cè);紫外線消毒;照明;圖像記錄

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0001-03

0 引言

目前，紫外線消毒燈已成為醫(yī)院、餐飲、幼兒園等行業(yè)的必需設(shè)備，具有消毒效果較強(qiáng)、使用方便簡(jiǎn)單、可移動(dòng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于產(chǎn)品上的警示標(biāo)志不明顯，商家在宣傳中也常忽略不提它的危害性，近年來(lái)，由紫外線燈長(zhǎng)期照射造成的傷害時(shí)有發(fā)生。同時(shí)，由于紫外線消毒一般要求在夜間或白天特殊需求時(shí)進(jìn)行，這期間人員較少進(jìn)入消毒區(qū)域，容易存在安全隱患，有必要對(duì)這期間進(jìn)出消毒區(qū)域的人員、物品影像進(jìn)行記錄，加強(qiáng)安全防范管理。因此，設(shè)計(jì)一種能夠通過(guò)感應(yīng)人體活動(dòng)來(lái)自動(dòng)控制紫外線消毒燈開(kāi)關(guān)的功能很有必要;同時(shí)，為了方便夜間進(jìn)入該區(qū)域人員的活動(dòng)以及安全管理，還應(yīng)自動(dòng)控制照明與圖像記錄設(shè)備。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

紫外線消毒、照明與圖像記錄智能控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制單元、無(wú)線遙控模塊、紅外探測(cè)模塊、亮度感應(yīng)模塊、電源等組成，組成如圖1所示。

遙控接收模塊接收到開(kāi)機(jī)指令后，系統(tǒng)開(kāi)始工作。紅外探測(cè)模塊探測(cè)該域內(nèi)有無(wú)人員出入、活動(dòng)，如果沒(méi)有人員活動(dòng)，則紫外線消毒燈正常工作，照明燈和攝像頭不工作。當(dāng)有人員進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，紫外線消毒燈自動(dòng)關(guān)閉，避免對(duì)人體造成傷害，并開(kāi)啟圖像記錄裝置，對(duì)該區(qū)域的人員活動(dòng)情況進(jìn)行記錄，便于實(shí)現(xiàn)事后追溯;同時(shí)亮度感應(yīng)模塊自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境的亮度，如果亮度較暗自動(dòng)打開(kāi)照明燈（如果亮度較高則不打開(kāi)照明燈）。當(dāng)人員離開(kāi)以后，照明燈和圖像記錄裝置繼續(xù)延時(shí)工作一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)打開(kāi)紫外線消毒燈，恢復(fù)消毒工作狀態(tài)。

1.1 單片機(jī)控制單元

從圖1中可以看出，單片機(jī)控制單元主要包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等，CPU采用STC89C52單片機(jī)，是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，內(nèi)置8位中央處理單元[1]。電路中晶振電路外接石英晶體及外接電容CX1、CX2，晶振頻率12MHz，CX1、CX2使用30pF電容，復(fù)位電阻10kΩ。

1.2 無(wú)線遙控模塊

無(wú)線遙控模塊主要由基于PT2262發(fā)射單元、基于PT2272接收單元共同組成，PT2262/2272是一對(duì)帶地址、數(shù)據(jù)編碼功能的紅外遙控發(fā)射/接收芯片[2]。PT2262發(fā)射單元通過(guò)無(wú)線控制“開(kāi)”或“關(guān)”信息的發(fā)送，PT2272接收單元接收到該信息，在較遠(yuǎn)距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。發(fā)射單元、接收單元如圖2、3所示。

發(fā)射單元的按鍵S1沒(méi)有按下時(shí)，PT2262的17腳輸出為低電平，315MHz的高頻發(fā)射電路不工作;當(dāng)S1按下時(shí)，其17腳輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)。接收單元的解碼芯片PT2272接收到PT2262發(fā)射的信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)，只有與發(fā)射端PT2262的地址編碼完全相同，PT2272的10腳才輸出高電平，然后送入單片機(jī)控制單元89C52的P1.0端。

1.3 紅外探測(cè)模塊

紅外探測(cè)模塊主要由熱釋電紅外傳感器PIR、傳感信號(hào)處理集成電路BISS00O1及外圍電路組成，如圖4所示。BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈?zhuān)用集成電路[3]。

當(dāng)有人進(jìn)入熱釋電傳感器PIR監(jiān)控范圍并移動(dòng)時(shí)，PIR可將人體散發(fā)出的紅外線變化轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)頻率為0.1～10Hz的電信號(hào)輸出，其輸出隨人體移動(dòng)而變化，通過(guò)靈敏度電阻RT02送入BISS00O1芯片內(nèi)部高輸入阻抗運(yùn)算放大器的輸入端1N+（14腳），在內(nèi)部經(jīng)過(guò)放大、雙向鑒幅器處理后，由狀態(tài)控制器（2腳）輸出高電平，然后送入單片機(jī)控制單元89C52的P1.1端。系統(tǒng)中BISS0001的1腳接高電平，電路處于允許重復(fù)觸發(fā)狀態(tài)，只有人離開(kāi)后，再延時(shí)一段時(shí)間，BISS0001的2腳才輸出低電平信號(hào)，延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由延時(shí)元件R013與C011決定。

考慮到空間的大小、形狀不同、以及紅外探測(cè)的靈敏性，可能需要安裝多個(gè)紅外探測(cè)模塊，同時(shí)為保證各紅外探測(cè)模塊工作的獨(dú)立性，系統(tǒng)采用多個(gè)紅外感應(yīng)模塊并聯(lián)的方式，任一模塊探測(cè)到人員活動(dòng)后，89C52的P1.1端均可接收到高電平。

1.4 亮度感應(yīng)模塊

亮度感應(yīng)模塊主要以由電壓比較器、光敏電阻RG等組成，原理圖如圖5所示。由于光敏電阻RG在黑暗時(shí)阻值可達(dá)幾兆歐，電壓比較器同相輸入端的電壓高于反相輸入端的電壓，比較器輸出高電平，然后送入單片機(jī)控制單元89C52的P1.2端。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件程序基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣程序結(jié)構(gòu)更清晰，編程更簡(jiǎn)單，易于后期調(diào)試和修改。系統(tǒng)加電后，電源模塊開(kāi)始工作，給遙控接收模塊和單片機(jī)控制單元供電;單片機(jī)控制單元初始化程序首先對(duì)定時(shí)器、P1口、P2口等進(jìn)行初始化操作，目的是防止誤操作情況的發(fā)生，影響系統(tǒng)使用;然后持續(xù)對(duì)P1.0、P1.1、P1.2進(jìn)行掃描，并根據(jù)其不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)控制P2.0、P2.1、P2.2、P2.3的狀態(tài)，進(jìn)而控制紫外線消毒燈、照明燈、攝像頭等的工作狀態(tài)。主程序模塊主要完成編程芯片的初始化和各個(gè)模塊的調(diào)用，程序設(shè)計(jì)主程序流程圖如圖6所示。

3 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)，主要采用單片機(jī)智能控制、無(wú)線遙控、紅外探測(cè)和亮度感應(yīng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了紫外線消毒燈、照明燈和圖像記錄裝置的自動(dòng)控制切換。彌補(bǔ)了現(xiàn)有紫外線消毒燈沒(méi)有人體活動(dòng)感應(yīng)手段的缺陷，有效避免了紫外線輻射對(duì)人體的危害;還融合了照明和圖像記錄控制功能，便于實(shí)現(xiàn)事后追溯，提高了安全防范水平。此外，該系統(tǒng)與原有紫外線消毒、照明、圖像記錄設(shè)備完全兼容，便于推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉赫，郭慶強(qiáng).基于STC89C52單片機(jī)的智能風(fēng)扇控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表，2018，39（6）：99-102.

[2]趙亞麗.基于單片機(jī)和PT2262/2272的電源控制系統(tǒng)[J].裝備制造技術(shù)，2016，9（9）：210-212.

[3]易金橋，黃勇，廖紅華，等.熱釋電紅外傳感器及其在人員計(jì)數(shù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].紅外與激光工程， 2015，4（4）：1186-1192.

Intelligent Control System Design of Ultraviolet

Disinfection， Illuminating and Image Recording

MENG Lin-yi

（Shijiazhuang Second Middle School，Shijiazhuang Hebei? 050000）

Abstract：This system has a control unit based on MCU STC89C52， which can implement the intelligent control switching of ultraviolet disinfection lamp， illuminating lamp and image recording device， by combining the body action information from Infrared Detection device and environmental brightness information from automatic brightness sensor. The designed system can avoid the harm of ultraviolet radiation to human body effectively， and improve the level of safety precautions.

Key words：MCU;intelligent control;infrared detection;ultraviolet disinfection; illuminating; image recording