基于STM32的醫(yī)用紫外線消毒智能防御系統(tǒng)

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)計了基于STM32的醫(yī)用紫外線消毒智能防御系統(tǒng)。通過上位機發(fā)送指令及人體紅外感應(yīng)模塊實現(xiàn)紫外線燈的自動開關(guān)控制，上位機程序置于SD卡中，實現(xiàn)即插即用和集中化統(tǒng)一管理。

【關(guān)鍵詞】單片機;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，定期實施有效消毒，特別是對醫(yī)療保健、康復(fù)療養(yǎng)等公共場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。現(xiàn)實生活中就因為紫外線燈的不規(guī)范操作造成了很多悲劇——近年來，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)過醫(yī)治并無大礙。我們所研究的醫(yī)用紫外線消毒智能防御系統(tǒng)，針對誤開紫外線燈做出了革新。將人體紅外傳感器、定時器等裝置融入該系統(tǒng)，防止紫外線燈對人體長時間照射造成傷害。

目前國內(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，消毒范圍有限且價格昂貴。醫(yī)用型紫外線消毒燈，雖然價格低廉，消毒范圍廣。但是，傳統(tǒng)開關(guān)式控制極易因為誤開紫外線燈而對人體造成傷害。

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

2. 設(shè)計概述

管理者設(shè)置的基本信息通過認證助手中的無線模塊和單片機將信息發(fā)送到紫外線燈接收端上（接收端由單片機與另外一個無線模塊構(gòu)成）。紫外線燈上的無線模塊接收到上位機發(fā)送的信息后將信息轉(zhuǎn)送到單片機上，單片機通過控制繼電器完成對燈亮滅的操作。

降壓模塊將220V交流電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，用來提供單片機燈供電電壓。無線模塊、人體紅外感應(yīng)模塊與單片機連接并通過單片機供電。人體紅外感應(yīng)模塊感應(yīng)到人的時候會發(fā)送給單片機一個低電平信號，經(jīng)過單片機編程后通過改模塊自帶的繼電器完成人來燈滅，人走燈亮的操作，定時模塊會根據(jù)PC端設(shè)定的消毒時間進行消毒操作，當(dāng)消毒時間結(jié)束，紫外線燈定時熄滅。

3.硬件設(shè)計與分析

硬件設(shè)備，選用單片機STM32f103c8t6為處理器，單片機與傳感器相連，根據(jù)需求編寫相關(guān)的程序，實現(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無線模塊、固態(tài)繼電器、STM32單片機構(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輻射，功耗小，隱蔽性好，抗干擾性強，價格低廉等優(yōu)點。人體紅外傳感器模塊可以檢測溫度變化，在人體恒定體溫37度，會發(fā)出特定波長10UM左右的紅外線，被動式紅外探頭就是根據(jù)這一特點進行設(shè)計和工作的。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)生變化的時候，熱釋電元件會接收到變化值，在失去電荷平衡的同時釋放電荷，這一變化會被后續(xù)電路檢測到，并進行處理，從而產(chǎn)生報警信號，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感應(yīng)技術(shù)，用來檢測人的活動范圍。當(dāng)人進入其反應(yīng)范圍時系統(tǒng)輸出高電平，當(dāng)人離開時系統(tǒng)會關(guān)閉高電平，同時輸出低電平，最終可以實現(xiàn)人走燈亮，人來燈滅的功能。

3.2 無線模塊

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

ESP8266芯片具有體積小，功耗低，支持透傳，丟包現(xiàn)象不嚴重，以及價格低廉的優(yōu)勢。作為本系統(tǒng)的主要的通信手段，在無線通信中，系統(tǒng)利用芯片的AP模式和透傳模式來實現(xiàn)上位機對下位機的控制。在AP模式中，SD卡集成直入預(yù)認證助手中，其功能是負責(zé)給無線模塊1進行供電以及下載程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的即插即用。而無線模塊2在單片機供電后，由于內(nèi)置代碼上電自啟，開啟透傳模式。無線模塊2與無線模塊1配網(wǎng)后，它可以根據(jù)上位機發(fā)送的指令來控制繼電器的開關(guān)，實現(xiàn)定時啟動和熄滅的功能。

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，本系統(tǒng)的繼電器選擇為固態(tài)繼電器。

4. 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)以STM32單片機為核心，圍繞STM32單片機以VB.net作輔助控制。STM32單片機作為整個系統(tǒng)的控制中心，它通過接收由VB.net發(fā)送的指令來控制系統(tǒng)。

其中STM32單片機實現(xiàn)的主要功能如下：人來燈滅，人走燈亮，定時啟動，定時熄滅。VB.net實現(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 嵌入式單片機利用其數(shù)據(jù)信息發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的優(yōu)勢，通過VB.NET設(shè)計的可視化界面實現(xiàn)統(tǒng)一管理的功能。便于管理者隨時隨地的控制紫外線消毒設(shè)備，切實有效的保障了紫外線消毒設(shè)備使用運行的安全性。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所，這些場所不僅面積大而且活動人員特殊，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，滿足我們安全便捷的生活需求。

參考文獻：

[1] 梁越珍，李榮.病室紫外線燈意外照射的案例分析及預(yù)防對策[J].臨床合理用藥雜志（19）

[2] 侯維巖，曾磊，張海峰，等.工業(yè)無線測控網(wǎng)絡(luò)中WiFi無線終端設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2011，36（8）：41-44.

[3] 張志剛，紀亞芳.人體紅外傳感器在樓梯間燈光控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].山西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）（4）：45-47.

作者簡介：蘇金鳳（通訊作者）女，遼寧人，沈陽工學(xué)院，教師，助教。