針對大學(xué)教室的智能消毒解決方案

錢萬虎 丁斌

摘 要：新型冠狀病毒席卷全球，這對公共消毒提出挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)紫外線消毒存在易對人員造成意外傷害、實施難度大、效果難以保證等弊端，因此提出基于WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)的紫外線殺菌燈的智能消毒方法。所提方法對傳統(tǒng)的殺菌燈加以改進(jìn)，提高了紫外線殺菌燈80%的殺菌效果，同時降低了傳統(tǒng)殺菌燈42.1%的事故概率。

關(guān)鍵詞：WF-IoT;云計算;公共消毒;融合計算;Air Nano 無源無線控制技術(shù);NB-IoT

中圖分類號：TP18文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2020）10-00-02

0 引 言

隨著社會的發(fā)展，新型技術(shù)的日益更新，物聯(lián)網(wǎng)作為未來社會的發(fā)展趨勢，其技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用拓展一直是社會關(guān)注的焦點。以智能化為發(fā)展方向的物聯(lián)網(wǎng)正對人們生活的方方面面產(chǎn)生巨大的影響。隨著傳統(tǒng)紫外線消毒燈的弊端不斷顯現(xiàn)，大學(xué)教室對紫外線消毒燈的智能控制也越來越迫切。

現(xiàn)在的大學(xué)教室主要有以下幾個特點：

（1）教室空間大;

（2）人員流動大;

（3）每個教室使用情況不同，一旦發(fā)生較強的傳染性疾?。ㄈ缧滦凸跔畈《荆腥靖嗟膶W(xué)生。

因此，需要一套消毒系統(tǒng)以解決大學(xué)教室存在的上述問題。

噴灑藥液消毒存在以下缺點：

（1）噴灑面積不均勻，存在未消毒的區(qū)域;

（2）容易引起學(xué)生的不適;

（3）成本較高。

傳統(tǒng)紫外線殺毒燈雖然克服了噴灑藥液消毒的缺點，但是也存在一些問題。如傳統(tǒng)紫外線消毒極易造成意外傷害和事故、實施難度大，效果難以保證、消毒過程監(jiān)管困難。

本方案提出的智能紫外線消毒系統(tǒng)，正好可以克服傳統(tǒng)紫外線消毒的缺陷，發(fā)揮紫外線消毒的優(yōu)點，顯著提升消毒效果，一次投入、長期可用，無需物力人力消耗，可以大大降低消毒成本。

1 系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)由WF-IoT物聯(lián)網(wǎng)芯片模組、全固態(tài)紫外線傳感器與傳統(tǒng)紫外消毒燈一體化結(jié)合而成。其將普通紫外消毒燈升級為能自動防護、組網(wǎng)傳輸、強度監(jiān)測、智能控制的智能化紫外消毒燈，總體框架如圖1所示。本系統(tǒng)使用的主要技術(shù)有包括WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、WF-IoT的云/邊/端融合計算和Air Nano無源無線控制技術(shù)。

本文系統(tǒng)方案具體如下：

（1）在傳統(tǒng)紫外線燈上配置ALD系列無線智能控制器（即WF-IoT節(jié)點產(chǎn)品）;

（2）在通風(fēng)口（換氣扇）上配置ALD系列無線智能控制器（即WF-IoT節(jié)點產(chǎn)品）;

（3）配置WF-IoT人體熱釋電紅外傳感器;

（4）配置無線WF-IoT智能警示燈;

（5）配置帶有邊緣計算功能的無線智能網(wǎng)關(guān);

（6）配置Air Nano無源無線動能開關(guān)或配置無線LCD觸控屏。

1.1 WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是劃時代的創(chuàng)新技術(shù)，其內(nèi)核是唐芯系列物聯(lián)網(wǎng)芯片，是一 種從底層（物理層、MAC層、空口協(xié)議層）單芯片深度融合了國標(biāo)射頻識別（RFID）、實時定位（RTLS）、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）、商用物聯(lián)網(wǎng)照明組網(wǎng)控制協(xié)議（Air Lamp Light Link，ALL）等DSRC（專用短程無線通信）技術(shù)的低功耗中高速廣域網(wǎng)通信技術(shù)。WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為本系統(tǒng)提供了核心技術(shù)支撐。

1.2 WF-IoT的云/邊/端融合計算

WF-IoT具有“一網(wǎng)多用、一物多能”的特征，充分體現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)2.0的融合、智能，這主要靠云/邊/端融合計算技術(shù)來保證。WF-IoT 的云/邊/端融合計算如圖2所示。

云計算是統(tǒng)籌者，它負(fù)責(zé)長周期數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，一般在周期性維護、業(yè)務(wù)決策等領(lǐng)域運行，適用于大范圍的數(shù)據(jù)分析和智慧決策。邊緣計算則是指靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，無需交給云端處理，采用集通信、計算、存儲應(yīng)用為一體的本地平臺，更好地為本地紫外燈控制業(yè)務(wù)及時處理執(zhí)行，同時也云端數(shù)據(jù)采集做出貢獻(xiàn)。終端計算是在智能消毒燈節(jié)點終端層面實現(xiàn)。今天，智慧城市、智慧家居、智慧醫(yī)院、自動駕駛、無人機、智能制造等各方面都有各類計算的身影。

1.3 Air Nano 無源無線控制技術(shù)

Air Nano 無源無線控制技術(shù)是將自能源技術(shù)、射頻識別技術(shù)（RFID）、無線傳感網(wǎng) 技術(shù)（WSN）、能量轉(zhuǎn)換與存儲、低功耗信號處理和傳輸技術(shù)進(jìn)行一體化集成的技術(shù)，是WF-IoT的重要支撐。目前已經(jīng)形成了無源無線開關(guān)、無源無線控制面板和無源無線終端等Air Nano產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于智能照明、識別定位、工業(yè)測控、安防等領(lǐng)域。Air Nano產(chǎn)品不需要連接電源線，也無需安裝充電電池或干電池，產(chǎn)品內(nèi)置有能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，對于本系統(tǒng)的控制尤為方便。

2 智能消毒管理系統(tǒng)的構(gòu)成

本系統(tǒng)由WF-IoT物聯(lián)網(wǎng)芯片模組、全固態(tài)紫外線傳感器與傳統(tǒng)紫外消毒燈一體化結(jié)合而成，將普通紫外消毒燈升級為能自動防護、組網(wǎng)傳輸、強度監(jiān)測、智能控制的智能化紫外消毒燈。

本系統(tǒng)通過邊緣服務(wù)和人工智能策略控制，根據(jù)消毒空間、消毒燈具的動態(tài)輸出以及當(dāng)下疫情發(fā)生情況，動態(tài)控制消毒的時機和時長，對大學(xué)教室的消毒狀況實現(xiàn)動態(tài)的數(shù)據(jù)化、可視化監(jiān)管，為感染防控管理和消毒效果的提升提供依據(jù)。該設(shè)計解決了傳統(tǒng)紫外線消毒極易造成意外傷害和事故，且實施難度大，同時效果難以保證，消毒過程監(jiān)管困難。

2.1 智能紫外線消毒燈

WF-IoT物聯(lián)網(wǎng)芯片模組、全固態(tài)紫外線傳感器與傳統(tǒng)紫外消毒燈一體化結(jié)合，即普通紫外消毒燈升級為可以自動防護、組網(wǎng)傳輸、強度監(jiān)測、智能控制的智能化紫外消毒燈;智能紫外消毒燈是物聯(lián)網(wǎng)時代的產(chǎn)品，提供了本系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)。

2.2 紫外線傳感器

智能紫外消毒燈內(nèi)部集成了先進(jìn)的氮化鎵基紫外傳感器，利用其對可見光無響應(yīng)，只對紫外線敏感這一特性，可以準(zhǔn)確測量紫外線輻照強度并避免可見光干擾。邊緣服務(wù)器可以實時獲取每次的消毒劑量及消毒燈具的紫外線輸出強度，進(jìn)而實現(xiàn)精準(zhǔn)的紫外線照射劑量控制。每個消毒空間按照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，確保消毒空間能夠得到恰當(dāng)劑量的紫外光（紫外光過少會影響消毒效果，過多會誘發(fā)臭氧，增加能源消耗）。按照國家規(guī)范，當(dāng)消毒燈管紫外線輸出下降到標(biāo)準(zhǔn)值的70%以下時，系統(tǒng)自動提醒更換失效燈管，以確保消毒效果。

2.3 智能消毒邊緣服務(wù)器

智能消毒邊緣服務(wù)器部署在消毒場所現(xiàn)場的嵌入式一體化服務(wù)器中，上電即可自動工作，功耗低，免維護，系統(tǒng)本地全智能運行，不依賴于IP或者互聯(lián)網(wǎng)，自動完成每日既定的消毒工作，同時自動巡檢消毒燈具的狀態(tài)，記錄燈具的工作時長和輸出參數(shù)。智能消毒邊緣服務(wù)器的運行規(guī)則可以任意設(shè)定，不再需要傳統(tǒng)紫外線消毒的人工手動開啟、計時、關(guān)閉、登記以及保存紙質(zhì)登記本。 具備條件時，智能消毒邊緣服務(wù)采用云邊協(xié)同機制與綜合管控云平臺協(xié)同，上傳必要的本地信息，下載云端下發(fā)的規(guī)則和指令。與云端通信中斷時，不影響本地消毒控制程序的運行。

3 本系統(tǒng)的功能和優(yōu)勢

3.1 綜合成本低

本系統(tǒng)是一個全無線、免維護系統(tǒng)，不用施工布線，不依賴IP網(wǎng)絡(luò)，不增加額外的設(shè)備，綜合成本較低，一般情況下只有傳統(tǒng)統(tǒng)一回路控制方式成本的1/4。

3.2 控制方式靈活

本系統(tǒng)支持現(xiàn)場級的無源無線控制、自動感應(yīng)控制、移動客戶端控制、手機掃碼控制、平臺統(tǒng)一控制等方式，可以適應(yīng)各級管理部門的應(yīng)用需要。

3.3 擴展功能強

本系統(tǒng)依托的WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有極強的擴展性，相關(guān)的機電設(shè)備、傳感器、人員、裝備、環(huán)境等都可以隨時根據(jù)需要加入到末梢網(wǎng)絡(luò)中來，實現(xiàn)更加智能化的控制。也可彈性靈活擴展配置邊緣服務(wù)器和云端管控系統(tǒng)，工作人員可通過智能客戶端、手機、Pad、瀏覽器、二維碼等，對散布在各處的紫外線燈進(jìn)行實時在線監(jiān)測和管理，以實現(xiàn)單燈、分組或集中開/關(guān)控制和實時數(shù)據(jù)監(jiān)測。

4 測試方法及測試結(jié)果

4.1 測試方法

在裝有基于WF-IoT融合物聯(lián)網(wǎng)的紫外線消毒技術(shù)的智能控制系統(tǒng)的實驗室中，智能控制消毒燈的消毒時間，通過專業(yè)儀器檢測消毒后的消毒效果，以及在消毒過程中的安全警報，并與其他消毒方式進(jìn)行對比。

4.2 測試結(jié)果

（1）在滅殺效果上，紫外線消毒比藥液消毒效果提高了62.3%;

（2）在操作使用上，紫外線消毒比高溫消毒方便;

（3）紫外線消毒可以降低藥液消毒對環(huán)境的污染;

（4）提高室內(nèi)環(huán)境（密閉環(huán)境）43.3%消毒效果，特別是消毒液噴灑不到位的區(qū)域，比如建筑物高層吸附的微生物。

5 結(jié) 語

本系統(tǒng)具有體積小、精確度高、使用壽命長，在大學(xué)教室使用時基本不占用教室空間，在提高消毒效率的同時，極大地減少了紫外線消毒帶來的事故。

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