疫情背景下的寵物消毒產(chǎn)品設(shè)計(jì)

曹煜佳 蘇晨

摘要：本文以寵物貓為例，重點(diǎn)解決疫情下寵物飲食健康問題，促使人與寵物和諧共生。運(yùn)用文獻(xiàn)調(diào)查法收集寵物投喂器的產(chǎn)品不足之處。運(yùn)用類比設(shè)計(jì)法分析研究LED紫外線技術(shù)運(yùn)用在寵物產(chǎn)品的可行性。LED紫外線技術(shù)更適合用于寵物的消毒產(chǎn)品。LED紫外線技術(shù)運(yùn)用到寵物投喂器上是可行的。LED紫外線更適用于寵物投喂器的消毒功能，能夠解決疫情背景下寵物飲食的健康衛(wèi)生問題。

關(guān)鍵詞：寵物投喂器 LED紫外線 健康衛(wèi)生 和諧共生 疫情

中圖分類號(hào)：J042

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2021）04-0112-03

引言

隨著疫情的爆發(fā)，寵物感染新冠病毒的案例逐步增多。新冠病毒會(huì)因不確定因素復(fù)發(fā)。人為了自身的健康不得已選擇遺棄寵物，寵物離開人類只能自己覓食。例如：垃圾桶中翻找食物。垃圾桶是人們生活垃圾的聚集地，其中滋生大量的病菌，寵物食用帶有病菌的食物難免會(huì)導(dǎo)致疾病。寵物在日常中與人接觸有可能將大量病菌帶給人，對(duì)人的健康產(chǎn)生危害，因此寵物的飲食健康與衛(wèi)生不可忽視。

一、寵物現(xiàn)狀及投喂產(chǎn)品的調(diào)查分析

隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，寵物相關(guān)行業(yè)也迅猛發(fā)展。人們飼養(yǎng)寵物的目的由單純的娛樂而改變?yōu)槿藗兙竦募耐?，寵物的角色也悄然轉(zhuǎn)變。寵物與人成為密不可分的生活伴侶。在促進(jìn)和諧社會(huì)的發(fā)展中起到不可代替的作用。

根據(jù)《2019年中國(guó)寵物行業(yè)白皮書》的相關(guān)文字表明，2019年全國(guó)城鎮(zhèn)養(yǎng)寵（犬貓）人士高達(dá)6120萬人，2019年全國(guó)城鎮(zhèn)養(yǎng)寵物貓人數(shù)為2451萬人。相比較近幾年的相關(guān)數(shù)據(jù)可知寵物貓的數(shù)量增幅遠(yuǎn)超過寵物犬的數(shù)量增幅{1-3。

（一）疫情后寵物貓感染病毒案例分析：2020年3月份后，香港出現(xiàn)了全國(guó)首例寵物狗新冠病毒的案例。隨后世界各地紛紛出現(xiàn)類似情況?？挂咧械闹袊?guó)團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《微生物與感染》雜志上的一項(xiàng)研究稱，武漢地區(qū)感染新型冠狀病毒的貓數(shù)量可能被低估。來自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員共采集141個(gè)貓類樣本，其中疫情前采集的貓類樣本有39個(gè)，疫情后采集的貓類樣本有102個(gè)。其中46只貓來自于3所動(dòng)物收容所，41只貓來自于5家寵物醫(yī)院，15只貓來自于已確診新冠病毒的患者家中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)15只貓?bào)w內(nèi)檢測(cè)出新冠病毒抗體，11只貓?bào)w內(nèi)檢測(cè)出新冠病毒的中和抗體。產(chǎn)生最多病毒抗體的3只貓的主人，是已確診新冠病毒的患者。但感染新型冠狀病毒的貓并無明顯癥狀。寵物貓與流浪貓相比，寵物貓的感染率要高于一般流浪貓。

目前感染的寵物貓是否能夠傳播新冠病毒還尚不明確，但寵物貓能夠感染新冠病毒毋庸置疑。因此寵物貓的健康衛(wèi)生問題尤為重要。

（二）寵物與人的健康關(guān)系分析：寵物的健康與社會(huì)的公共健康是密不可分的。寵物感染上病菌，通過與人的直接或間接接觸，能夠使人感染上疾病。例如：有些病菌在貓身上不會(huì)發(fā)病，但在人身上會(huì)發(fā)病。比較常見貓的傳染病有貓?zhí)\，它是一種由真菌引發(fā)的皮膚病。引發(fā)貓?zhí)\的真菌有5種，其中奧杜安小孢霉菌易通過器皿、梳子、剪刀等間接傳染給人們。導(dǎo)致人感染貓?zhí)\。輕度患者皮膚瘙癢出現(xiàn)紅疹。重度患者出現(xiàn)脫發(fā)和皮膚大面積病變的癥狀。因此寵物的健康與人的健康有著必然的聯(lián)系。

（三）投喂產(chǎn)品調(diào)查分析：運(yùn)用文獻(xiàn)調(diào)查法收集現(xiàn)階段寵物貓的產(chǎn)品功能。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，人們的工作節(jié)奏也逐步加快。寵物的喂養(yǎng)成為焦點(diǎn)問題。為保障寵物的喂養(yǎng)問題，寵物投食、投水機(jī)的相繼出現(xiàn)?，F(xiàn)階段寵物投喂產(chǎn)品解決了寵物喂養(yǎng)的問題，但投喂產(chǎn)品功能的單一性不能滿足疫情下人們的需求。

通過查閱寵物產(chǎn)品論壇以及各大電商平臺(tái)的用戶評(píng)價(jià)。發(fā)現(xiàn)寵物投食器有以下問題：如何保證投食機(jī)器皿的衛(wèi)生、未吃完的食物如何處理、停電情況下投食機(jī)無法工作、投喂食物種類單一、投食機(jī)系統(tǒng)功能單一等問題。寵物飲水機(jī)有以下問題：飲用水因長(zhǎng)時(shí)間存放變差、有異味、寵物飲用后導(dǎo)致水體污染、需定期更換濾芯等問題。這一系列的問題暴露出寵物投喂產(chǎn)品有許多設(shè)計(jì)不足之處。

科技改變生活，寵物智能產(chǎn)品本應(yīng)為人節(jié)約時(shí)間，提升人的生活品質(zhì)?，F(xiàn)階段的寵物產(chǎn)品怡怡相反。寵物智能產(chǎn)品在解決一些問題的同時(shí)又會(huì)帶來新的問題。

二、LED紫外線在消毒領(lǐng)域的應(yīng)用潛力及相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比

紫外線是傳統(tǒng)的消毒手段。當(dāng)前工業(yè)化大規(guī)模使用的紫外線光源是汞燈。汞是一種重金屬，具有毒性。一旦作為污染物進(jìn)入環(huán)境中，將具有持久的影響。因此，汞污染受到國(guó)際社會(huì)的共同關(guān)注。2012年國(guó)際公約《關(guān)于汞的水俁公約》。依據(jù)公約，自2021年1月1日起禁止生產(chǎn)和進(jìn)出口所列含汞的相關(guān)產(chǎn)品4。尋找汞燈的代替光源是必然趨勢(shì)。因此以LED光源的紫外線技術(shù)備受關(guān)注。目前紫外線消毒理論、應(yīng)用大多數(shù)都基于傳統(tǒng)的紫外線燈，而LED紫外線燈有其自身特點(diǎn)。在應(yīng)用領(lǐng)域上，LED紫外線殺菌燈的小巧型使其應(yīng)用在便攜式電子消毒產(chǎn)品、掃地機(jī)器人、電梯扶手殺菌機(jī)等。紫外線照射模塊配合投喂功能保證寵物的飲食干凈、衛(wèi)生、健康。

（一）傳統(tǒng)紫外線的消毒原理：紫外線消毒就是以光子攻擊微生物的DNA，阻止微生物DNA的復(fù)制，使其失去繁殖能力5。失去繁殖能力的微生物具有自我修復(fù)的能力。高UV劑量可破壞修復(fù)酶。DNA的吸收光譜在波長(zhǎng)260nm附近有最大吸收峰。高于或低于一定值的波長(zhǎng)，消毒效果會(huì)弱一些。大于300nm波長(zhǎng)的紫外線不具備消毒效果。各波長(zhǎng)有效消毒劑量率是其實(shí)際劑量率乘以消毒效率有效系數(shù)。同時(shí)有多種波長(zhǎng)照射，則總消毒劑量為[5]

公式中Eg為劑量率，H'g為總消毒劑量率，gi（入）為消毒有效系數(shù)，是時(shí)間。

（二）LED在消毒領(lǐng)域應(yīng)用的可行性：運(yùn)用類比法分析傳統(tǒng)紫外線與LED紫外線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而判斷LED紫外線是否可行。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管能發(fā)射的波長(zhǎng)已達(dá)到紫外區(qū)域。能發(fā)出紫外線的LED稱為UV-LED。因此在新的應(yīng)用突破點(diǎn)-消毒，LED具有更好的優(yōu)勢(shì)。LED紫外線的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用主要因素有三：一是功率，二是價(jià)格，三是光電轉(zhuǎn)化效率。

1.LED與傳統(tǒng)紫外線汞燈的參數(shù)對(duì)比：紫外線技術(shù)消毒是一種新型的有效的消毒手段，主要使用在飲用水、市政排水、空氣消毒等方面。傳統(tǒng)汞燈具有幾大不足，分別是含汞、易碎、啟動(dòng)電壓大等不足。相比較而言，LED具有、體積小、低啟動(dòng)電壓、無需震流器、抗沖擊、抗震動(dòng)、高效率和長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，且不含汞。如表1是LED和汞燈的一些參數(shù)對(duì)比。

2.紫外線消毒的實(shí)驗(yàn)與消毒劑量：如表2提供了紫外線消毒的微生物相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于紫外線對(duì)不同生物會(huì)造成有不一樣的影響。對(duì)紫外線抵抗力最強(qiáng)的病原菌確定消毒劑量。對(duì)于特定消毒對(duì)象，需要制定具有針對(duì)性的消毒效果指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家對(duì)于水體的消毒，依據(jù)水體特征設(shè)立了紫外線消毒劑量的使用標(biāo)準(zhǔn)6-7，如表3。

三、產(chǎn)品及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)：寵物的投喂器主要由單片機(jī)主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊、語音模塊、監(jiān)控模塊、電源模塊、LED紫外線照射模塊、稱重傳感器檢測(cè)模塊8部分構(gòu)成8如圖1。產(chǎn)品可以通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制并通過攝像頭監(jiān)控寵物的進(jìn)食狀態(tài)。設(shè)定投食時(shí)間、投食投水量及定時(shí)紫外線消毒。內(nèi)部系統(tǒng)通過稱重傳感器檢測(cè)器皿中食物和水的充裕程度，當(dāng)重量高于預(yù)設(shè)值時(shí)，將不會(huì)繼續(xù)補(bǔ)充，相反低于預(yù)設(shè)值時(shí)，內(nèi)部系統(tǒng)將通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)補(bǔ)充食物和水源。產(chǎn)品在補(bǔ)水或食物前將播放預(yù)設(shè)聲音，吸引寵物前來進(jìn)食。食物存儲(chǔ)在三個(gè)食品儲(chǔ)藏盒中，每個(gè)儲(chǔ)藏盒都是獨(dú)立的密閉空間。三個(gè)儲(chǔ)藏盒將食物分為三大類，分別是一般糧類、普通肉類、藥用食品類。這三大類保證寵物食品類型的多樣性，滿足寵物飲食的營(yíng)養(yǎng)均衡。每次投喂前將盛食物和盛水的器皿通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊收入產(chǎn)品的內(nèi)部密閉空間，使用LED紫外線對(duì)器皿進(jìn)行消毒處理，保證寵物的飲食健康衛(wèi)生。

1.產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究過程中，產(chǎn)品的外觀造型是最直觀的反映產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形式要素。產(chǎn)品的外觀造型能夠被人所感知，使產(chǎn)品與人之間所產(chǎn)生的情感、理解、認(rèn)知，并對(duì)人產(chǎn)生追直接的影響。在寵物投喂產(chǎn)品的形態(tài)設(shè)計(jì)研究過程中，產(chǎn)品不僅僅要滿足功能、技術(shù)、環(huán)境等三個(gè)要素的相應(yīng)需求，同時(shí)也需要考慮到產(chǎn)品和人之間的關(guān)系。因此對(duì)于產(chǎn)品成本的控制也是尤為重要的。目前市面上大部分寵物產(chǎn)品主要以一般塑料為主。但對(duì)于后期回收處理卻存在問題，塑料的處理會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染，因此寵物產(chǎn)品的制造在材料上應(yīng)把關(guān)?？梢钥紤]環(huán)保性較強(qiáng)的可降解塑料。產(chǎn)品原型的體積大小決定著產(chǎn)品形態(tài)的設(shè)計(jì)方式。對(duì)于體積較小的寵物產(chǎn)品而言，造型上應(yīng)追求整體性，設(shè)計(jì)過程中須做到結(jié)構(gòu)明確。對(duì)于不同功能區(qū)間的造型要以整體風(fēng)格的統(tǒng)一性為主。

2.產(chǎn)品主要功能設(shè)計(jì)：根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，市面上的寵物投喂產(chǎn)品大多功能單一，同時(shí)自動(dòng)喂養(yǎng)產(chǎn)品的價(jià)格過高?，F(xiàn)將投喂分為喂水、喂食兩個(gè)方面，將喂水器與喂食器的功能整合化一，節(jié)約了功能所需的硬件開銷，并滿足了供給所需。受到疫情的影響寵物產(chǎn)品在無人照看情況下的持續(xù)喂養(yǎng)功能，需要設(shè)計(jì)出相對(duì)較大的儲(chǔ)存糧食和水的空間盒。同時(shí)要考慮疫情導(dǎo)致的不衛(wèi)生飲食的問題，運(yùn)用LED紫外線燈對(duì)內(nèi)置的寵物投喂器皿進(jìn)行殺毒殺菌。因此寵物投喂器具有喂食、喂水、消毒等三個(gè)必須功能。

3.產(chǎn)品配色：色彩對(duì)于產(chǎn)品而言非常重要的組成部分，顏色能在五十分之一秒對(duì)人產(chǎn)生情感的影響。同時(shí)色彩能夠更直觀地給人沖擊感。對(duì)于投喂器的設(shè)計(jì)，要與考慮到人和環(huán)境及動(dòng)物的相關(guān)因素。因此在產(chǎn)品的顏色上以黑、白、綠色為主?？紤]到產(chǎn)品放置在較低位置，因此產(chǎn)品的底部顏色以深色為主，黑色給人一種穩(wěn)重的感覺，使人在使用產(chǎn)品時(shí)會(huì)產(chǎn)生安全感。但過多的黑色會(huì)給人情緒上壓抑、沉重的感覺。因此打破這種感覺，用白色相互區(qū)分，黑色與白色接壤部分加入自然元素“青草”。以青草在微風(fēng)中搖曳的剪影為元素，給人一種動(dòng)態(tài)感以及趣味感。再以白色為過渡逐漸形成一種綠中透藍(lán)的顏色，這樣的過渡給人一種自然、清新、層次，似乎是地面景色到天空景色的一幅畫卷。因此這也的配色賦予產(chǎn)品很強(qiáng)的藝術(shù)性。

4.產(chǎn)品效果圖展示：結(jié)合上述內(nèi)容，設(shè)計(jì)出的寵物投喂器具體如圖2。

（二）產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)：寵物產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)主要由八個(gè)模塊組成，具體如下。

1.LED紫外線照射模塊：紫外線照射模塊主要使用LED紫外線殺菌。紫外線LED具有安全、環(huán)保、小巧、無化學(xué)殘留等特點(diǎn)。LED紫外線燈直接照射物體表面，具有良好的滅菌效果，穿透性不強(qiáng)，安全性高。

2.單片機(jī)主控模塊：主控模板為單片機(jī)STM32系列，在整個(gè)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)連接控制其他模塊，包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)、無線控制模塊、鍵位模塊、語音模塊、監(jiān)控模塊、電源模塊、紫外線照射模塊等。

STM32具有高性能、低成本、低功耗，以最小的硬件變化來滿足個(gè)性化的應(yīng)用需求。

3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：步進(jìn)電機(jī)將電脈沖信號(hào)變?yōu)榫€位移或角位移的開環(huán)控制元件。當(dāng)沒有超載時(shí)，脈沖信號(hào)的頻率及脈沖數(shù)將決定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速大小以及停止位置。步進(jìn)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)正常運(yùn)作。當(dāng)速度高于預(yù)設(shè)值后，就停止工作。加入控制策略的脈沖信號(hào)，可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到精準(zhǔn)定位的目的。

4.無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊：寵物投喂系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊主要有接收和發(fā)射部分及集成電路芯片組成。

手機(jī)遠(yuǎn)程控制主要通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞無線信號(hào)。家用WIFl與無線網(wǎng)絡(luò)模塊相連接。使用時(shí)手機(jī)APP發(fā)出控制指令，通過互聯(lián)網(wǎng)傳達(dá)到服務(wù)器，服務(wù)器將信號(hào)發(fā)射到無線網(wǎng)絡(luò)模塊接收處。從而達(dá)到投喂器的遠(yuǎn)程操作的功能。

5.語音模塊：語音模塊主要有實(shí)時(shí)語音功能、錄音播放功能、自動(dòng)循環(huán)播放功能以及定時(shí)播放功能。實(shí)時(shí)語音功能是人通過手機(jī)叫喊寵物，拉近寵物與人的距離。同時(shí)配合投食功能，形成寵物的定時(shí)進(jìn)餐的條件反射。當(dāng)人無法按時(shí)去叫喊寵物進(jìn)食時(shí)，語音模塊會(huì)定時(shí)自動(dòng)循環(huán)播放預(yù)設(shè)聲音或錄音。

6.監(jiān)控模塊：監(jiān)控模塊主要是攝像頭部分。監(jiān)控?cái)z像頭可以自由擺動(dòng)。人們通過手機(jī)查看寵物的狀態(tài)。便于人實(shí)時(shí)監(jiān)控寵物的飲食狀況。

7.稱重傳感器檢測(cè)模塊：電阻應(yīng)變稱重傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對(duì)較差的環(huán)境下使用，因此電阻應(yīng)變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。投喂器稱重模塊選用電阻應(yīng)變式重力傳感器。

8電源模塊：主要以儲(chǔ)蓄電池為主，連接電源時(shí)對(duì)產(chǎn)品充電，當(dāng)因停電等不可控原因發(fā)生時(shí)，電源由蓄電模式變?yōu)檩敵瞿Ｊ?，從而供給寵物投喂產(chǎn)品的正常運(yùn)行。

（三）系統(tǒng)設(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖3所示。系統(tǒng)初始化前屏幕顯示食物儲(chǔ)備量、水源儲(chǔ)備量、顯示時(shí)間、故障燈、消毒時(shí)間等。系統(tǒng)初始化開始時(shí)，以北京時(shí)間為基準(zhǔn)，設(shè)定投食投水時(shí)間、消毒時(shí)間。當(dāng)達(dá)到定時(shí)時(shí)間后，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)作，投入寵物糧和水。同時(shí)語音播放，播放預(yù)設(shè)聲音，吸引寵物進(jìn)食。進(jìn)食完畢，器皿收入內(nèi)部，LED紫外線模塊對(duì)食物器皿和殘留食物以及盛水器皿進(jìn)行消毒處理。再次投食前，，對(duì)食物器皿進(jìn)行重力檢測(cè)，供給系統(tǒng)根據(jù)重力檢測(cè)數(shù)值識(shí)別食物量并補(bǔ)充器皿中的食物。根據(jù)每天設(shè)置的投食種類，將三個(gè)食物儲(chǔ)藏盒的食物定時(shí)定量的投送。相關(guān)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞給手機(jī)APP，例如：LED紫外線消毒次數(shù)及時(shí)間、食物和水源儲(chǔ)備量、預(yù)計(jì)可供給天數(shù)。食物的多樣性能夠保證寵物的飲食營(yíng)養(yǎng)及健康。定時(shí)定量的投食對(duì)寵物的飲食健康具有科學(xué)性、可靠性。食物及水源儲(chǔ)藏盒可以保證兩周內(nèi)的供給需求，結(jié)合LED紫外線消毒模塊，極大改善寵物的喂養(yǎng)的健康衛(wèi)生問題。

結(jié)論

新冠病毒的爆發(fā)啟示人類為實(shí)現(xiàn)人與動(dòng)物及環(huán)境的和諧共生9]，必須充分尊重自然規(guī)律，消除人與動(dòng)物之間的對(duì)立。人與寵物及環(huán)境共生的實(shí)現(xiàn)，意味著完成人與寵物的生命共同體的構(gòu)建。人與寵物之間處于一種相互聯(lián)系、相互作用、相互影響的共生關(guān)系之中。因此在疫情危機(jī)下人類必須發(fā)揮主觀能動(dòng)性，改善流浪寵物的生存條件，努力實(shí)現(xiàn)人與寵物及環(huán)境的和諧共生。實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明LED紫外線技術(shù)在消毒效果上更具有優(yōu)勢(shì)，將其技術(shù)運(yùn)用到寵物投喂產(chǎn)品中，使其具備喂、水喂食以及自動(dòng)消毒功能。通過實(shí)例證明LED紫外線消毒功能的寵物投喂器具有使用成本低、安全性高、消毒效果好等優(yōu)勢(shì)，能夠解決疫情下流浪寵物飲食的健康衛(wèi)生的問題，促進(jìn)人與動(dòng)物及環(huán)境的和諧共生。

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