基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧消殺技術(shù)研究

摘要：新冠病毒變異毒株奧密克戎等具有傳播快、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，它在國(guó)內(nèi)很多城市肆虐，給人民的生活和生產(chǎn)帶來極大不便。因此，人們對(duì)新冠等病毒的消殺空前關(guān)注，也催生了科技戰(zhàn)“疫”的強(qiáng)烈需求。傳統(tǒng)病毒消殺方法是人工噴霧消殺，該方法不但耗時(shí)、耗力，而且存在實(shí)時(shí)性差和智能化程度低的問題。為了更加安全、智能地在相對(duì)密閉空間的進(jìn)行消殺，文章提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的兩種智慧消殺方法，即定點(diǎn)消殺和外部中斷消殺。實(shí)驗(yàn)表明，使用上述兩種方法可以更加智能、高效地對(duì)相對(duì)密閉區(qū)域進(jìn)行消殺，一定程度上滿足人民對(duì)健康生活的需求。

關(guān)鍵詞：消殺；定點(diǎn)；外部中斷；智能

中圖法分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on intelligent disinfection and sterilization technologybased on Internet of things

CHENG Jun

（Jiangxi Institute of Economic Administrators，Nanchang 330088，China）

Abstract：The new coronavirus variant strain Omikron has the characteristics of fast transmission and strong concealment.It is rampant in many cities in China，bringing great inconvenience to people's life and production.Therefore，people pay unprecedented attention to the disinfection and sterilization of new coronavirus and other viruses，which also gives rise to a strong demand for scientific and technological warfare.The traditional method of virus disinfection and sterilization is artificial spray disinfection and sterilization， which is not only time-consuming and labor-intensive，but also has the problems of poor real-time and low intelligence.In order to disinfection and sterilization in a relatively confined space more safely and intelligently， this paper proposes two intelligent disinfection and sterilization methods based on the Internet of things， namely fixed-point disinfection and sterilization and external interruption disinfection and sterilization. The experiment shows that the above two methods can disinfection and sterilization relatively closed areas more intelligently and efficiently，and meet the people's needs for healthy life to a certain extent.

Key words： disinfection and sterilization，fixedpoint，externalinterruption，intelligence

1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)革命，它的基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)，也是互聯(lián)網(wǎng)的延伸。其用戶端延端擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，使物品之間也能進(jìn)行信息交換和通信[1]?？傮w而言，物聯(lián)網(wǎng)可以分為三層，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層[2]。感知層涉及的技術(shù)包括 RFID、單片機(jī)[3]、紅外對(duì)射、定位系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)層涉及的技術(shù)包括 Zigbee[4]，Rora、藍(lán)牙、Wi?Fi以及各種現(xiàn)場(chǎng)總線等。應(yīng)用層涉及的技術(shù)主要是數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)挖掘[5]、云計(jì)算等。本文針對(duì)目前的疫情防控，引入了物聯(lián)網(wǎng)中涉及的部分技術(shù)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的兩種智慧消殺方法，即定點(diǎn)消殺和定時(shí)消殺。相比于傳統(tǒng)的人工消殺方法，定點(diǎn)和定時(shí)消殺方法能夠更加智能、高效地對(duì)相對(duì)密閉的空間進(jìn)行消殺。

2 涉及的部分物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別技術(shù)中的一種。人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特征，對(duì)輸入的人臉圖像進(jìn)行特征分析，以完成身份識(shí)別。其基本原理如下：分析出每張人臉的位置、大小以及主要面部器官的位置信息，并依所獲取的信息進(jìn)一步提取人臉特征，將其與數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存的人臉特征進(jìn)行對(duì)比和匹配，從而識(shí)別每張人臉對(duì)應(yīng)的身份。

2.2 紅外對(duì)射技術(shù)

紅外是紅外線的簡(jiǎn)稱，它是一種電磁波，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。自1800年被發(fā)現(xiàn)以來，紅外線技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用，如紅外線鼠標(biāo)、紅外線打印機(jī)、紅外線鍵盤等。IrDA 的通信是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線數(shù)據(jù)傳輸，其保密性強(qiáng)，傳輸速率較高，能實(shí)現(xiàn)無線傳輸，目前它的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動(dòng)設(shè)備（如 PDA、手機(jī)）上得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用時(shí)設(shè)備與設(shè)備間不能離得太遠(yuǎn)，要對(duì)準(zhǔn)方向，且中間不能有障礙物（不能穿墻而過），因此，在使用上它也明顯存在局限性。

2.3 8位的 CC2530

圖1所示為8位的 CC2530單片機(jī)，該單片機(jī)在無線傳感網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛，其內(nèi)部使用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU ，結(jié)合了領(lǐng)先的 RF 收發(fā)器，也常常用于物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信領(lǐng)域，如 Basic RF、藍(lán)牙、Wi?Fi和 Zigbee 等協(xié)議中。這是因?yàn)樗哂?KB 容量的 RAM ，具備32/64/128/256KB 四種不同容量的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存和其他許多強(qiáng)大的功能，使得其能收集區(qū)域中的部分信息。另外，由于它具有五種不同的運(yùn)行模式（主動(dòng)模式、空閑模式、PM1，PM2，PM3），因此尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)，運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)化時(shí)間短，進(jìn)一步確保了低能源消耗。

3 定點(diǎn)消殺

3.1 原理

利用物聯(lián)網(wǎng)感知層的人體紅外傳感器技術(shù)、紅外對(duì)射技術(shù)，應(yīng)用層的 C＃編程技術(shù)和人臉體溫智能識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智慧空間定點(diǎn)處的全方位快速、準(zhǔn)確消殺。首先，人體紅外傳感器采集定點(diǎn)處的活體信息，當(dāng)通過了人臉、體溫智能檢測(cè)系統(tǒng)后，定點(diǎn)處的霧化器開始噴殺；然后，定點(diǎn)處的紅外對(duì)射實(shí)施對(duì)人存在的判定，若噴殺沒完成，定點(diǎn)處的紅外對(duì)射檢測(cè)到人的存在，若完成，電動(dòng)推桿門禁打開，人進(jìn)入智能空間區(qū)。其具體工作流程如圖2所示。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)

由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境有限，本系統(tǒng)采用仿真實(shí)驗(yàn)，其仿真環(huán)境所用器件和真實(shí)環(huán)境所用器件如表1所列。

本實(shí)驗(yàn)開發(fā)環(huán)境選擇 Visual Studio 2015，使用 C ＃代碼進(jìn)行編程。當(dāng)人體傳感器檢測(cè)到活體存在時(shí)，相關(guān)人員進(jìn)入人臉、體溫識(shí)別系統(tǒng)區(qū)域。由于條件的限制，仿真實(shí)驗(yàn)采用攝像頭代替人臉、體溫識(shí)別系統(tǒng)。如圖3所示，該攝像頭 IP 地址為192.168.137.55，當(dāng)攝像頭抓拍到人臉時(shí)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)進(jìn)行確認(rèn)。

經(jīng)過人臉、體溫檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)后，若人臉、體溫都正常，霧化器開始工作，即風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，此時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)、燈泡點(diǎn)亮。風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)代表噴霧器正在對(duì)人體進(jìn)行噴殺消毒，而之所以加上燈泡亮功能，是因?yàn)榭紤]到實(shí)驗(yàn)時(shí)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)很難抓拍，可以用旁邊燈泡點(diǎn)亮代表風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。

最后，紅外對(duì)射傳感器進(jìn)行消殺完成的判定。若噴殺未完成，定點(diǎn)處的紅外對(duì)射檢測(cè)到人的存在；若噴殺完成，則門禁打開，進(jìn)入智能空間。如圖5所示，電動(dòng)推桿打開代表門禁打開。

4 外部中斷消殺

4.1 原理

定時(shí)消殺：當(dāng)人進(jìn)入房間后，利用8位單片機(jī) CC2530的功能，結(jié)合相關(guān)電路，可以通過房間的開關(guān)按鍵來打開、關(guān)閉任何一種消殺設(shè)施（如紫外線燈系統(tǒng)、霧化器系統(tǒng)）。

由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境有限，本系統(tǒng)采用8位單片機(jī) CC2530的按鍵中斷控制 LED1和 LED2的亮滅來代替實(shí)驗(yàn)環(huán)境中紫外線燈系統(tǒng)、霧化器系統(tǒng)。具體對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所列。

仿真系統(tǒng)采用自動(dòng)預(yù)警的方式工作。其中，8位單片機(jī) CC2530部分所涉及本系統(tǒng)的電路如圖6所示。

自動(dòng)預(yù)警消殺系統(tǒng)的工作原理如下：第1次按下開關(guān) SW1，LED1亮，即紫外線燈系統(tǒng)工作；第2次按下開關(guān) SW1，LED1滅，LED2亮，即霧化器系統(tǒng)消殺；第3次按下開關(guān) SW1，LED1和 LED2都滅，即沒有選擇任何一種消殺方式。再次按下開關(guān) SW1時(shí)，重復(fù)上述循環(huán)過程。自動(dòng)預(yù)警消殺系統(tǒng)的工作流程如圖7所示。

4.2 仿真實(shí)驗(yàn)

該消殺部分采用 IAR 軟件對(duì)相應(yīng)代碼進(jìn)行燒寫，將其寫入 CC2530單片機(jī)。其具體仿真運(yùn)行過程主要是下面三步。

步驟1：當(dāng)?shù)?次按下開關(guān) SW1，LED1燈（綠燈）亮，代表選擇紫外線光照燈作為消殺措施，如圖8所示。

步驟2：當(dāng)?shù)?次按下開關(guān) SW1，LED1燈（綠燈）滅、LED2燈（紅燈）亮，代表關(guān)閉了紫外線光照燈，選擇霧化器系統(tǒng)作為消殺措施，如圖9所示。

步驟3：第3次按下開關(guān) SW1，LED1和 LED2都滅，即沒有選擇任何一種消殺措施，如圖10所示。

再次按下開關(guān) SW1時(shí)，重復(fù)步驟1、步驟2、步驟3。

5 總結(jié)

當(dāng)人進(jìn)入相對(duì)密閉的空間時(shí)，存在把病毒帶入密閉空間的威脅。而本文提出的定點(diǎn)消殺方法，利用人臉、溫度智能識(shí)別系統(tǒng)和紅外對(duì)射的原理，不僅可以對(duì)人進(jìn)行身份確認(rèn)，還能在人進(jìn)入相對(duì)密閉空間前對(duì)人進(jìn)行初步消殺，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)防范作用。另外，本文提出的外部中斷消殺方法，利用了 CC2530單片機(jī)的中斷功能，可以自由選擇紫外線消殺、霧化器消殺措施，不需要人過多參與，自動(dòng)化程度較高。

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作者簡(jiǎn)介：

程?。?989—），碩士，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)技術(shù)。