公共場所檢測消毒閘機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

燕山大學(xué) 王子一

1 閘機(jī)概述

閘機(jī)是一種放置在大型公共場所通道的人員阻攔設(shè)備，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、商場、火車站、社區(qū)門口等大型公共場所，用來管理、有選擇地控制人員的進(jìn)出。

傳統(tǒng)閘機(jī)由可旋轉(zhuǎn)開發(fā)欄桿/擋板、閘機(jī)底座、閘機(jī)通道、人員信息識別設(shè)備、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、系統(tǒng)控制模塊、語音模塊、信息顯示模塊等部分組成。

閘機(jī)通過紅外掃描、人臉識別等檢測設(shè)備對進(jìn)出場所的人員進(jìn)行條件核驗(yàn)，如體溫檢測、身份識別、信息核對等。通過對人員信息的核驗(yàn)，使符合進(jìn)出條件的人員給予通行，不符合進(jìn)出條件的人員則給予阻攔，從而達(dá)到管理人員進(jìn)出的目的。

閘機(jī)一般的類型有三輥閘、擺閘、翼閘、全高旋轉(zhuǎn)閘、平移閘等，目前閘機(jī)正往自動(dòng)化、智能化、功能一體化的方向發(fā)展，應(yīng)用也越來越廣泛。

2 公共場所檢測閘機(jī)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

國內(nèi)的檢測閘機(jī)發(fā)展越來越智能化，目前國內(nèi)大型公共場所的檢測閘機(jī)基本都配備了機(jī)器自動(dòng)識別信息的功能，常見的識別方式，是通過刷卡或證件掃描等方式來判斷用戶是否擁有合法的通行權(quán)限，此類閘機(jī)具有識別速度快、識別成功率高等特點(diǎn)。隨著生物識別技術(shù)與紅外檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，檢測閘機(jī)也有了更加多樣的識別方式與識別內(nèi)容，不用再局限于卡或證的識別，實(shí)現(xiàn)了指紋、人臉、掌紋、指靜脈、掌靜脈、虹膜等多種識別方式[1]，并且對人體表面體溫進(jìn)行檢測。借助生物識別技術(shù)閘機(jī)，不僅能完成對人員進(jìn)出權(quán)限的管理，更主要的是可以實(shí)現(xiàn)對人行為特征的管理，比如可以提供人員密度、頻次統(tǒng)計(jì)、軌跡追蹤分析等數(shù)據(jù)信息[1]。近幾年來，隨著社會(huì)發(fā)展與大型公共場所對進(jìn)出人員管理的嚴(yán)格化，檢測閘機(jī)在大型公共場所的應(yīng)用更加廣泛，但還存在 “標(biāo)準(zhǔn)化”“低造價(jià)”等特征，外觀形式較為單一，功能一體化程度不高。

3 公共場所檢測消毒閘機(jī)的設(shè)計(jì)調(diào)研

3.1 用戶需求問卷調(diào)研

為了能夠進(jìn)一步了解用戶對公共場所環(huán)境下檢測消毒閘機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際需求，筆者通過發(fā)布調(diào)查問卷的方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)調(diào)研。調(diào)查問卷設(shè)計(jì)中包括了參與調(diào)查用戶在日常生活中對公共場所檢測消毒閘機(jī)的使用情況、對檢測消毒閘機(jī)產(chǎn)品的問題反饋、對檢測消毒閘機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際使用需求，以及對檢測消毒閘機(jī)產(chǎn)品的相關(guān)期望點(diǎn)等問題[2]。

用戶對公共場所檢測消毒閘機(jī)的需求進(jìn)行問卷調(diào)查，以人們?nèi)粘＿M(jìn)出的公共場所內(nèi)的檢測消毒閘機(jī)為主，并通過線下發(fā)放問卷、網(wǎng)絡(luò)平臺問卷、用戶隨機(jī)走訪等方式發(fā)布問卷與收集用戶反饋數(shù)據(jù)。

此次調(diào)查問卷的分類問題統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，用戶日常使用檢測消毒閘機(jī)頻率最高的場所類型分別是 ：火車站或機(jī)場安檢處、醫(yī)院大廳進(jìn)出口、大型商場、其他大型公共場所（如：健身房、學(xué)校）。其中，與交通出行相關(guān)的場所檢測消毒閘機(jī)使用率最高，占比為79.2%，遠(yuǎn)高于其他類型場所的檢測消毒閘機(jī)使用率，而娛樂相關(guān)場所的檢測消毒閘機(jī)使用率僅占比 6.23%。

根據(jù)問卷的描述性問題調(diào)查結(jié)果顯示，在有關(guān)公共場所檢測消毒閘機(jī)存在的問題方面，占比最高的分別是 ：檢測閘機(jī)使用方式不夠直觀、缺乏指示性提示、當(dāng)攜帶行李箱等物品時(shí)容易將行李箱與人員混淆出現(xiàn)錯(cuò)誤識別、閘機(jī)造型及色彩缺乏對用戶心理的考慮，容易在心理上給使用者冰冷的感覺。在有關(guān)用戶對公共場所檢測消毒閘機(jī)的期望點(diǎn)方面，占比最高的分別是：期待閘機(jī)的操作方式更加方便快捷、可以實(shí)現(xiàn)智能化操作、希望閘機(jī)的功能更加人性化、期望閘機(jī)的檢測與核驗(yàn)方式更加多樣化。比如可以通過身份證、票價(jià)、手機(jī)信息碼等多種方式核驗(yàn)，由此可見，目前用戶對公共場所檢測消毒閘機(jī)產(chǎn)品具有較高的期待。

3.2 公共場所檢測閘機(jī)使用情況實(shí)地調(diào)研

為了能夠?qū)嶋H、直觀地了解公共場所環(huán)境下檢測消毒閘機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際使用狀況及存在的問題，筆者在問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上通過實(shí)地調(diào)研的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)研，實(shí)地調(diào)研的場所類型包括交通出行場所、消費(fèi)娛樂場所等檢測消毒閘機(jī)的常設(shè)地點(diǎn)。調(diào)研的內(nèi)容包括目標(biāo)場所的工作環(huán)境狀態(tài)、目標(biāo)場所檢測消毒閘機(jī)的工作流程、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)檢測消毒閘機(jī)存在的問題等。

根據(jù)實(shí)地調(diào)研結(jié)果顯示，大型公共場所的室內(nèi)環(huán)境相對密閉，空氣流通性差，容易滋生細(xì)菌病毒，同時(shí)醫(yī)院、商場、火車站等此類型場所的人員密集、流動(dòng)性大、身份繁雜。在大型公共場所各出入口設(shè)置檢測點(diǎn)，并放置檢測閘機(jī)檢測通行人員的健康狀態(tài)、保障場所通行人員安全的主要常見措施。

4 公共場所檢測消毒閘機(jī)的設(shè)計(jì)的思路

4.1 造型設(shè)計(jì)

公共場所檢測消毒閘機(jī)的外觀造型設(shè)計(jì)會(huì)直接地影響使用者的第一感受，因此產(chǎn)品的造型設(shè)計(jì)不僅要滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性，也要滿足用戶的生理、心理需求。

考慮到公共場所檢測消毒閘機(jī)一般應(yīng)用在人流量大的場所通道，因此造型要更加簡約、小巧，減少在場所通道的占地面積 ，避免造成通道擁堵。可以從用戶的生理、心理角度考慮，確保產(chǎn)品造型能給用戶帶來舒適性及安全感，并滿足用戶的審美需求。因此，產(chǎn)品主體造型主要使用了幾何形元素，采用直線造型與曲線造型相結(jié)合的方式，并在邊緣處進(jìn)行圓角處理，使造型在視覺上簡約、高效的同時(shí)，給使用者帶來舒適、安全的感受。產(chǎn)品造型效果，如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品造型效果圖

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無接觸式檢測消毒閘機(jī)系統(tǒng)包含五個(gè)子系統(tǒng)[3-4]，分別為紅外人員測溫子系統(tǒng)、健康碼核驗(yàn)子系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)噴霧消毒子系統(tǒng)、通行指示燈子系統(tǒng)，語音提示子系統(tǒng)、系統(tǒng)關(guān)系圖，如圖 2所示。

圖2 系統(tǒng)關(guān)系圖

4.2.1 紅外人員測溫子系統(tǒng)

紅外人員測溫子系統(tǒng)通過紅外溫度傳感器對進(jìn)入檢測區(qū)人員的當(dāng)前表面體溫進(jìn)行測量，若檢測體溫超過37.3℃則視為發(fā)熱。此時(shí)與紅外人員測溫子系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的語音提示子系統(tǒng)與通行指示燈系統(tǒng)會(huì)及時(shí)做出反饋，提示人員不可通行或重新測量體溫，紅外人員測溫子系統(tǒng)通過檢測通行人員的體溫情況，排除發(fā)熱人員[4]。

4.2.2 健康碼核驗(yàn)子系統(tǒng)

健康碼核驗(yàn)子系統(tǒng)通過內(nèi)置的HEM23 掃碼模塊掃描通行人員的手機(jī)健康碼來判斷、識別人員的健康狀態(tài)與身份信息，同時(shí)將人員到達(dá)該場所的時(shí)間、地點(diǎn)及該人員的實(shí)時(shí)健康狀態(tài)上傳至后臺數(shù)據(jù)管理平臺，以此達(dá)到排除健康碼非健康狀態(tài)的人員，并為問題人員的行程溯源工作提供有效的線索。

4.2.3 旋轉(zhuǎn)噴霧消毒子系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)噴霧消毒子系統(tǒng)包括消毒液供給模塊、消毒臂動(dòng)力模塊、超聲波噴霧模塊、控制器模塊。

消毒液供給模塊用于為前端的超聲波噴霧模塊提供、輸送消毒液；消毒臂動(dòng)力模塊用于旋轉(zhuǎn)消毒臂的角度，實(shí)現(xiàn)對人員進(jìn)行360°消毒；超聲波噴霧模塊用于高頻震動(dòng)消毒液，使液體呈現(xiàn)出霧化噴出的效果，對人員進(jìn)行霧化消毒，減少通行人員攜帶病菌進(jìn)入場所的可能性，噴霧消毒的一個(gè)消毒工作周期為3s，并可根據(jù)不同場所的消毒需求調(diào)整合適的消毒時(shí)間，具有較高的使用率；控制器模塊用于控制其他模塊的運(yùn)行，使模塊之間的配合達(dá)到較高的流暢度。

4.2.4 通行指示燈子系統(tǒng)

通行指示燈子系統(tǒng)根據(jù)人員的使用狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行反饋，通過踏板指示燈環(huán)的兩種狀態(tài)提示人員是否可以通行，綠燈狀態(tài)表示可通行，紅燈狀態(tài)表示不可通行。例如：當(dāng)被檢測人員的健康碼為非健康狀態(tài)，紅色通行指示燈亮起，提示人員不可進(jìn)入；當(dāng)被檢測人員的體溫、健康碼狀態(tài)符合健康狀態(tài)，并且完成霧化消毒環(huán)節(jié)，綠色通行指示燈亮起，提示人員可以通行。

4.2.5 語音提示子系統(tǒng)

語音提示子系統(tǒng)通過揚(yáng)聲器播放提示語音的方式對通行人員在體溫檢測、健康碼核驗(yàn)階段的狀態(tài)進(jìn)行反饋，并提示下一步需要進(jìn)行的動(dòng)作。如當(dāng)被檢測人員的體溫符合正常數(shù)值，語音提示人員向前進(jìn)入掃碼區(qū)域并出示健康碼。

4.3 使用流程設(shè)計(jì)

在無接觸式檢測消毒閘機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)運(yùn)作周期中，首先通行人員進(jìn)入檢測消毒閘機(jī)前方的檢測區(qū)進(jìn)行紅外體溫檢測，若體溫大于正常值，則語音提示不可通行，需要重新測溫同時(shí)，紅色通行指示燈亮起，若體溫正常，則語音提示出示本人手機(jī)健康碼界面，健康碼核驗(yàn)系統(tǒng)對人員的身份信息及健康碼狀態(tài)進(jìn)行核驗(yàn)，若健康碼為非健康狀態(tài)則語音提示不可通行，同時(shí)紅色信息指示燈亮起，若健康碼狀態(tài)正常則語音提示人員進(jìn)入消毒區(qū)，待消毒完成后閘機(jī)護(hù)欄開啟。綠色指示燈亮起，人員即可通行，系統(tǒng)運(yùn)行流程，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

5 數(shù)據(jù)管理平臺設(shè)計(jì)

無接觸式檢測消毒閘機(jī)系統(tǒng)通過總控制器將通行人員的體溫、健康碼狀態(tài)、身份信息，以及到達(dá)場所的時(shí)間、地點(diǎn)上傳至數(shù)據(jù)管理平臺；該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理平臺支持人員信息數(shù)據(jù)錄入、二維碼/健康碼信息錄入、文本圖片信息批量錄入、黑名單管理等功能。所有通行人員的身份信息和健康狀態(tài)均保存在后臺數(shù)據(jù)管理平臺中，并支持人員的進(jìn)出時(shí)間、地點(diǎn)查詢、人員健康信息等的快速查詢。對通行人員的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，能有效解決大型公共場所通行人員的防護(hù)信息采集與記錄工作量大、流程復(fù)雜的問題。

6 顯示界面設(shè)計(jì)

公共場所檢測消毒閘機(jī)的顯示界面分為：體溫顯示界面、健康碼狀態(tài)顯示界面、消毒狀態(tài)顯示界面，每一個(gè)界面會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前階段人員的檢測反饋信息，如當(dāng)前體溫?cái)?shù)值、健康碼顏色，并播放動(dòng)畫來引導(dǎo)用戶如何進(jìn)行下一步操作。LED顯示屏幕與健康碼核驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，在造型上更加簡約，同時(shí)減少用戶在使用流程中的行為動(dòng)作，縮短檢測時(shí)間，提高人員的通行效率。

7 相關(guān)硬件設(shè)計(jì)

紅外人員測溫子系統(tǒng)的溫度傳感器采用SMTIR9902紅外傳感器。SMT9902內(nèi)置的溫度傳感器通過感知設(shè)備冷端的溫度，從而推算出目標(biāo)物體的實(shí)際溫度[5]。

健康碼核驗(yàn)子系統(tǒng)采用 HEM23 掃碼模塊，可掃描識別主流一維條形碼、標(biāo)準(zhǔn)二維條形碼和13.56MHz 的NFC卡，具有較多的識別類型。內(nèi)部設(shè)有廣角光學(xué)玻璃鏡頭具有更大的掃碼范圍，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離快速掃描識別，并且在室內(nèi)室外天光等環(huán)境下正常運(yùn)行[6]。掃碼模塊有RS232、USB、TTL等多種接口，具有較高的設(shè)備匹配度。因?yàn)槿藛T進(jìn)行健康碼掃描時(shí)的距離較近，所以健康碼核驗(yàn)系統(tǒng)使用RS232 類型接口。

旋轉(zhuǎn)噴霧消毒子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置了智能超聲波微霧消毒設(shè)備，超聲波微霧技術(shù)利用電子超頻振蕩（該電子振蕩不會(huì)對人體產(chǎn)生危害），消毒劑在霧化片強(qiáng)烈的高頻諧振作用下被霧化成1～5 μm的微小氣霧顆粒，并借助消毒臂的360°旋轉(zhuǎn)與內(nèi)部風(fēng)機(jī)的作用下，可以使霧化后的有效分子均勻地分散在閘機(jī)的消毒區(qū)內(nèi)。人員在消毒臂的旋轉(zhuǎn)噴霧過程中，由于噴出的氣狀霧化顆粒具有很大的表面積，因此可以起到快速殺滅細(xì)菌的效果。

閘機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用EBS70機(jī)座系列伺服一體機(jī)，并配備1：20的減速機(jī)，該電機(jī)有較好的性能與使用壽命，并且體積小巧，使用該型號驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以保證提供有效動(dòng)力的同時(shí)，減小閘機(jī)的體積；EBS70伺服一體機(jī)搭配機(jī)芯實(shí)現(xiàn)零位自檢、防非法沖撞、防夾傷、防尾隨的功能。

閘機(jī)電機(jī)芯片可實(shí)現(xiàn)多種認(rèn)證方式組合應(yīng)用，通過開閘次數(shù)對通行人員的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并可以通過繼電器輸出計(jì)數(shù)脈沖。防尾隨設(shè)置即可設(shè)定指定數(shù)量的人員通行，在前方人員通行后，后方與前方人員兩者間隔小于100 mm時(shí)視為尾隨[1]。

閘機(jī)主體外殼采用ABS塑料，內(nèi)部支撐框架采用AISI304 不銹鋼，保證整個(gè)閘機(jī)系統(tǒng)主體外殼的堅(jiān)固性、穩(wěn)定性，同時(shí)達(dá)到防銹、防腐蝕的效果。無接觸式檢測消毒閘機(jī)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

8 結(jié)語

文章通過公共場所檢測消毒閘機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，提供了公共場所閘機(jī)檢測消毒一體化、操作自動(dòng)化、使用流程無接觸的設(shè)計(jì)方案，有助于提高人員流動(dòng)大的公共場所環(huán)境下對進(jìn)出人員檢測工作的效率，保護(hù)場所進(jìn)出人員的安全，提高用戶的使用體驗(yàn)，同時(shí)數(shù)據(jù)管理平臺設(shè)計(jì)對使用人員的實(shí)時(shí)健康狀態(tài)、到訪場所時(shí)間地點(diǎn)等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，達(dá)到了人員進(jìn)出智能化管理、無接觸檢測消毒的目的。依托用戶對公共場所檢測消毒閘機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際使用需求與目前公共場所檢測閘機(jī)存在的不足，無接觸式檢測消毒閘機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效地解決了公共場所進(jìn)出人員檢測工作流程煩瑣、操作復(fù)雜、人員交互體驗(yàn)欠佳等問題，避免了健康狀態(tài)、身份信息異常的進(jìn)入，適用于醫(yī)院、商場等公共場所。