新型多場景智能霧化防疫消殺系統(tǒng)設計研究

汪志鵬 王谷一

摘要：隨著新冠肺炎疫情的蔓延，社會對智能防疫設備的需求達到了前所未有的高度。針對現(xiàn)有防疫消殺設備智能化程度較低、成本較高等問題，設計了一種集強力霧化、多場景使用、設備智慧調(diào)控、App遠程操控等功能為一體的多場景智能霧化防疫消毒系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在團隊自主開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、強力送霧系統(tǒng)、智能調(diào)控系統(tǒng)三個子系統(tǒng)協(xié)同下實現(xiàn)智能化、無人化的霧化消殺，在經(jīng)過實物的搭建并且進行實驗測試后發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠有效提高防疫效率，為防疫賦能。

關鍵詞：智慧防疫；霧化消殺；智能控制；物聯(lián)網(wǎng)技術；肺炎疫情

中圖分類號：TP391? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）06-0085-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

1 引言

自新冠肺炎、禽流感等破壞程度巨大的疫情暴發(fā)以來，完善的防疫系統(tǒng)成為防疫人員與病毒之間的一道重要的屏障[1]。伴隨著智能控制技術的高速發(fā)展，日趨成熟的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術也勢必為未來的疫情防控工作帶來更多的可能性和想象力[2]。但是目前市面上在售的霧化消殺設備普遍存在兩極分化的問題：一類設備的部署成本低廉、性能可靠但是智能程度低、使用場景局限性大、需要大量人員參與等諸多短板；一類設備智能程度極高、可以滿足多場景下的無人化消殺作業(yè)，但這類設備往往價格高昂、集成度極高，從而導致部署難度較大、設備維護成本較高?？v觀本次國內(nèi)新冠肺炎疫情防控工作，基層衛(wèi)生防疫工作中相當大一部分的消殺工作還需要人為的干預，特別是當區(qū)域疫情暴發(fā)需要對相關場所進行立即封控、消殺時任然需要大量的防疫人員暴露在高?？臻g中作業(yè)，這使得疫情工作者面臨著巨大的感染風險[3]，出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因一方面在于防疫消殺設備缺乏智能系統(tǒng)的加持，導致人們對當下消殺設備的信心不足[4]；另一方面在于部署高度智能化的消殺系統(tǒng)會極大地提升防疫開銷，但是連續(xù)多年的抗疫工作投入極大地增加了地方財政壓力[5-7]，導致疫情暴發(fā)之時相關部門不得不采用防疫人員直接參與消殺這種成本低、可靠性高但是風險高的傳統(tǒng)方案，以此帶出的防疫成本和防疫人員安全保障的矛盾問題需要在一個兩全其美的方案下在短時間內(nèi)得到妥善的解決。在此背景下，探索設計一種物美價廉、消殺效果好、智能程度高的消殺設備來填補市場空白、高效助力抗疫迫在眉睫。

2 研究特點

針對現(xiàn)有防疫設備智能程度較低、成本較高等問題，研究設計了一種全新的智能消殺設備。圖1為設備的3D示意圖和剖面圖，該設備主要由物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能造霧及送霧系統(tǒng)、智能調(diào)控系統(tǒng)3個子系統(tǒng)組成。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠實現(xiàn)設備的遠程操控，消殺信息能夠記錄到云端服務器以實現(xiàn)消殺數(shù)據(jù)可追溯的創(chuàng)新功能，操作者可以通過App查詢特定時間段設備的運行情況和消殺消息，也可以自定義設備霧化消殺參數(shù)以及霧化需求來滿足用戶個性化消殺工作，這有效擴大了設備的使用場景、提高了設備工作適應能力，特別是在進行消殺要求高的工作時能夠有效避免人為的近距離操作，極大地保障了防疫人員的安全，也降低了消殺工作的成本。不僅如此，得益于配套App和設備端物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的加持，該設備可以實現(xiàn)多設備聯(lián)動的創(chuàng)新功能，在單個設備無法有效覆蓋的大空間場景下實現(xiàn)多設備聯(lián)動消殺，帶來了消殺無死角、消殺空間無上限的優(yōu)點，為設備的使用場景帶來了無限可能，值得一提的是，在多設備聯(lián)動工作時在控制上并不會增加用戶的操作負擔，通過App對設備進行綁定可以輕松實現(xiàn)多設備控制，在降低人工成本的同時提高了單人消殺的工作量，極大地提高了防疫效率；智能造霧及送霧系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶通過App預先設定的各項霧化需求參數(shù)以及設備的實時狀態(tài)來智能調(diào)控造霧強度和送霧強度，在保證滿足霧化消毒要求的同時盡可能地延長設備單次加液的運行時間，并且在設備最上端設計了一個通用管口，該管口可以配備多種噴嘴使用，再一次增強了設備多場景使用的能力；智能調(diào)控系統(tǒng)能夠確保設備在多種工作環(huán)境下正常運行，提高了設備的適應能力和設備使用壽命。在上述創(chuàng)新功能的加持下以低成本、高效率的方式真正實現(xiàn)消殺無人化、智能化。在結構方面，設備采用雙層儲液結構，使得設備單次注液的續(xù)航時間大大延長；設備具備8個獨立控制的超聲波霧化單元，能夠保障設備在緊急情況下的霧氣供給；在設備各部分連接處采用螺紋、卡扣等快拆設計，配合設備外壁OLED參數(shù)顯示屏可以大大提升設備的檢修維護能力。綜上所述，在多項創(chuàng)新功能和創(chuàng)新結構設計的加持下使得該設備能夠彌補現(xiàn)有市場消殺設備的大多數(shù)短板，有效填補了目前兩極分化嚴重的消殺設備市場的空白。

3 系統(tǒng)硬件設計

圖2是系統(tǒng)硬件部分框圖，秉持高壽命、高效率、低成本的設計制造理念，該設備硬件主要由ESP8266主控模塊、DHT11溫濕度傳感器、KW01液位傳感器、DC3W水泵等模塊組成，并采用C語言對設備硬件端的各部分硬件運行邏輯進行編程。

如圖2，ESP8266控制模塊作為設備硬件端的核心參與到設備的傳感器數(shù)據(jù)讀取、處理、發(fā)送和設備的整體運行控制。利用ESP8266集成的Wi-Fi、藍牙模塊與用戶端App實現(xiàn)設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、用戶端命令的無線傳輸，用戶可以通過聯(lián)網(wǎng)、藍牙配對的方式遠程操控設備進行自定義消殺工作；DHT11溫濕度傳感器、KW01液位傳感器實時對設備的各項參數(shù)進行高速采樣并將數(shù)據(jù)傳遞給ESP8266主控單元處理之后將各項指標數(shù)據(jù)顯示在設備外壁的OLED顯示屏上，使得檢修人員在進行設備維護工作時能夠快速獲取設備內(nèi)部各部分硬件參數(shù)，可以有效地降低設備的檢修難度；DS1302實時時鐘模塊搭配PWM調(diào)節(jié)電子開關控制板不僅可以實現(xiàn)對每個壓電陶瓷加濕單元噴霧量的獨立動態(tài)控制，還能實現(xiàn)送霧系統(tǒng)風扇的動態(tài)調(diào)頻，在二者的搭配下可以實現(xiàn)設備在各項場景下的高效率霧化工作。設備硬件端部件較少、穩(wěn)定性高且成本較低，在滿足設備性能的前提下能夠有效地降低設備制造成本和維護成本，在疫情到來之時也能有效降低防疫物資的采購開銷。

4 系統(tǒng)軟件設計

圖3為系統(tǒng)軟件運行機制示意圖，該部分功能主要由團隊自主設計開發(fā)的App以及云服務器實現(xiàn)。

App端采用Java和HTML語言設計。如圖3，軟件端與設備硬件端通過百度云服務器進行數(shù)據(jù)交互，在交互的過程中，相關消殺數(shù)據(jù)如消殺時間段、設備故障記錄、設備停機時間等都會被保存在云服務器中，在需要檢查消殺數(shù)據(jù)時用戶可以通過App一鍵獲得云端設備消殺數(shù)據(jù)，這項創(chuàng)新性的功能實現(xiàn)了設備端的消殺數(shù)據(jù)可追溯，極大地避免了在防疫工作中由于人為的疏忽造成的錯誤，以大數(shù)據(jù)的方式為抗疫工作賦能。設備在運行過程中，硬件端各傳感器會持續(xù)測量設備各項狀態(tài)參數(shù)，并將數(shù)據(jù)回饋給主控模塊，ESP8266主控模塊會根據(jù)程序預先設定的相關標準進行判斷，若發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，則硬件端會執(zhí)行預先設定的應急程序，并向軟件端發(fā)送故障警告并記錄停機時間，若用戶開啟了軟件通知權限，則在設備停機的第一時間App會生成消息彈窗及時提醒用戶，避免了因某些不確定因素造成的設備不可逆的損傷；用戶也可以使用App查看設備狀態(tài)并自定義設備各項工作環(huán)境參數(shù)如消殺面積、消殺時間、送霧長度等，使得設備的工作環(huán)境適應能力增強，在用戶設定的工作參數(shù)超過設備的極限時也能及時提醒用戶更改相關參數(shù)或者在消殺地點部署多臺設備。不僅如此，當一個賬戶綁定了多個設備時，以聯(lián)網(wǎng)的方式，用戶通過一個App可以輕而易舉地操作多臺設備聯(lián)動作業(yè)，以設備組網(wǎng)的方式實現(xiàn)大面積、無死角的防疫消殺工作。設備軟件端以及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的加入使得該消殺設備的市場逐漸由大型密閉場所向家居、個體商戶下沉，為設備的應用場景帶來了無線的想象力。

5 結語

2020年初暴發(fā)的新型冠狀病毒肺炎（Coronavirus disease 2019，COVID-19）疫情給全球人民生命安全和經(jīng)濟發(fā)展帶來了嚴重影響，隨著世界文明的進步，各種疫情的暴發(fā)或許將成為常態(tài)化，這意味著今后防疫消殺工作將日趨繁重，從而導致全球消殺設備的市場需求激增，使用場景也由常見的公共場合向每家每戶、各行各業(yè)滲透，這使得消殺設備的市場進一步拓寬，發(fā)展前景和使用場景都十分廣闊。而目前市面上的消殺設備在功能上和成本上都或多或少存在短板，這導致防疫工作者在實際工作中往往心有余而力不足，進而推行嚴格的管控措施，例如切斷該地區(qū)的貨運鏈、限制該地區(qū)人員的流動甚至于封城，這極大地影響了人們正常的生活，也加重了防疫人員的工作負擔。展望未來，防疫設備智能化的優(yōu)勢和趨勢已逐漸顯現(xiàn)，而在此次我國新冠肺炎后期防治工作中，智能無人防疫系統(tǒng)發(fā)揮了極大的作用[8]。在此背景下，團隊在傳統(tǒng)霧化消殺設備的基礎上創(chuàng)新性的加入了低成本、高效率、高壽命的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在設備端和用戶端建立起了遠程交互橋梁，在云服務器的加持下實現(xiàn)設備的消殺信息的高效記錄和傳輸；設備特有的聯(lián)動組網(wǎng)消殺的功能，實現(xiàn)了設備大面積部署消殺的功能，使得疫情到來之時該設備在方艙醫(yī)院、集中隔離點等大型封閉的場所發(fā)揮關鍵作用；不僅如此，團隊創(chuàng)新性開發(fā)了設備云端消殺數(shù)據(jù)可追溯的功能，在數(shù)據(jù)記錄方面極大程度地避免了客觀因素導致的消殺數(shù)據(jù)錯報、漏報、謊報等難以挽回的錯誤。上述創(chuàng)新不僅提高了消殺工作的智能程度，還填補了消殺設備市場的空白部分。經(jīng)過實驗，該設備能夠滿足本文所介紹的相關功能，并且能夠高效地融入現(xiàn)代智慧社會，以大數(shù)據(jù)、智能的方式為防疫賦能。

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【通聯(lián)編輯：梁書】