基于STM32的街道巡檢消毒防疫車設(shè)計

趙金燕 王高樂 蔡雅超 房文燕 韓祥森

摘? 要：針對窄型街道公共衛(wèi)生安全問題，設(shè)計了一種街道巡檢消毒防疫系統(tǒng)。該設(shè)計由三個系統(tǒng)組成，分別為環(huán)境檢測系統(tǒng)、運動執(zhí)行系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)。環(huán)境檢測系統(tǒng)以單片機(jī)為主控芯片，同時配置各類傳感器，通過Wi-Fi模塊將檢測到的數(shù)據(jù)信息傳遞到手機(jī)APP，可以讓用戶便捷地觀測周圍的環(huán)境信息；運動執(zhí)行系統(tǒng)通過2.4 GHz遙控發(fā)射機(jī)和接收機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動以及消毒水泵的運行；圖傳系統(tǒng)配置了攝像頭和5.8 GHz圖傳設(shè)備，可以簡單便捷地獲得消毒作業(yè)過程中前方的實時畫面，并由圖傳接收機(jī)將獲取的圖像信息發(fā)送到手機(jī)APP上，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控功能。該系統(tǒng)使消毒作業(yè)更加智能化，在達(dá)到預(yù)期效果的同時減少了人力、物力的支出，縮減了消毒成本。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；2.4 GHz通信；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP242? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）17-0141-05

Design of Street Routing Inspection Disinfection and Epidemic Prevention Vehicle Based on STM32

ZHAO Jinyan， WANG Gaole， CAI Yachao， FANG Wenyan， HAN Xiangsen

（Shandong Huayu University of Technology， Dezhou? 253034， China）

Abstract： Aiming at the problem of public health safety in narrow streets， this paper designs a street routing inspection disinfection and epidemic prevention system. This design is composed of three systems， which are environmental inspection system， motion execution system and picture transmission system. The environment inspection system uses the Single-Chip Microcomputer as the main control chip， and it is equipped with various sensors. The detected data information is transmitted to the mobile APP through the Wi-Fi module， so that users can conveniently observe the surrounding environment information. The motion execution system controls the motor drive and the operation of the disinfection pump through the 2.4 GHz remote transmitter and receiver. The picture transmission system is equipped with a camera and a 5.8 GHz picture transmission equipment， which can easily and conveniently obtain the real-time picture in front of the disinfection operation process， and the picture transmission receiver can send the acquired picture information to the mobile phone APP to realize the function of remote control. The system makes the disinfection operation more intelligent， and reduces the expenditure of human and material resources and the original cost.

Keywords： Single-Chip Microcomputer; 2.4 GHz communication; Internet of Things

0? 引? 言

信息化時代的發(fā)展，一些信息化的產(chǎn)物正在應(yīng)用到人們的生活中，為生活生產(chǎn)帶提高服務(wù)。城鎮(zhèn)街道消毒是保證城鎮(zhèn)公共衛(wèi)生問題重要措施之一，但目前部分街道消毒設(shè)施水平較低，一些地區(qū)將改裝后的道路養(yǎng)護(hù)車用于街道的消毒工作，但是對于鄉(xiāng)村以及城市社區(qū)內(nèi)的窄型街道卻不適用，而且改裝后的消毒車無法準(zhǔn)確控制消毒藥劑的用量，增加消毒藥劑的浪費，不符合低碳環(huán)保的綠色理念。傳統(tǒng)的小型消毒設(shè)備，消毒面積小，儲藥箱空閑不足，不能滿足對大面積街道藥液噴灑功能，此外對一些死角區(qū)域無法進(jìn)行有效消殺。本文基于我校山東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目提出來基于物聯(lián)網(wǎng)的街道巡檢消毒防疫車，旨在保障城鎮(zhèn)窄型街道的公共衛(wèi)生安全，降低了臨時消毒工作時的消毒設(shè)備操作的復(fù)雜程度，提高了街道消毒效率，減輕了消毒工作人員的負(fù)擔(dān)，可以更加快速便捷的完成消毒作業(yè)，減少暴露室外時間，降低感染風(fēng)險，提高居民生活水平。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

該系統(tǒng)設(shè)計分為三個部分，第一是環(huán)境消殺系統(tǒng)，該部分設(shè)計有各類傳感器，包括光照傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、溫濕度傳感器、雨量傳感器，將采集到的環(huán)境信息通過Wi-Fi模塊發(fā)送到手機(jī)APP，多種傳感器相互配合，以達(dá)到精準(zhǔn)采集周圍環(huán)境信息的目的；第二是圖傳系統(tǒng)，該部分包括攝像頭、5.8 GHz圖傳發(fā)射機(jī)、5.8 GHz圖傳接收機(jī)以及手機(jī)APP。5.8 GHz圖傳發(fā)射機(jī)具有體積迷你、發(fā)射功率大的優(yōu)點，在保證性能的同時節(jié)省了空間，是遠(yuǎn)距離信息傳輸?shù)淖罴褕D傳發(fā)射機(jī)，系統(tǒng)通過5.8 GHz圖傳發(fā)射機(jī)可以將攝像頭拍攝到的實時圖像傳送給圖傳接收機(jī)，用戶可由手機(jī)APP遠(yuǎn)程觀測到系統(tǒng)的消毒作業(yè)情況，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作的功能。第三部分是運動執(zhí)行系統(tǒng)，該部分由2.4 GHz遙控發(fā)射機(jī)、2.4 GHz遙控接收機(jī)、電機(jī)驅(qū)動以及消毒水泵組成。用戶通過2.4 GHz遙控發(fā)射機(jī)對系統(tǒng)發(fā)出指令，系統(tǒng)內(nèi)部的接收機(jī)接收到相應(yīng)的指令后進(jìn)而控制電機(jī)驅(qū)動以及消毒水泵的運行。通過不同的操作指令控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，以達(dá)到操作系統(tǒng)的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎的目的，同時可以根據(jù)實際需求控制消毒噴頭的開啟與關(guān)閉，實現(xiàn)消毒藥劑的噴灑等功能，具有較高的安全系數(shù)以及廣泛的應(yīng)用性。本系統(tǒng)采用STM32作為主控芯片，具有豐富的外設(shè)接口，滿足了本系統(tǒng)的設(shè)計需求，搭載高速的處理器和內(nèi)存，運行效率高，處理能力強(qiáng)，同時方便后續(xù)系統(tǒng)性能的調(diào)試與測試，因此選用它作為主控芯片，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

2? 理論分析與計算

2.1? 消毒藥液噴灑設(shè)計

該系統(tǒng)是為窄型街道設(shè)計的街道巡檢消毒防疫車，因此需要滿足體積小巧靈便，載藥量大，噴灑范圍廣等特點。因此設(shè)計的本消毒車長168 cm，寬100 cm，高60 cm，完全滿足在窄型街道上的靈便性，本系統(tǒng)采用6個霧化噴頭，通過控制消毒水泵的開關(guān)，來實現(xiàn)霧化噴頭的噴灑功能，6個霧化噴頭分均勻分布在消毒車的左側(cè)右側(cè)和后方，這樣實現(xiàn)了消毒車經(jīng)過的地方，可以無死角的進(jìn)行消殺。經(jīng)過測試得知單個噴頭的有效噴灑范圍為1 m，因此消毒車橫向有效噴灑范圍為3 m，對于小區(qū)內(nèi)街道，以及鄉(xiāng)村街道，完全滿足對道路的噴灑，采用容量為50 L的水箱，采用3.5 L/min排水的水泵，因此噴灑時間由以下算式得知：

根據(jù)式（1）得本系統(tǒng)加滿藥液可噴灑時長為14.2 min，如果消毒車以10 km/h的速度行駛，那么可以噴灑2.3 km的路程，對于窄型街道，大部分是小區(qū)內(nèi)和農(nóng)村街道，2.3 km的路程足以滿足需求。

2.2? 圖傳系統(tǒng)設(shè)計

考慮到本系統(tǒng)的應(yīng)用場景，可能存在信號差，網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全面，因此該系統(tǒng)采用5.8 GHz圖傳技術(shù)，該技術(shù)具有更大的頻率，波長較短，與2.4 GHz頻道相比，使用5.8 GHz頻段的器件較少，干擾相對較少，頻段相對清潔。同時5.8 GHz圖傳技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)，在街道環(huán)境比較復(fù)雜的情況下采用5.8 GHz圖傳更利于處理信號接收與發(fā)射，系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定。系統(tǒng)在消毒作業(yè)過程中，用戶可以通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程觀看作業(yè)實況，通過系統(tǒng)前方配置的攝像頭進(jìn)行周圍環(huán)境圖像信息的采集，然后利用5.8 GHz圖傳發(fā)射機(jī)把采集到的圖像信息傳輸?shù)绞謾C(jī)APP，適用于遠(yuǎn)距離的無線通信，符合本系統(tǒng)的設(shè)計需求。

2.3? 運動系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)采用2.4 GHz遙控發(fā)射機(jī)，通過2.4 GHz的電磁波，直線性好，天線較短，使用起來更加便捷，同時繞射能力強(qiáng)，在障礙物多的情況下更容易進(jìn)行控制，增加了安全系數(shù)。系統(tǒng)通過2.4 GHz遙控發(fā)射機(jī)將操作指令發(fā)送出去，接收機(jī)將接收到的信號傳送個驅(qū)動電機(jī)的電調(diào)，其中采用300 A大電流電調(diào)，確保有足夠的功率驅(qū)動電機(jī)，由電調(diào)芯片分析后下達(dá)操作指令來控制電機(jī)的驅(qū)動以及消毒水泵的運行。通過控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)進(jìn)而控制系統(tǒng)的運動方向，如前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎；通過控制消毒水泵的運行來實現(xiàn)霧化噴頭進(jìn)行消毒藥劑的噴灑。

2.4? 環(huán)境檢測設(shè)計

環(huán)境檢測部分設(shè)計了多種傳感器，包括光照傳感器GY302、空氣質(zhì)量傳感器MQ-135、溫濕度傳感器DHT11、雨量傳感器，其中雨量傳感器采用的是濕敏傳感器工作原理，各傳感器之間相互配合，將檢測到的信息傳遞給STM32主控芯片，由主控芯片分析處理后將采集到的環(huán)境信息通過Wi-Fi模塊發(fā)送到手機(jī)APP，用戶可以精準(zhǔn)的觀測到周圍的環(huán)境信息，方便用戶自主選擇下一步操作。

3? 硬件電路與軟件設(shè)計

3.1? 硬件電路設(shè)計

本系統(tǒng)采用STM32F103C8T6單片機(jī)，外圍配置環(huán)境采集模塊、巡檢模塊、運動執(zhí)行模塊、高清攝像頭、無線通信模塊、消毒控制模塊等，從而實現(xiàn)本系統(tǒng)的巡檢、環(huán)境信息采集、遠(yuǎn)程控制、消毒藥劑噴灑等功能。系統(tǒng)整體電路圖如圖2所示。

3.2? 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件設(shè)計方面分為三部分，第一是單片機(jī)程序編寫，包括對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)的運行等，第二部分是串口發(fā)送接收數(shù)據(jù)部分，包括Wi-Fi模塊的連接，以及發(fā)送數(shù)據(jù)包接收數(shù)據(jù)包；第三是手機(jī)APP設(shè)計，系統(tǒng)軟件工作流程如圖3所示。

環(huán)境檢測APP關(guān)鍵代碼：

char auth[] = "0086c6f564e3";

char ssid[] = "JIZHIYUNtest";

char pswd[] = "12345678";

float hshidu = 0，twendu=0，gz=0;

int yvliang，qitii;

BlinkerButton anj（"deng"）;

BlinkerNumber Wwdd（"wendu"）;

BlinkerNumber Ssdd（"shidu"）;

BlinkerNumber ggzz（"guangzhao"）;

BlinkerNumber qiti（"qt"）;

BlinkerText Text1（"wenzi"）;

BlinkerSlider huatiao（"dengguang"）;

單片機(jī)環(huán)境檢測關(guān)鍵代碼：

u8 DHT11_Init（void）

{

GPIO_InitTypeDef? GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOB， ENABLE）;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init（GPIOB， &GPIO_InitStructure）;

GPIO_SetBits（GPIOB，GPIO_Pin_14）;

DHT11_Rst（）;

return DHT11_Check（）;

}

char bh1750_recv_byte（unsigned char ack）

{unsigned char i，receive=0;

BH1750_SDA_IN（）;

for（i=0;i<8;i++）{

BH1750_IIC_SCL=0;? delay_us（5）;

BH1750_IIC_SCL=1; delay_us（2）;

receive=receive<<1;

if（BH1750_READ_SDA） receive=receive+1;

delay_us（2）; }

if（！ack） bh1750_send_ack（1）;

bh1750_send_ack（0）;

return receive;

}

4? 實驗測試與分析

本系統(tǒng)最終呈現(xiàn)形式如圖4（a）所示，高清攝像頭位于系統(tǒng)正前方，消毒霧化噴頭于系統(tǒng)左側(cè)、右側(cè)以及正后方各設(shè)置兩個，消毒液箱位于系統(tǒng)內(nèi)部，可以從系統(tǒng)正上方打開進(jìn)行消毒藥劑的存儲。在實際實驗測試過程中，為保障操作的安全性，采用清水進(jìn)行模擬實驗。圖4（b）為圖傳頁面，系統(tǒng)經(jīng)5.8 GHz發(fā)射機(jī)將高清攝像頭將采集到的圖像信息由接收機(jī)接收后傳輸?shù)绞謾C(jī)APP上，方便了用戶遠(yuǎn)程操控本系統(tǒng)的行駛路線。圖4（c）為手機(jī)APP顯示頁面，用戶可以在此頁面上直觀清晰地看到系統(tǒng)當(dāng)前消毒作業(yè)的環(huán)境信息，如溫度、濕度、光照強(qiáng)度、有害氣體的含量以及當(dāng)前的天氣狀況，方便用戶自主選擇是否進(jìn)行消毒藥劑的噴灑。

對該系統(tǒng)測試時，首先測試其環(huán)境檢測功能，測試周圍環(huán)境溫度，設(shè)置6組環(huán)境變量，如表1所示，借助溫度計測量，記錄測試溫度與實際溫度。

設(shè)置6組測試條件，測試系統(tǒng)消毒水泵的運行、系統(tǒng)圖傳系統(tǒng)的連接、運動執(zhí)行系統(tǒng)是否正常，記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)性能測試表如表2所示。

經(jīng)過多次試驗得出，系統(tǒng)的溫度測量誤差在0.5 ℃以內(nèi)，系統(tǒng)圖傳功能的連接、消毒水泵的運行以及運行執(zhí)行系統(tǒng)測試全部正常。除以上測試之外，還對環(huán)境信息采集參數(shù)的準(zhǔn)確性、遙控功能的穩(wěn)定性等，進(jìn)行了測試，得到了良好的實驗結(jié)果，滿足本系統(tǒng)的需求。

5? 結(jié)? 論

該系統(tǒng)對基于物聯(lián)網(wǎng)的街道巡檢消毒防疫車進(jìn)行了研究，給出了一種基于高速單片機(jī)與攝像頭以及多個傳感器相結(jié)合的消殺控制方案，可以通過2.4 GHz遙控發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程控制消毒車的巡檢路線以及霧化片噴頭的開啟、關(guān)閉，同時可以通過5.8 GHz圖傳系統(tǒng)將圖像信息傳遞到手機(jī)APP上方便用戶遠(yuǎn)程觀看消毒車的作業(yè)情況，解決了窄型街道的消殺工作實施難的問題，極大地降低了戶外作業(yè)的危險性，節(jié)省了人力，提升居民的幸福指數(shù)。通過多次實驗證明，本系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確性和較低的功耗，并且投入成本低，功能模塊化的設(shè)計，便于后續(xù)功能的開發(fā)和添加，能夠滿足窄型街道的消殺需求，具有一定的實用價值。

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作者簡介：趙金燕（2000—），女，漢族，山東濟(jì)寧人，本科在讀，研究方向：電子信息工程；王高樂（2002—），男，漢族，山東聊城人，本科在讀，研究方向：電子信息工程；蔡雅超（2001—），男，漢族，山東定陶人，本科在讀，研究方向：電子信息工程；房文燕（2000—）女，漢族，山東濱州人，本科在讀，研究方向：電子信息工程；韓祥森（1994—），男，漢族，山東淄博人，講師，本科，研究方向：電子與通信技術(shù)、智能控制。