自動(dòng)除菌消毒器控制板設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)公共衛(wèi)生事業(yè)的高速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來越嚴(yán)格。良好的室內(nèi)空氣質(zhì)量是保障身體健康最重要的因素，然而由于室內(nèi)空氣流通性差，大量有害細(xì)菌、病毒和有機(jī)或無機(jī)污染顆粒、有毒粉塵充斥在室內(nèi)的空氣中，對(duì)我們的健康造成了嚴(yán)重的傷害。因此，迫切需要設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生活辦公環(huán)境空氣進(jìn)行除菌消毒的自動(dòng)化儀器，滿足人們的健康需求。

一、自動(dòng)除菌消毒器設(shè)計(jì)要求

系統(tǒng)在具有對(duì)室內(nèi)空氣高效安全除菌消毒的同時(shí)，還應(yīng)具有以下功能:能夠通過預(yù)設(shè)定，使系統(tǒng)7×24小時(shí)全自動(dòng)運(yùn)行；為便于操作人員控制，增加紅外遙控輸入功能；臭氧消毒在有人環(huán)境強(qiáng)制運(yùn)行時(shí)，應(yīng)具有達(dá)到設(shè)定最大值自動(dòng)關(guān)閉功能；紫外線在人為開啟下可以工作于間歇往復(fù)循環(huán)狀態(tài)；為增加無菌空氣擴(kuò)散效果，應(yīng)具有全方位送風(fēng)功能；為方便人機(jī)交流，應(yīng)具有圖形顯示和提示音提示功能；為防止掉電對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)、參數(shù)造成丟失，系統(tǒng)應(yīng)具有記憶功能。

二、除菌消毒方案選擇

臭氧是人們公認(rèn)的廣譜、高效殺菌劑，利用臭氧對(duì)環(huán)境空氣進(jìn)行消毒是目前最為高效、方便、快捷的方式之一。但是，高濃度的臭氧對(duì)人體的危害很大，它能刺激人的呼吸道，造成呼吸系統(tǒng)疾病;造成神經(jīng)中毒，引起頭暈頭疼等。因此這種除菌消毒方式只適用于無人的環(huán)境。

細(xì)菌、病毒的脫氧核糖核酸(DNA)和核蛋白最易吸收波長(zhǎng)為200～300nm的C波段紫外線。菌類吸收紫外線能量后，引起DNA分核蛋白之間的鏈斷裂而使細(xì)菌滅亡。對(duì)大腸桿菌、綠濃桿菌及金黃色葡萄球菌等都有巨大的殺菌效果。因此本設(shè)計(jì)同時(shí)利用紫外線進(jìn)行除菌消毒。但是，由于在紫外線長(zhǎng)時(shí)間照射下，會(huì)對(duì)人眼及皮膚造成傷害，因此在紫外線除菌消毒的同時(shí)，應(yīng)避免直接對(duì)人照射。鑒于以上分析，綜合應(yīng)用臭氧、紫外線2種方式進(jìn)行除菌消毒。通過人為設(shè)定后，臭氧用于無人環(huán)境的全方位自動(dòng)消毒，在有人環(huán)境利用封閉在殺菌室內(nèi)的紫外線燈發(fā)出的254nm波長(zhǎng)的紫外線進(jìn)行對(duì)空氣循環(huán)殺菌，從而達(dá)到對(duì)室內(nèi)除菌消毒的目的。

三、自動(dòng)除菌消毒器機(jī)械部分設(shè)計(jì)

臭氧無人環(huán)境殺菌時(shí)對(duì)機(jī)械的要求簡(jiǎn)單，只需能夠進(jìn)行空氣交換即可，在紫外線有人環(huán)境殺菌時(shí)，機(jī)械部分要有一封閉的殺菌室，對(duì)進(jìn)入殺菌室的空氣進(jìn)行封閉照射、循環(huán)殺菌。因?yàn)榭諝饬鲃?dòng)速度影響紫外線滅菌效果，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要使紫外線燈管的功率與殺菌室的空氣流量相匹配，保證殺菌效果。同時(shí)，殺菌室內(nèi)壁應(yīng)對(duì)紫外線有較大的反射率，以增強(qiáng)殺菌效果。通過實(shí)驗(yàn)，得出對(duì)紫外線的反射率如表2所示，因此，殺菌室應(yīng)采用經(jīng)表面處理的鋁材為原料設(shè)計(jì)。

四、自動(dòng)消毒器控制部分設(shè)計(jì)

控制電路要求實(shí)現(xiàn)對(duì)臭氧、紫外線的自動(dòng)控制，能實(shí)現(xiàn)有人環(huán)境紫外線殺菌連續(xù)、間歇工作，無人環(huán)境臭氧自動(dòng)定時(shí)運(yùn)行，系統(tǒng)非正常斷電后開機(jī)要有記憶功能等。因此，在控制上選擇了8位MCU芯片AT89S52作為主控芯片，以達(dá)到對(duì)上述功能的邏輯控制。

4.1輸入模塊設(shè)計(jì)

輸入模塊主要采集人的設(shè)定信號(hào)，這里為了操作方便，采用了7鍵鍵盤設(shè)定和紅外無線遙控設(shè)定2種方式，由于AT89S52芯片I/O口充足，這里采用單鍵單線的控制方式，利用定時(shí)采樣方法接收按鍵信息;遙控輸入方式采用了紅外遙控芯片LC7461+TL1838組合方法，通過離散中斷接收方式進(jìn)行接收。

4.2輸出模塊設(shè)計(jì)

輸出部分主要由顯示部分和控制繼電器2部分組成，顯示部分由于要顯示準(zhǔn)確時(shí)間和工作狀態(tài)，采用了4位帶秒點(diǎn)LED和6個(gè)狀態(tài)指示燈組成。為了減少LED占用MCU的I/O口數(shù)量，設(shè)計(jì)采用了8位的串轉(zhuǎn)并芯片74HC164，由于時(shí)間顯示LED需進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，因此在程序中采取循環(huán)刷新的方式進(jìn)行?？刂评^電器輸出部分通過高壓大電流達(dá)林頓晶體管TLN2003AN芯片來驅(qū)動(dòng)，分別帶動(dòng)臭氧發(fā)生器、紫外線燈組、風(fēng)擺電機(jī)、風(fēng)機(jī)和蜂鳴器工作。

4.3其它模塊設(shè)計(jì)

由于需要在失電情況下能對(duì)機(jī)器的設(shè)定狀態(tài)進(jìn)行記憶，以便在得電后不破壞原先的設(shè)定，繼續(xù)按照原設(shè)定方式工作，在設(shè)計(jì)電路中使用了2402SerialCMOSE2PROM芯片進(jìn)行參數(shù)狀態(tài)存儲(chǔ)，同時(shí)由于需要定時(shí)開機(jī)，實(shí)現(xiàn)無人臭氧消毒，電路中使用了HT1380計(jì)時(shí)芯片，它是HOLTEK公司推出的一款帶秒、分、時(shí)、日、星期、月、年的串行時(shí)鐘保持芯片，可以極大地減輕主控制器的工作壓力，通過外部電池微電流供電，可以在脫離電網(wǎng)的情況下繼續(xù)準(zhǔn)確走時(shí)。

五、自動(dòng)除菌消毒器軟件設(shè)計(jì)

由于需要對(duì)鍵盤采樣，對(duì)紅外接收頭進(jìn)行信號(hào)接收，對(duì)顯示單元進(jìn)行顯示，對(duì)控制單元進(jìn)行分別控制，對(duì)ROM芯片進(jìn)行讀寫操作，對(duì)時(shí)鐘芯片隨時(shí)進(jìn)行時(shí)間的讀取工作等等，任務(wù)線程多。這里，采用了對(duì)鍵盤、顯示部分進(jìn)行循環(huán)掃描，對(duì)紅外遙控進(jìn)行中斷輸入，對(duì)輸出繼電器、ROM芯片、時(shí)鐘芯片進(jìn)行定時(shí)刷新的方式進(jìn)行。

總結(jié)

設(shè)計(jì)的自動(dòng)除菌消毒器已研制成樣機(jī)，通過240h的不間斷運(yùn)行試驗(yàn)，控制功能完全符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)室內(nèi)環(huán)境對(duì)工作參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單人工設(shè)定，運(yùn)行后每天10次采用空氣沉降法對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行采樣及細(xì)菌培養(yǎng)，前后比較菌落數(shù)計(jì)算出的殺菌率最低達(dá)到97%，最高達(dá)到100%，具有很大的市場(chǎng)發(fā)展空間。

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