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客户成功故事与项目成功案例

自动除菌消毒器控制板设计


随着我国公共卫生事业的高速发展,人们对生活质量的要求也越来越严格。良好的室内空气质量是保障身体健康最重要的因素,然而由于室内空气流通性差,大量有害细菌、病毒和有机或无机污染颗粒、有毒粉尘充斥在室内的空气中,对我们的健康造成了严重的伤害。因此,迫切需要设计一种能够实现对生活办公环境空气进行除菌消毒的自动化仪器,满足人们的健康需求。

一、自动除菌消毒器设计要求

系统在具有对室内空气高效安全除菌消毒的同时,还应具有以下功能:能够通过预设定,使系统7×24小时全自动运行;为便于操作人员控制,增加红外遥控输入功能;臭氧消毒在有人环境强制运行时,应具有达到设定最大值自动关闭功能;紫外线在人为开启下可以工作于间歇往复循环状态;为增加无菌空气扩散效果,应具有全方位送风功能;为方便人机交流,应具有图形显示和提示音提示功能;为防止掉电对系统的状态、参数造成丢失,系统应具有记忆功能。

二、除菌消毒方案选择

臭氧是人们公认的广谱、高效杀菌剂,利用臭氧对环境空气进行消毒是目前最为高效、方便、快捷的方式之一。但是,高浓度的臭氧对人体的危害很大,它能刺激人的呼吸道,造成呼吸系统疾病;造成神经中毒,引起头晕头疼等。因此这种除菌消毒方式只适用于无人的环境。

细菌、病毒的脱氧核糖核酸(DNA)和核蛋白最易吸收波长为200~300nm的C波段紫外线。菌类吸收紫外线能量后,引起DNA分核蛋白之间的链断裂而使细菌灭亡。对大肠杆菌、绿浓杆菌及金黄色葡萄球菌等都有巨大的杀菌效果。因此本设计同时利用紫外线进行除菌消毒。但是,由于在紫外线长时间照射下,会对人眼及皮肤造成伤害,因此在紫外线除菌消毒的同时,应避免直接对人照射。鉴于以上分析,综合应用臭氧、紫外线2种方式进行除菌消毒。通过人为设定后,臭氧用于无人环境的全方位自动消毒,在有人环境利用封闭在杀菌室内的紫外线灯发出的254nm波长的紫外线进行对空气循环杀菌,从而达到对室内除菌消毒的目的。

三、自动除菌消毒器机械部分设计

臭氧无人环境杀菌时对机械的要求简单,只需能够进行空气交换即可,在紫外线有人环境杀菌时,机械部分要有一封闭的杀菌室,对进入杀菌室的空气进行封闭照射、循环杀菌。因为空气流动速度影响紫外线灭菌效果,因此在设计时要使紫外线灯管的功率与杀菌室的空气流量相匹配,保证杀菌效果。同时,杀菌室内壁应对紫外线有较大的反射率,以增强杀菌效果。通过实验,得出对紫外线的反射率如表2所示,因此,杀菌室应采用经表面处理的铝材为原料设计。

四、自动消毒器控制部分设计

控制电路要求实现对臭氧、紫外线的自动控制,能实现有人环境紫外线杀菌连续、间歇工作,无人环境臭氧自动定时运行,系统非正常断电后开机要有记忆功能等。因此,在控制上选择了8位MCU芯片AT89S52作为主控芯片,以达到对上述功能的逻辑控制。

4.1输入模块设计

输入模块主要采集人的设定信号,这里为了操作方便,采用了7键键盘设定和红外无线遥控设定2种方式,由于AT89S52芯片I/O口充足,这里采用单键单线的控制方式,利用定时采样方法接收按键信息;遥控输入方式采用了红外遥控芯片LC7461+TL1838组合方法,通过离散中断接收方式进行接收。

4.2输出模块设计

输出部分主要由显示部分和控制继电器2部分组成,显示部分由于要显示准确时间和工作状态,采用了4位带秒点LED和6个状态指示灯组成。为了减少LED占用MCU的I/O口数量,设计采用了8位的串转并芯片74HC164,由于时间显示LED需进行动态扫描显示,因此在程序中采取循环刷新的方式进行。控制继电器输出部分通过高压大电流达林顿晶体管TLN2003AN芯片来驱动,分别带动臭氧发生器、紫外线灯组、风摆电机、风机和蜂鸣器工作。

4.3其它模块设计

由于需要在失电情况下能对机器的设定状态进行记忆,以便在得电后不破坏原先的设定,继续按照原设定方式工作,在设计电路中使用了2402SerialCMOSE2PROM芯片进行参数状态存储,同时由于需要定时开机,实现无人臭氧消毒,电路中使用了HT1380计时芯片,它是HOLTEK公司推出的一款带秒、分、时、日、星期、月、年的串行时钟保持芯片,可以极大地减轻主控制器的工作压力,通过外部电池微电流供电,可以在脱离电网的情况下继续准确走时。

五、自动除菌消毒器软件设计

由于需要对键盘采样,对红外接收头进行信号接收,对显示单元进行显示,对控制单元进行分别控制,对ROM芯片进行读写操作,对时钟芯片随时进行时间的读取工作等等,任务线程多。这里,采用了对键盘、显示部分进行循环扫描,对红外遥控进行中断输入,对输出继电器、ROM芯片、时钟芯片进行定时刷新的方式进行。

总结

设计的自动除菌消毒器已研制成样机,通过240h的不间断运行试验,控制功能完全符合设计要求。根据室内环境对工作参数进行简单人工设定,运行后每天10次采用空气沉降法对室内空气进行采样及细菌培养,前后比较菌落数计算出的杀菌率最低达到97%,最高达到100%,具有很大的市场发展空间。

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