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自動除菌消毒器控制板設計


隨著我國公共衛生事業的高速發展,人們對生活質量的要求也越來越嚴格。良好的室內空氣質量是保障身體健康最重要的因素,然而由于室內空氣流通性差,大量有害細菌、病毒和有機或無機污染顆粒、有毒粉塵充斥在室內的空氣中,對我們的健康造成了嚴重的傷害。因此,迫切需要設計一種能夠實現對生活辦公環境空氣進行除菌消毒的自動化儀器,滿足人們的健康需求。

一、自動除菌消毒器設計要求

系統在具有對室內空氣高效安全除菌消毒的同時,還應具有以下功能:能夠通過預設定,使系統7×24小時全自動運行;為便于操作人員控制,增加紅外遙控輸入功能;臭氧消毒在有人環境強制運行時,應具有達到設定最大值自動關閉功能;紫外線在人為開啟下可以工作于間歇往復循環狀態;為增加無菌空氣擴散效果,應具有全方位送風功能;為方便人機交流,應具有圖形顯示和提示音提示功能;為防止掉電對系統的狀態、參數造成丟失,系統應具有記憶功能。

二、除菌消毒方案選擇

臭氧是人們公認的廣譜、高效殺菌劑,利用臭氧對環境空氣進行消毒是目前最為高效、方便、快捷的方式之一。但是,高濃度的臭氧對人體的危害很大,它能刺激人的呼吸道,造成呼吸系統疾病;造成神經中毒,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境。

細菌、病毒的脫氧核糖核酸(DNA)和核蛋白最易吸收波長為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菌滅亡。對大腸桿菌、綠濃桿菌及金黃色葡萄球菌等都有巨大的殺菌效果。因此本設計同時利用紫外線進行除菌消毒。但是,由于在紫外線長時間照射下,會對人眼及皮膚造成傷害,因此在紫外線除菌消毒的同時,應避免直接對人照射。鑒于以上分析,綜合應用臭氧、紫外線2種方式進行除菌消毒。通過人為設定后,臭氧用于無人環境的全方位自動消毒,在有人環境利用封閉在殺菌室內的紫外線燈發出的254nm波長的紫外線進行對空氣循環殺菌,從而達到對室內除菌消毒的目的。

三、自動除菌消毒器機械部分設計

臭氧無人環境殺菌時對機械的要求簡單,只需能夠進行空氣交換即可,在紫外線有人環境殺菌時,機械部分要有一封閉的殺菌室,對進入殺菌室的空氣進行封閉照射、循環殺菌。因為空氣流動速度影響紫外線滅菌效果,因此在設計時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,殺菌室內壁應對紫外線有較大的反射率,以增強殺菌效果。通過實驗,得出對紫外線的反射率如表2所示,因此,殺菌室應采用經表面處理的鋁材為原料設計。

四、自動消毒器控制部分設計

控制電路要求實現對臭氧、紫外線的自動控制,能實現有人環境紫外線殺菌連續、間歇工作,無人環境臭氧自動定時運行,系統非正常斷電后開機要有記憶功能等。因此,在控制上選擇了8位MCU芯片AT89S52作為主控芯片,以達到對上述功能的邏輯控制。

4.1輸入模塊設計

輸入模塊主要采集人的設定信號,這里為了操作方便,采用了7鍵鍵盤設定和紅外無線遙控設定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行接收。

4.2輸出模塊設計

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確時間和工作狀態,采用了4位帶秒點LED和6個狀態指示燈組成。為了減少LED占用MCU的I/O口數量,設計采用了8位的串轉并芯片74HC164,由于時間顯示LED需進行動態掃描顯示,因此在程序中采取循環刷新的方式進行。控制繼電器輸出部分通過高壓大電流達林頓晶體管TLN2003AN芯片來驅動,分別帶動臭氧發生器、紫外線燈組、風擺電機、風機和蜂鳴器工作。

4.3其它模塊設計

由于需要在失電情況下能對機器的設定狀態進行記憶,以便在得電后不破壞原先的設定,繼續按照原設定方式工作,在設計電路中使用了2402SerialCMOSE2PROM芯片進行參數狀態存儲,同時由于需要定時開機,實現無人臭氧消毒,電路中使用了HT1380計時芯片,它是HOLTEK公司推出的一款帶秒、分、時、日、星期、月、年的串行時鐘保持芯片,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,可以在脫離電網的情況下繼續準確走時。

五、自動除菌消毒器軟件設計

由于需要對鍵盤采樣,對紅外接收頭進行信號接收,對顯示單元進行顯示,對控制單元進行分別控制,對ROM芯片進行讀寫操作,對時鐘芯片隨時進行時間的讀取工作等等,任務線程多。這里,采用了對鍵盤、顯示部分進行循環掃描,對紅外遙控進行中斷輸入,對輸出繼電器、ROM芯片、時鐘芯片進行定時刷新的方式進行。

總結

設計的自動除菌消毒器已研制成樣機,通過240h的不間斷運行試驗,控制功能完全符合設計要求。根據室內環境對工作參數進行簡單人工設定,運行后每天10次采用空氣沉降法對室內空氣進行采樣及細菌培養,前后比較菌落數計算出的殺菌率最低達到97%,最高達到100%,具有很大的市場發展空間。

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