照明消毒系统设计

照明消毒系统设计

库嘉殷 孟丹 张偲露 张宇婷 王诗琪 史明珠

（辽宁科技大学）

1前言

随着LED技术不断发展，其发光波长已经由可见光波段拓展到深紫外波段，其技术逐渐成熟和成本下降将使得紫外LED应用更加广泛，光谱范围在240nm～280nm之间的消毒灯发出的紫外线容易被DNA或RNA吸收，从而破坏微生物机体中的DNA或RNA的分子结构，造成生长性细胞死亡或再生性细胞死亡，达到杀菌消毒效果；但是后台工作人员不能实时监控到消毒区域的消毒情况，也不能实现自动化消毒作业，灵活性差，因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

2 项目内容

本项目提供一种基于物联网控制的消毒系统及方法,解决的上述问题。

为解决上述问题，本项目提供的技术方案如下：

一种基于物联网控制的消毒系统，包括分布在各消毒区域的照明消毒模块，还含有感知模块的感知层、主控制器、含有通信模块的网络层和含有监控平台的应用层，感知模块与主控制器的输入端电连接，主控制器的第一输出端通过物联网服务器与消毒模块电连接，以控制消毒模块启停；主控制器的第二输出端通过通信模块与监控平台双攻连接。

照明消毒模块包括支座、转轴件、照明灯、消毒灯和驱动部，转轴件以转动方式安装在支座内，照明灯和消毒灯对应安装在转轴件上、下两侧，驱动部的固定端安装在支座内，且驱动部的工作端与转轴件的一端通过齿轮组件传动连接。

感知模块包括红外感应单元、微波感应单元，可见光摄像头中至少一种。

感知模块还包括门磁感应单元。

主控制器与遥控器有线/无线连接。

还包括与主控制器第三输出端电连接的声光报警装置。

声光报警装置包括语音报警器和闪光灯。

闪光灯为多色指示灯。

一种基于物联网控制的照明消毒方法，应用于所述的照明消毒系统，消毒步骤如下：

S1、感知消毒区域情况：即通过感知模块检测消毒区域是否有侵入人员信号，并将所述侵入人员信号传输给主控制器；S2、照明消毒模块以不同的工作模式运行：若感知模块检测到侵入人员信息，执行步骤S21、关闭消毒模式；若感知模块未检测到侵入人员信息，执行步骤S23、开启消毒模式；S3、主控制器实时将照明消毒模块的工作作态反馈到监控平台。

步骤S21、关闭照明消毒模块之后，还执行步骤22、通过主控制器控制声光报警装置工作。

3具体实施方式

本设计的整体结构是： 一种基于物联网控制的照明消毒系统，包括分布在各消毒区域的照明消毒模块，还含有感知模块的感知层、主控制器、含有通信模块的网络层和含有监控平台的应用层，感知模块与主控制器的输入端电连接，主控制器的第一输出端通过物联网服务器与照明消毒模块电连接，以控制照明消毒模块启停；主控制器的第二输出端通过通信模块与监控平台双攻连接。

监控平台为监控计算机；主控制器的第二输出端通过通信模块与监控平台双攻连接，主控制器不仅可以将感知模块检测到消毒区域的侵入人员信号以及照明消毒信息传给监控平台，以便于工作人员后台监控；同时工作人员也可以通过监控平台给主控制器下对应指令，即通过主控制器控制照明消毒模块进行照明或消毒作业。

通信模块为5G模块、4G模块、超级蓝牙模块、WIFI模块等任意一种无线传输模块。

照明消毒模块包括支座、转轴件、照明灯、消毒灯和驱动部，转轴件以转动方式安装在支座内，照明灯和消毒灯对应安装在转轴件上、下两侧，驱动部的固定端安装在支座内，且驱动部的工作端与转轴件的一端通过齿轮组件传动连接。

驱动部为驱动电机，支座的外壳通过吸附件或螺栓件固定在安装位，如公共交通工具、医院消毒区域、教室等地，即可以以磁性件吸附在导磁安装位，或者可以以吸盘件吸附在平整的安装位，还可以通过紧固螺栓安装在安装位的螺丝孔内；支座的内部为空心腔体，以便于容置驱动电机、照明灯、消毒灯和转轴件；其中，驱动电机的固定端安装在支座内壁，驱动电机的工作端通过齿轮组件驱动转轴件转动，从而实现照明灯和消毒灯上下翻转；为了消毒灯和照明灯的安装稳定性，转轴件上固定安装旋转板，即照明灯和消毒灯分别安装在旋转板的上部和下部，通过驱动部工作，使转轴件与旋转板同步转动。

齿轮组件包括主齿轮、从齿轮，所述驱动电机的固定端安装在支座内 ，驱动电机的工作端与主齿轮的中心固定连接，从齿轮套设在转轴件的一端，主齿轮与从齿轮相咬合，转轴件的另一端通过轴承座安装在支座内，从而驱动电机工作驱动主齿轮转动，带动从齿轮和转轴件同步转动，以实现照明灯和消毒灯上下旋转；为了限制照明灯和消毒灯只能上下转动180度，旋转板的端部设有限位件，支座的两端内设置限位板，限位板上开设有半圆形滑槽，旋转板转动时，限位件在半圆形滑槽内转动，通过半圆形滑槽以限制旋转板的转动角度。

又如，齿轮组件包括传动齿轮和竖直板，旋转板的端部安装传动齿轮，两个竖直板对应固定安装在支座内两端，竖直板上开设有环形齿牙，传动齿轮与环形齿牙相咬合；其中，驱动电机的固定端安装在旋转板内侧，驱动电机的工作端贯穿旋转板后与传动齿轮的中心固定连接，传动齿轮的齿牙与竖直板的环形齿牙相咬合，当驱动电机工作时，驱动传动齿轮转动，由于两个竖直板对应固定安装在支座内两端，这时利用传动齿轮与竖直板的环形齿牙咬合传动，从而实现驱动电机、传动齿轮以转轴件为转动中心进行转动；由于竖直板上开设半圆装的环形齿牙，从而有效的限制传动齿轮、驱动的电机、旋转板只能旋转180度。

转轴件为空心，以便于照明灯和消毒灯的电源线从内部穿过；在支座的两侧还设置有外罩，以防止异物从竖直板进支座内。

感知模块包括红外感应单元、微波感应单元、可见光摄像头中至少一种；即感知模块可以为红外感应单元、微波感应单元、可见光摄像头中任意一种，或者感知模块可以为红外感应单元、微波感应单元、可见光摄像头中至少两种以上组合；其中，红外感应单元为红外传感器，型号可选D203B型，微波感应单元可为微波雷达感应器，型号可选择DH100-S01型，可见光摄像头可为可见光红外摄像头，从而可以检测到消毒区域是否有侵入人员。

感知模块还包括门磁感应单元，可选择无线门磁传感器，型号可选择CS-T2-A型。

主控制器与遥控器有线/无线连接；即遥控器可以通过信号线与主控制器电连接，从而遥控器给主控制器下达相关指令；遥控器也可以通过超级蓝牙模块、无效收发模块、5G模块等无线通信模块与主控制器电连接，从而给主控制器发出相关指令，其中，超级模块可选择目前市场上智能手机中如华为nove6手机中的超级蓝牙模块，且无遮拦稳定连接距离可达150米。

还包括与主控制器第三输出端电连接的声光报警装置，即当感知模块检测到消毒区域有侵入人员时，给主控制器一个报警信号，这时主控制器驱动声光报警装置工作。

声光报警装置包括语音报警器和闪光灯，语音报警器可采用市场上常规的语音报警器，即可实现，在此不作详细赘述。

闪光灯为多色指示灯。

一种基于物联网控制的照明消毒方法，应用于上述任意一项所述的照明消毒系统，消毒步骤如下：S1、感知消毒区域情况：即通过感知模块检测消毒区域是否有侵入人员信号，并将所述侵入人员信号传输给主控制器；S2、照明消毒模块以不同的工作模式运行：若感知模块检测到侵入人员信息，执行步骤S21、关闭消毒模式；步骤S21，即感知模块检测到侵入人员信息，即红外感应单元、微波感应单元、可见光摄像头检测到侵入人员信号，或者门磁感应单元检测到门或窗被打开，就判定消毒区域有侵入人员信号，不具备消毒条件；执行步骤S211、这时感知单元将信号传递给主控制器，主控制器通过物联网服务器控制照明消毒模块中的消毒灯关闭；步骤S211之后，执行步骤S212,即主控制器控制驱动部工作，驱动转轴件旋转，使照明灯从支座内旋转出来，消毒灯向上旋转以隐藏于支座内；步骤S212之后，执行步骤S213,即主控制器通过物联网服务器控制照明灯打开；其中，先关闭消毒灯、再将照明灯旋转展出，后开启照明灯，有效的减少消毒灯和照明灯的工作时长，降低电能损耗。

步骤S213之后，执行步骤S22,即主控制器控制声光报警装置启动。

若感知模块未检测到侵入人员信息，执行步骤S23、开启消毒模式；步骤S23，即感知模块未检测到侵入人员信息或者人员离开信号，即红外感应单元、微波感应单元、可见光摄像头未检测到侵入人员信号，或者门磁感应单元检测到门或窗没有被打开或处于关闭状态，就判定消毒区域没有侵入人员信号，具有消毒条件；执行步骤S231、感知单元将无人信号传递给主控制器，主控制器控制声光报警装置关闭；步骤S231之后，执行步骤S232,这时主控制器通过物联网服务器控制照明消毒模块中的照明灯关闭；步骤S232之后，执行步骤S233,即主控制器控制驱动部工作，驱动转轴件旋转，使消毒灯从支座内旋转出来，照明灯向上旋转以隐藏于支座内；步骤S233之后，执行步骤S234,即主控制器通过物联网服务器控制消毒灯打开；其中，先关闭照明灯、再将消毒灯旋转展出，后开启消毒灯，有效的减少消毒灯和照明灯的工作时长，降低电能损耗。

S3、主控制器实时将消毒模块的工作作态反馈到监控平台；步骤S3中，工作人员可以通过监控平台实施监控到消毒区域的人员情况，判定是否具备消毒条件；如不具备消毒条件，则通过监控平台给主控制器下达指令，执行上述步骤S21；如具备消毒条件，则通过监控平台给主控制器下达指令，执行上述步骤S23。

4创新点

采用上述方案，本项目通过感知模块检测是否有人员侵入消毒区域，若没有人员侵入，则开启消毒模式，以对消毒区域的对应消毒点进行设定模式的消毒作业；若有人员侵入，则关闭消毒模式，并打开声光报警装置，从而实现基于物联网控制的自动化消毒目的；主控制器的第二输出端通过通信模块与监控平台双攻连接，不仅可以将消毒模块的消毒情况以及感知到消毒区域是否有人员进入的信号反馈给监控平台，也可通过监控平台反向通过主控制器控制照明消毒模块对消毒区域进行选择性的消毒作业，灵活性强；结构简单，使用方便，具有良好的市场应用价值。

参考文献

[1]“互联网+”背景下中小学教师信息素养提升研究[J]. 李季. 现代交际. 2020(11)

[2]互联网+教育环境下丽水市中小学教师信息素养调查研究[J]. 赵菁蕾. 丽水学院学报. 2020(01)

[3]大数据时代提升高中思想政治教师信息素养的探讨[J]. 陈忠华. 教书育人. 2020(07)

基金支持

该项目获得辽宁科技大学2020年期大学生创新创业训练计划支持