一种紫外线消毒灯的智能控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术设计了一种利用ZigBee技术的紫外线消毒灯的智能控制系统及其控制方法。通过函数拟合、样板插值、修正系数等，建立温度、湿度、电压、紫外线辐射强度与杀毒时间相关的数学模型，并设计了紫外线消毒灯的智能控制系统，使系统能够根据温度、湿度、电压、紫外线辐射强度等情况智能控制杀菌时间。该系统由上位PC机、下位微控制器、无线通信网络和采集电路、驱动电路、紫外线灯等组成。系统通过ZigBee技术建立上位PC机与下位微控制器之间的无线通信网络，并使之进行信息交互。该系统能自动完成每日的消毒工作，不再需要传统人工手动开关、定时、登记，不仅能根据环境的变化智能控制杀菌时间，还能有效地防止紫外线对突然闯入的人员造成伤害，及时提醒工作人员紫外灯需要更换等优点。系统操作过程简化，有利于节省了人力、物力，提升紫外线消毒的效果。提升紫外线消毒的效果。提升紫外线消毒的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种紫外线消毒灯的智能控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于医疗卫生领域，通过ZigBee技术，使系统能够根据温度、湿度、电压等环境信息智能控制医院等场所的杀菌时间，还能有效地防止紫外线对突然闯入的人员造成伤害。

技术介绍

[0002]当前，测体温、杀菌消毒等依然是医院或其它公共场所防控疫情的主要内容。在消毒方式中有机械除菌、热力消毒、紫外线消毒，其中紫外线是通过对微生物机体细胞的DNA、RNA的破坏来达到消毒的目的，是医院临床、病区、治疗室等常用的物理消毒方法，因此紫外线也会对人体造成一定的伤害。目前，我国医院大部分紫外线消毒灯的开关和普通照明开关安装在一起，容易误操作，对消毒时间把握的不准确、紫外灯不能及时更换、无法精确了解杀菌进度和记录相关信息、人员的突然闯入所造成的伤害等，因此紫外线消毒的管理方式上有一些不足；另外，在杀毒时间上，没有考虑到环境的温湿度对紫外线辐射强度造成的影响。还有紫外线灯管在累积使用过程中，其辐射强度会越来越低，传统的方法是经常对其测定，一旦低于规定值，需对其进行更换。
[0003]近年，国内在紫外线消毒控制方面有一系列研究。成都工业学院梁飞等学者设计了一款通过蓝牙无线通信和人体感应的紫外线灯控制系统。该系统能够远程配置消毒时间段，自动根据配置的时间进行消毒，并在紫外线消毒期间对进入消毒区域进行人体检测和语音提示。该系统实现了对紫外线消毒的智能化和远程控制，节省了人力和物力。但是由于蓝牙传输距离近、并且该系统不能根据具体环境去准确判断消毒时间等局限性，所以不能得到很好的消毒效果。福州市第八医院陈乐等学者设计了一款通过物联网分区域、精准定时、准确记录的紫外灯自动计时器，形成一种新型的紫外线控制模式，从而解决操作中紫外线对人员的伤害。但该方法成本高、无法避免人员突然闯入所造成的伤害、同时也无法精确消毒时间，不能达到很好的消毒预期。以上所研究的系统当中，对杀毒的时间是固定不变的，没有考虑到环境的温湿度、供电电压、紫外线灯的累计使用时间致使辐射强度降低灯因素对杀毒效果的影响，因此杀毒时间没有根据外在环境的变化而自动调整的功能。
[0004]目前针对紫外线灯控制系统的研究，具有无法避免人员突然闯入所造成的伤害、不能根据具体环境去准确判断消毒时间、同时也无法精确消毒时间、紫外灯不能及时更换等局限性，不能起到很好的消毒效果。在消毒过程中，不应该仅仅考虑紫外线消毒时间，还应该考虑温度、湿度、电压及紫外灯累计使用时间等对紫外线辐射强度的影响：比如在相对湿度50％，温度20℃的环境下，紫外线灯照射强度为94uW/cm2，而在同种湿度，25℃温度下，紫外线灯照射强度就提高到了102uW/cm2。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种紫外线消毒灯的智能控制系统及其控制方法，不仅针对由于温度、湿度、电压的变化、紫外线灯的累积所用时间等，所造成
的紫外线辐射强度发生变化的问题，还兼顾到人员的突然闯入避免造成伤害的问题，同时能够及时记录和保存杀菌进度和时间信息，以此来精确消毒时间、提高紫外线消毒的效率、避免对人体造成伤害。
[0006]1.为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术的一种紫外线消毒灯的智能控制系统及其控制方法，包括：上位PC机、ZigBee 无线串口通信模块、下位微控制器、温度采集电路、湿度采集电路、红外人体感应模块、紫外线灯强度检测模块、电压检测模块、紫外灯驱动控制模块、紫外灯等。
[0008]本专利技术是一套紫外线智能控制系统，基于上述系统，步骤如下所述：
[0009]步骤1：因温度、湿度等参数对紫外线灯的辐射强度有一定的影响，故选定具体测试场所的具体位置，测定在不同的温度、湿度、电压等条件下的紫外线强度的大小，并对其进行滤波处理，减少由于操作等带来的误差。
[0010]步骤2：根据测定的数据，分析不同环境下对紫外线辐射强度的影响，建立温度、湿度与紫外线强度的数学模型，并再根据供电电压、紫外灯累计使用时间对其强度的衰减影响，分别获得其对应的修正系数；最后根据消毒杀菌所需紫外线剂量等相关要求，获得紫外线强度与杀菌时间的数学模型。
[0011]步骤3：通过温度采集电路、湿度采集电路、紫外线强度采集模块、红外人体感应模块、电压检测模块，由下位微控制器实时采集环境中的温度、湿度、人体感应、电压、紫外线辐射强度等信息。
[0012]步骤4：下位微控制器对采集到的信息进行滑动滤波处理，若消毒区域有人，则系统不启动；若无人，则将环境中的温度、湿度、电压、紫外线辐射强度的信息通过ZigBee无线串口通信模块传递给上位PC机。
[0013]步骤5：上位PC机将采集到的数据代入到所建立的数学模型中，精确计算出紫外线消毒所需要的时间，并通过ZigBee无线串口通信模块向下位微控制器传递紫外线杀毒时间的信息。
[0014]步骤6：下位微控制器根据接收到的信息，驱动紫外灯驱动控制电路开启紫外灯进行杀毒并同时开始计时。
[0015]步骤7：在消毒过程中，若红外人体感应模块检测到有人员突然闯入，则下位微控制器输出关闭紫外线灯的信号，停止计时；等人员离开后，继续杀毒并计时。下位微控制器判断当前紫外灯在测量点处(国标规定的紫外线灯垂直下方1m处)的紫外线辐射强度是否小于标准值的70％，若小于标准值的70％，则将需要更换紫外灯的信号传递给上位机。同时下位微控制器的判断杀毒时间是否完成，若完成，则关闭紫外灯，并将紫外线消毒的时间信息和人员是否有闯入信息传递给上位PC机。
[0016]步骤8：上位PC机收到信息，并将消毒时间、人员闯入情况进行存档。
[0017]2.根据《紫外线消毒器卫生要求》(GB28235
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2020)技术指标，在紫外灯正下方1m处，紫外线采集模块实时采集紫外线辐射强度，由于紫外线采集模块只能精确地采集固定点的紫外线辐射强度，无法采集同一环境内其他位置的紫外线强度，所以对于其他位置要考虑环境中温度、湿度对紫外线强度的影响。根据权利要求1所述的一套紫外线智能控制系统及其控制方法，其特征在于：步骤2中根据温度、湿度、电压与紫外线强度的关系、紫外线强度与杀菌时间的关系，搭建温度、湿度、电压与杀菌时间的数学模型，具体包含如下三个
步骤：
[0018]步骤2.1、根据所获取的数据值，依据杀菌强度要求，建立温度、湿度与紫外线强度的数学关系，并拟合出三维MAP图，获得温湿度对紫外线强度的影响关系，最终得到类似于图 2所示的三维MAP图。
[0019]步骤2.2、由于供电电压可能会产生的波动，会影响紫外灯的辐射强度，所以根据所获取的不同电压下紫外线辐射强度的数据，求出电压与紫外线强度的修正系数。得到类似于图 3所示的电压与紫外线强度的修正系数关系。
[0020]步骤2.3、由于紫外灯的辐射强度会随着其累计使用时间而逐渐变弱，根据国标 GB28235
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2020，在紫外灯正下方1m处，放置紫外线采集模块，实时采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紫外线消毒灯的智能控制系统及其控制方法，所述系统包括：上位PC机、ZigBee无线串口通信模块、下位微控制器、温度采集电路、湿度采集电路、紫外线采集模块、红外人体感应模块、电压检测模块、紫外灯驱动控制模块、紫外线灯等。该系统特征在于：在不同温度、湿度和电压的环境下，保证紫外线灯消毒时间得到自适应控制，也能有效地防止紫外线对突然闯入的人员造成的伤害，同时使得紫外线消毒时间自动存档，不必人工记录。具体步骤如下：步骤1：因温度、湿度等参数对紫外线灯的辐射强度有一定的影响，故选定具体测试场所的具体位置，测定在不同的温度、湿度、电压等条件下的紫外线强度的大小，并对其进行滤波处理，减少由于操作等带来的误差。步骤2：根据测定的数据，分析不同环境下对紫外线辐射强度的影响，建立温度、湿度与紫外线强度的数学模型，并再根据供电电压、紫外线灯累计使用时间对其强度的衰减影响，分别获得其对应的修正系数；最后根据消毒杀菌所需紫外线剂量等相关要求，获得紫外线强度与杀菌时间的数学模型。步骤3：通过温度采集电路、湿度采集电路、紫外线强度采集模块、红外人体感应模块、电压检测模块，由下位微控制器实时采集环境中的温度、湿度、人体感应、电压、紫外线辐射强度等信息。步骤4：下位微控制器对采集到的信息进行滑动滤波处理。若消毒区域有人，则系统不启动；若无人，则将环境中的温度、湿度、电压、紫外线辐射强度的信息通过ZigBee无线串口通信模块传递给上位PC机。步骤5：上位PC机将采集到的数据代入到所建立的数学模型中，精确计算出紫外线消毒所需要的时间，并通过ZigBee无线串口通信模块向下位微控制器传递紫外线杀毒时间的信息。步骤6：下位微控制器根据接收到的信息，驱动紫外灯驱动控制电路开启紫外灯进行杀毒并同时开始计时。步骤7：在消毒过程中，若红外人体感应模块检测到有人员突然闯入，则下位微控制器输出关闭紫外线灯的信号，停止计时；等人员离开后，继续杀毒并计时。下位微控制器判断当前紫外灯在测量点处(国标规定的紫外线灯垂直下方1m处)的紫外线辐射强度是否小于标准值的70％，若小于标准值的70％，则将需要更换紫外灯的信号传递给上位机。同时下位微控制器的判断杀毒时间是否完成，若完成，则关闭紫外灯，并将紫外线消毒的时间信息和人员是否有闯入信息传递给上位PC机。步骤8：上位PC机收到信息，并将消毒时间、人员闯入等情况进行存档。2.根据《紫外线消毒器卫生要求》(GB28235
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2020)技术指标，在紫外灯正下方1m处，紫外线采集模块实时采集紫外线辐射强度，由于紫外线采集模块只能精确地采集固定点的紫外线辐射强度，无法采集同一环境内其他位置的紫外线强度，所以对于其他位置要考虑环境中温度、湿度对紫外线强度的影响。根据权利要求1所述的一套紫外线智能控制系统及其控制方法，其特征在于：步骤2中根据温度、湿度、电压与紫外线强度的关系、紫外线强度与杀菌时间的关系，建立温度、湿度、电压与杀菌时间的数学模型，具体包含如下三个步骤：步骤2.1、根据所获取的数据值，依据杀菌强度要求，建立温度、湿度与紫外线强度的数学关系，并拟合出三维MAP图，获得温湿度对紫外线强度的影响关系，最终得到类似于图2所
示的三维MAP图。步骤2.2、由于供电电压可能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰林，刘佳宁，何毅，魏伊阳，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：