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摘要：随着生活水平的日益提升，人们对生活质量的要求越来越严格，努力营造一个安全健康的生活办公环境是人们追求的目标。但大量有害细菌、病毒和有机或无机污染颗粒、有毒粉尘充斥在人们周围的空气中，对其健康造成严重伤害。因此，设计一种能实现对生活办公环境空气进行杀菌消毒的自动化仪器格外重要。
关键词：自动空气杀菌；消毒机设计
引言：本文通过对空气杀菌消毒方案的选择分析，设计一种能实现对生活办公环境空气进行自动、往复、高效杀菌消毒的自动化仪器，并提出具体的设计方案和自动控制电路的实现。
一、杀菌消毒方案选择
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高效、方便、快捷的方式之一。臭氧分解时释放出的自由基态氧具有强氧化能力，可穿透细胞壁氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶，也可直接与细菌病毒发生作用，破坏细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA和蛋白质等大分子聚合物，促进病毒细菌的溶解灭亡，还能利用强氧化性消除酚、氰、亚硫酸盐、亚硝酸盐等多种污染毒物。臭氧的除臭能力也很强，可除去空气中的烟味、腥味等异味，达到净化空气的目的。但高浓度的臭氧对人体的危害很大，其能刺激人的呼吸道，造成呼吸系统疾病；造成神经中毒，引起头晕头疼等。因此这种杀菌消毒方式只适合于无人的环境进行。
细菌、病毒的脱氧核糖核酸（DNA）和核蛋白最易吸收波长为200~300nmC波段紫外线。吸收的最强峰值在254~265nm之间，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、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杀菌消毒。但由于在紫外线长时间照射下，会对人眼及皮肤造成伤害，因此在紫外线杀菌消毒的同时，应避免直接对人照射。
鉴于以上分析，本设计综合应用臭氧、紫外线两种方式进行杀菌消毒。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，达到对室内杀菌消毒的目的。
二、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，杀菌室内壁应对紫外线有较大的反射率，以增强杀菌效果。本设计杀菌室应采用经表面处理的铝材为原料设计。最终机械结构原理图如图1所示。
三、自动控制部分设计
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。
3.1输入模块设计
输入模块主要采集人的设定信号，为了操作方便，采用7键键盘设定和红外无线遥控设定两种方式，由于AT89S52芯片I/O口充足，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。
3.2输出模块设计
输出部分主要有显示部分和控制继电器两部分组成，显示部分由于要显示准确时间和工作状态，采用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，本设计采用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、风摆电机和蜂鸣器工作。
3.3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，它是一款带秒、分、时、日、星期、月、年的串行时钟保持芯片，可以极大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。
四、软件设计
本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，任务线程多。采用对键盘、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。由于篇幅的关系，只给出核心程序的流程图及部分程序。如图2所示。
结束语：本文所设计的自动空气杀菌消毒机已研制成样机，通过240h的不间断运行试验，功能、效果完全符合设计要求。由于此设备操作简单、成本低廉、功能完善、自动化水平高、杀菌效果可以达到97%以上，适用于家庭、办公环境和医疗环境，具有很大的市场发展空间。
参考文献
[1]邱超.基于红外线遥控器的单片机输入系统[J].黑龙江科技信息，2010，10.
[2]蒋敦斌.单片机与继电器负载接口的抗干扰措施[J].机电产品开发与创新，2010，2.
论文作者:许永豪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/8
标签：紫外线论文; 臭氧论文; 芯片论文; 空气论文; 方式论文; 环境论文; 细菌论文; 《建筑学研究前沿》2018年第1期论文;