面向公共场所的智能存取装置

2020-04-08 09:30李娜娜张冬琴孙淼胡家豪王桥崔忠伟
电脑知识与技术 2020年3期
关键词:蠕动泵洗手液公共场所

李娜娜 张冬琴 孙淼 胡家豪 王桥 崔忠伟

摘要:国内外公共场所使用的挤压式洗手液可以起到清洁除菌的作用,但存在保存不当、取液不便、污染严重等问题。研发一款面向公共场所的智能存取装置,有效地解决了上述难题。该装置具备两个功能:IC卡确认管理员身份后,经STM32F103微控发出相应的指令,控制舵机打开装置盖,实现自动加液操作;红外传感器感应到需求后,STM32F103微控向继电器发送指令,继电器工作使蠕动泵释放洗手液。由此可达到封闭式存取、适时自动释放洗手液的目的。

关键词:洗手液;公共场所;智能存取;红外传感器;STM32F103;蠕动泵

中图分类号:TP311 文献标识码:A

文章编号:1009-3044(2020)03-0252-03

随着现代文明的发展和人们对环保健康的需求,洗手液作为日常生活中的必需品被大家普遍使用,特别是公共场所对于洗手液的需求更大。如果使用卫生质量不合格产品特别是使用细菌超标的洗手液,手会越洗越脏,给细菌提供再次传播污染的机会,从而引起疾病[1]。我们研发了一款面向公共场所的智能存取装置,该装置可以实现自动出液,达到取液方便、卫生快捷、低碳环保、避免交叉感染的效果。

1 系统总体设计

本系统拟研发一款物联网设备,其包含STM32F103微控、IC卡感应模块、红外传感器、蠕动泵、舵机。系统主要通过红外线传感器感应人手,发送给单片机,由单片机判断是否需要释放液体并传达给继电器,继电器控制蠕动泵开启,实现适时自动释放洗手液、封闭式存取的功能,达到避免传播细菌的效果。

其中,STM32F103微控是整个系统的核心,可对各个模块的请求发出相应的控制指令,是系统实现整体功能不可或缺的控制器;IC卡感应模块用于判断管理员的身份,管理员身份被确认后,舵机对系统装置执行开盖处理,方便管理员加液操作;红外传感器判断是否有人需要使用洗手液,当感应到手伸过来,则向微控发送信号,再由STM32F103微控向继电器发出指令,继电器收到指令后开始工作,此时蠕动泵通电,实现实时向用户投放洗手液的功能。

系统架构图如图1所示:

2 系统硬件设计

本系统所用元器件以及相应的性能参数如表1所示:

利用上表元器件對整个系统装置进行设计,其电路设计原理图如图2所示。

2.1 STM32F103微控制器原理

为了控制整个智能存取装置.达到低功耗、便于使用、结构简单易懂、性能好等效果,我们选用STM32F103微控作为该装置的控制模块。

STM32F103(Microcontrollers)的类型是一种集成电路(IC),是一款基于ARM Corex-M内核STM32系列的32位微控制器,其程序存储容量是64KB(64K x 8)。采用超大规模集成电路技术把中央处理器、随机存储器f其容量为20K x 8)、I/O口数量为37、中断系统、最多7个定时器以及计数器等部件组成,构成适用于各种场合、各类装置器件的多功能微控。体积小、结构简单、使用范围广是STM32F103微控制器的主要特点,具有编程方便,容易移植的优点[2-6]。

2.2 基于管理员的控制功能

管理员需要对洗手液装置进行添加洗手液操作。首先通过IC卡确认刷卡人的身份,不是管理员则无操作,若为管理员,则在STM32F103微控的控制下,利用舵机打开装置容器盖,管理员往装置内加入洗手液。实现管理员的控制功能采用如下三个模块:

(1)IC卡模块

为准确判断管理员的身份,需要保证装置能够精准识别、模块稳定且可靠,基于此,我们选用型号为MF RC-522 RC522的IC卡模块。本模块价格低廉、体积小同时拥有高性能,适用于各种基于ISO/IEC 14443A标准的非接触式通信场合。在本系统中通过串口通讯发送管理员信息给STM32F103微控[7-10]。

(2) STM32F103微控

在确认管理员身份后,需要对应的模块发出相关的控制指令。为实现此功能,选用STM32F103微控,将相关指令发送给舵机。

(3)舵机

IC卡发出开盖请求后,为实现感应舵机转动从而打开系统装置的功能,选用型号为MG995的舵机。该舵机的控制信号是周期为20ms的PWM(Pulse Width Modulaion,脉冲宽度调制)波,PWM信号的脉冲信号宽度为0.5ms时舵机转动的度数为0度,相应的其中的脉冲宽度为2.5ms时,舵机转动的度数为180度,装置要求的旋转度数根据用户自定义社进行设置。STM32F103微控通过PWM波控制舵机打开容器盖[11-12]。

2.3 基于用户的控制功能

本系统装置在STM32F103微控的控制下,利用红外传感器判断用户是否有使用洗手液的需求,若有需求,蠕动泵释放洗手液,达到方便用户健康使用洗手液的效果。实现用户的控制功能采用如下两个模块:

(1)红外传感器

为判断洗手液的使用需求,选用型号为E18-D80NK红外传感器。E18-D80NK是一种把发射和接收集成在一起的红外传感器,发射光在发出之前先进行调制,输出时通过接收头解调收到的反射光,这样就防止了可见光的干扰。在本设计中该模块通过数字信号的方式将请求发送到STM32F103微控[13-15]。

(2)蠕动泵

收到STM32F103微控发出的请求后,选用蠕动泵实现向用户投放洗手液的功能。蠕动泵由三个部分构成:驱动器,泵头和软管。它可以通过对软管的交替挤压来释放流体,具有无污染、密封性良好和维护简单等优点[16-17]。

3 系统软件设计

系统流程图如图4所示。

本系统可实现伸手出液以及识别加液两个功能:(1)启用系统时首先对系统进行初始化,初始化的成功与否决定系统能否正常使用;(2)若系统初始化成功,在装置有洗手液的情况下,通过红外传感器判断是否有用户伸手即有使用洗手液需求,若红外传感器检测到用户有使用需求,则STM32F103微控向继电器发出工作指令,此时蠕动泵通电释放洗手液,完成后用户可以正常使用洗手液;(3)若无使用需求且系统装置中无洗手液,IC卡模块判断有无刷卡操作,无刷卡操作,返回判断使用需求;有刷卡操作,判断当前是否为管理员,不是管理员返回判断使用需求,是管理员则舵机控制装置开盖,管理员添加洗手液。

4 结果与分析

本装置设计过程中需要对响应时间、液体流量、使用距离等进行验证测量,达到使用时实时自动出液且出液量适当的效果。红外传感器可识别距离在3-80cm之间,当有人手接近出液口,红外线光遇到人手时会将反射的光信号传回红外线接收头,光信号转换成电信号后再放大和整形,装置就得到了“有人接近”的信号,此时通过继电器控制蠕动泵动作便可打开出液口,在人手或物体离开后,将自动关闭。响应时间与液体流量取决于蠕动泵软管的粗细,如需要0.005-0.05ml/min时,从流量上看,能够使用THIOA+lxl,调速时,步进电机单位是O.1RPM(转,分钟),会以0.0042ml/min的倍数增长。装置的流量以及响应时间受蠕動泵的影响。

5 结束语

本装置实用价值高、受众广、结构简单,利用红外线传感器、STM32微控、电磁阀等,研发了这一款面向公共场所的智能存取装置,取得了良好的效果。实验表明,该装置实现无接触、无须按压的功能,达到伸手出液、低碳环保、有效抑菌的效果,有利于保护人们的健康。

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