无按键式电梯控制面板的研究

2018-10-26李佳澈

科技资讯 2018年16期

李佳澈

摘要：随着人们对公共环境卫生与个人健康的关注度提高，越来越多的场所需要更加清洁、安全。近些年，使用频率较高的电梯按键受到细菌污染的报道频现。本研究从电梯按键是否存在污染入手，通过实验证明了不同地点的不同电梯按键确实存在细菌污染。为有效避免交叉感染，本研究利用手势传感器、Arduino uno单片机、效应管驱动模块、制作出无按键式电梯控制面板，当手指在指定位置上顺时针方向画圆，传感器就会识别到信号信息，进而达成通往某楼层的指令。关键词：无按键电梯控制面板

中圖分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（a）-0031-03

1 研究背景

随着生活水平的不断提高，健康意识逐渐加强，越来越多的人们开始关注公共环境卫生给个人健康所带来的影响。近些年，关于电梯按钮细菌污染的报道频现媒体，真实的情况究竟是怎样的呢？为此笔者专门做了一项小试验：使用ATP荧光测试仪对同一部电梯的同一个按键清洁前后分别测试其RLU值，结果显示清洁前RLU值是清洁后的数倍到数十倍。从而证实了公共电梯按键确实存在污染的情况。为了能避免这种污染造成交叉感染，笔者想到了一种避免直接接触电梯按钮的操作方式，通过一种手势传感器控制相应楼层的信息输入，当手指在指定位置上顺时针方向画圆，传感器就会识别到信号信息，进而达成通往某楼层的指令。这样做不仅可以有效地远离通过手部传播的细菌，还可以顺利的到达相应的楼层。

2 调查分析

电梯按键是否如人们谈论的那样脏呢？如果出现细菌污染，那么又跟那些因素有关呢？为了弄清楚这些问题，笔者决定还是自己亲自检验一下。

（一）调查地点：为增加数据的可比性，选择了自家小区电梯、某商场电梯和某医院电梯三部电梯进行检测，分别检测一层上键、电梯内1键和楼层中的下键三个经常被使用的按键。

（二）使用仪器及原理：使用手持式ATP荧光检测仪分别对以上按键清洁前和清洁后测量RLU值。因虫荧光素酶可催化虫荧光素和ATP之间发生反应形成荧光素并发出荧光，发出的荧光强度与微生物数量呈正比例关系。因此通过发光强度RLU值的比较，即可定性分析出按键相对污染程度。

（三）数据分析：经过检测、记录、整理，得到如下九组数据，如表1所示。

（四）结论：因清洁使用普通湿巾和面巾纸，不是专业消毒器具，操作也不够专业，因此存在清洁效果的误差。显示结果只是相对发光强度值RLU，而未做菌落检测，因此只能用于定性分析微生物相对数量，而不能确定其种类和具体数值。根据以上数据大致可以得出以下结论。

1.清洁后发光量较清洁前明显减少，说明清洁前确实存在不同程度的污染。

2.横向比较，小区电梯污染程度最低，医院电梯污染程度最高。

3.纵向比较，一楼上键和楼梯内1键污染程度比楼层内下键污染程度高。

4.综合2、3两点说明按键的污染程度与使用频率有关。

普通的公共电梯按钮尚且如此，那么可想而知在传染病医院、传染科病房等特殊场合所使用的电梯按键污染程度更高，更容易传播病菌。

3 解决思路

既然电梯按键确实存在污染的现象，且与人的使用频率有关系，那么如何避免这种情况的发生呢？笔者首先想到的就是能不能设计出一个非接触式的操作方式，减少人体与电梯按键的接触，这样就可以避免电梯按键被污染，即使有污染也不会将细菌传递到人体而损害人体健康。

通过翻阅资料，目前这方面的设计有语音识别方式、红外激光感应方式、孔洞式感光按钮等，经过认真学习和分析以上几种解决思路，发现它们都多少存在一些局限性，比如语音识别需在相对安静的环境下使用，且与人的口音密切相关；红外激光感应方式需与摄像头配合使用，当电梯内人较多时，识别率降低；孔洞式感光按键当手指伸入孔洞是难免会与孔壁接触，未起到有效隔离。笔者使用一种能够识别手势的传感器，再配合一定的电路设计和编程来实现非接触式的触发，设计了一款无按键式的电梯控制面板。

4 设计思路及制作

4.1 器材介绍

⑴手势传感器模块Grove - Gesture。

Grove - Gesture上的传感器是将手势识别功能与通用 I2C 接口集成到单个芯片中的 PAJ7620U2 。它可以识别 9 种基本手势包括有向上、向下、向左、向右、向前、向后、顺时针、逆时针、挥手，并且可以通过 I2C 总线简单地访问这些手势信息，如图1所示。

⑵Arduino uno单片机。

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE）。Arduino UNO是Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328单片机，同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PWM输出），6路模拟输入，一个16MHz晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSP header和一个复位按钮，如图2所示。

⑶效应管驱动模块。

尺寸：33*24mm

重量：10g

电压：3.3V、5V

端口：数字量电平

输出负载电压：0-24V

输出负载电流：<5A （1A以上需加散热片）

平台：Arduino、单片机、ARM、树莓派

采用原装IRF520功率MOS管，可以进行PWM调节输出

可以让Arduino驱动高达24V的负载，如LED灯带、直流马达、微型水泵、电磁阀，如图3所示。

4.2 制作过程

整个装置由控制单元、检测单元、显示单元三部分组成。

⑴控制单元。

以Arduino uno单片机作为控制器，其中1个主控器3个协控制器。其中主控制器负责接收协控制器发出的楼层控制指令和1个手势传感器的检测信号，并根据接收到的指令进行逻辑判断和执行，最后控制2004LCD液晶屏顯示相对应的文字信息。3个协控制器分别负责接收1个手势传感器的信号检测，并根据该信号信息执行相应的按键控制指令，同时将所获取的信号信息处理后发送至主控制器如图4所示。

⑵检测单元。

检测单元由4个PAJ7620U2手势传感器模块组成，根据该传感器的功能特性和电梯按键面板的实际结构，选择顺时针手势作为目标识别动作。

⑶显示单元。

显示单元包括I2C2004LCD液晶显示屏和电梯按键中内置的LED灯，用于模拟真实电梯控制面板。

⑷外形制作。

面板外形采用了亚克力材料激光切割的制作方式，外面板贴仿金属材质贴纸。

5 不足之处与改进

（一）本项目作品仅处于实验测试阶段，还未经过实际应用检测，缺少实际应用的问题反馈。

（二）本项目所使用的PAJ7620U2手势传感器模块的识别成功率在70%左右，在未来的改进中笔者将尝试提升识别成功率或寻找识别成功率更高的类似模块替换。

（三）电梯按键与手势传感器模块没有实现一体化设计，笔者将通过进一步的研究予以实现。

（四）项目在电梯按键的选择方式上与传统方式不同，如何对使用者进行简洁、快速的使用提示也是未来要改进的。

6 结语