公共场所检测消毒闸机系统设计研究

燕山大学 王子一

1 闸机概述

闸机是一种放置在大型公共场所通道的人员阻拦设备，广泛应用于医院、商场、火车站、社区门口等大型公共场所，用来管理、有选择地控制人员的进出。

传统闸机由可旋转开发栏杆/挡板、闸机底座、闸机通道、人员信息识别设备、驱动电机、系统控制模块、语音模块、信息显示模块等部分组成。

闸机通过红外扫描、人脸识别等检测设备对进出场所的人员进行条件核验，如体温检测、身份识别、信息核对等。通过对人员信息的核验，使符合进出条件的人员给予通行，不符合进出条件的人员则给予阻拦，从而达到管理人员进出的目的。

闸机一般的类型有三辊闸、摆闸、翼闸、全高旋转闸、平移闸等，目前闸机正往自动化、智能化、功能一体化的方向发展，应用也越来越广泛。

2 公共场所检测闸机设计现状

国内的检测闸机发展越来越智能化，目前国内大型公共场所的检测闸机基本都配备了机器自动识别信息的功能，常见的识别方式，是通过刷卡或证件扫描等方式来判断用户是否拥有合法的通行权限，此类闸机具有识别速度快、识别成功率高等特点。随着生物识别技术与红外检测技术的飞速发展，检测闸机也有了更加多样的识别方式与识别内容，不用再局限于卡或证的识别，实现了指纹、人脸、掌纹、指静脉、掌静脉、虹膜等多种识别方式[1]，并且对人体表面体温进行检测。借助生物识别技术闸机，不仅能完成对人员进出权限的管理，更主要的是可以实现对人行为特征的管理，比如可以提供人员密度、频次统计、轨迹追踪分析等数据信息[1]。近几年来，随着社会发展与大型公共场所对进出人员管理的严格化，检测闸机在大型公共场所的应用更加广泛，但还存在 “标准化”“低造价”等特征，外观形式较为单一，功能一体化程度不高。

3 公共场所检测消毒闸机的设计调研

3.1 用户需求问卷调研

为了能够进一步了解用户对公共场所环境下检测消毒闸机产品的实际需求，笔者通过发布调查问卷的方式进行了设计调研。调查问卷设计中包括了参与调查用户在日常生活中对公共场所检测消毒闸机的使用情况、对检测消毒闸机产品的问题反馈、对检测消毒闸机产品的实际使用需求，以及对检测消毒闸机产品的相关期望点等问题[2]。

用户对公共场所检测消毒闸机的需求进行问卷调查，以人们日常进出的公共场所内的检测消毒闸机为主，并通过线下发放问卷、网络平台问卷、用户随机走访等方式发布问卷与收集用户反馈数据。

此次调查问卷的分类问题统计结果显示，用户日常使用检测消毒闸机频率最高的场所类型分别是 ：火车站或机场安检处、医院大厅进出口、大型商场、其他大型公共场所（如：健身房、学校）。其中，与交通出行相关的场所检测消毒闸机使用率最高，占比为79.2%，远高于其他类型场所的检测消毒闸机使用率，而娱乐相关场所的检测消毒闸机使用率仅占比 6.23%。

根据问卷的描述性问题调查结果显示，在有关公共场所检测消毒闸机存在的问题方面，占比最高的分别是 ：检测闸机使用方式不够直观、缺乏指示性提示、当携带行李箱等物品时容易将行李箱与人员混淆出现错误识别、闸机造型及色彩缺乏对用户心理的考虑，容易在心理上给使用者冰冷的感觉。在有关用户对公共场所检测消毒闸机的期望点方面，占比最高的分别是：期待闸机的操作方式更加方便快捷、可以实现智能化操作、希望闸机的功能更加人性化、期望闸机的检测与核验方式更加多样化。比如可以通过身份证、票价、手机信息码等多种方式核验，由此可见，目前用户对公共场所检测消毒闸机产品具有较高的期待。

3.2 公共场所检测闸机使用情况实地调研

为了能够实际、直观地了解公共场所环境下检测消毒闸机产品的实际使用状况及存在的问题，笔者在问卷调查的基础上通过实地调研的方式进行设计调研，实地调研的场所类型包括交通出行场所、消费娱乐场所等检测消毒闸机的常设地点。调研的内容包括目标场所的工作环境状态、目标场所检测消毒闸机的工作流程、发现目标检测消毒闸机存在的问题等。

根据实地调研结果显示，大型公共场所的室内环境相对密闭，空气流通性差，容易滋生细菌病毒，同时医院、商场、火车站等此类型场所的人员密集、流动性大、身份繁杂。在大型公共场所各出入口设置检测点，并放置检测闸机检测通行人员的健康状态、保障场所通行人员安全的主要常见措施。

4 公共场所检测消毒闸机的设计的思路

4.1 造型设计

公共场所检测消毒闸机的外观造型设计会直接地影响使用者的第一感受，因此产品的造型设计不仅要满足机械结构的合理性，也要满足用户的生理、心理需求。

考虑到公共场所检测消毒闸机一般应用在人流量大的场所通道，因此造型要更加简约、小巧，减少在场所通道的占地面积 ，避免造成通道拥堵。可以从用户的生理、心理角度考虑，确保产品造型能给用户带来舒适性及安全感，并满足用户的审美需求。因此，产品主体造型主要使用了几何形元素，采用直线造型与曲线造型相结合的方式，并在边缘处进行圆角处理，使造型在视觉上简约、高效的同时，给使用者带来舒适、安全的感受。产品造型效果，如图1所示。

图1 产品造型效果图

4.2 系统设计

无接触式检测消毒闸机系统包含五个子系统[3-4]，分别为红外人员测温子系统、健康码核验子系统、旋转喷雾消毒子系统、通行指示灯子系统，语音提示子系统、系统关系图，如图 2所示。

图2 系统关系图

4.2.1 红外人员测温子系统

红外人员测温子系统通过红外温度传感器对进入检测区人员的当前表面体温进行测量，若检测体温超过37.3℃则视为发热。此时与红外人员测温子系统相关联的语音提示子系统与通行指示灯系统会及时做出反馈，提示人员不可通行或重新测量体温，红外人员测温子系统通过检测通行人员的体温情况，排除发热人员[4]。

4.2.2 健康码核验子系统

健康码核验子系统通过内置的HEM23 扫码模块扫描通行人员的手机健康码来判断、识别人员的健康状态与身份信息，同时将人员到达该场所的时间、地点及该人员的实时健康状态上传至后台数据管理平台，以此达到排除健康码非健康状态的人员，并为问题人员的行程溯源工作提供有效的线索。

4.2.3 旋转喷雾消毒子系统

旋转喷雾消毒子系统包括消毒液供给模块、消毒臂动力模块、超声波喷雾模块、控制器模块。

消毒液供给模块用于为前端的超声波喷雾模块提供、输送消毒液；消毒臂动力模块用于旋转消毒臂的角度，实现对人员进行360°消毒；超声波喷雾模块用于高频震动消毒液，使液体呈现出雾化喷出的效果，对人员进行雾化消毒，减少通行人员携带病菌进入场所的可能性，喷雾消毒的一个消毒工作周期为3s，并可根据不同场所的消毒需求调整合适的消毒时间，具有较高的使用率；控制器模块用于控制其他模块的运行，使模块之间的配合达到较高的流畅度。

4.2.4 通行指示灯子系统

通行指示灯子系统根据人员的使用状态实时进行反馈，通过踏板指示灯环的两种状态提示人员是否可以通行，绿灯状态表示可通行，红灯状态表示不可通行。例如：当被检测人员的健康码为非健康状态，红色通行指示灯亮起，提示人员不可进入；当被检测人员的体温、健康码状态符合健康状态，并且完成雾化消毒环节，绿色通行指示灯亮起，提示人员可以通行。

4.2.5 语音提示子系统

语音提示子系统通过扬声器播放提示语音的方式对通行人员在体温检测、健康码核验阶段的状态进行反馈，并提示下一步需要进行的动作。如当被检测人员的体温符合正常数值，语音提示人员向前进入扫码区域并出示健康码。

4.3 使用流程设计

在无接触式检测消毒闸机系统的一个运作周期中，首先通行人员进入检测消毒闸机前方的检测区进行红外体温检测，若体温大于正常值，则语音提示不可通行，需要重新测温同时，红色通行指示灯亮起，若体温正常，则语音提示出示本人手机健康码界面，健康码核验系统对人员的身份信息及健康码状态进行核验，若健康码为非健康状态则语音提示不可通行，同时红色信息指示灯亮起，若健康码状态正常则语音提示人员进入消毒区，待消毒完成后闸机护栏开启。绿色指示灯亮起，人员即可通行，系统运行流程，如图3所示。

图3 系统运行流程图

5 数据管理平台设计

无接触式检测消毒闸机系统通过总控制器将通行人员的体温、健康码状态、身份信息，以及到达场所的时间、地点上传至数据管理平台；该系统的数据管理平台支持人员信息数据录入、二维码/健康码信息录入、文本图片信息批量录入、黑名单管理等功能。所有通行人员的身份信息和健康状态均保存在后台数据管理平台中，并支持人员的进出时间、地点查询、人员健康信息等的快速查询。对通行人员的信息进行实时数据统计，能有效解决大型公共场所通行人员的防护信息采集与记录工作量大、流程复杂的问题。

6 显示界面设计

公共场所检测消毒闸机的显示界面分为：体温显示界面、健康码状态显示界面、消毒状态显示界面，每一个界面会出现当前阶段人员的检测反馈信息，如当前体温数值、健康码颜色，并播放动画来引导用户如何进行下一步操作。LED显示屏幕与健康码核验设备进行一体化设计，在造型上更加简约，同时减少用户在使用流程中的行为动作，缩短检测时间，提高人员的通行效率。

7 相关硬件设计

红外人员测温子系统的温度传感器采用SMTIR9902红外传感器。SMT9902内置的温度传感器通过感知设备冷端的温度，从而推算出目标物体的实际温度[5]。

健康码核验子系统采用 HEM23 扫码模块，可扫描识别主流一维条形码、标准二维条形码和13.56MHz 的NFC卡，具有较多的识别类型。内部设有广角光学玻璃镜头具有更大的扫码范围，可实现远距离快速扫描识别，并且在室内室外天光等环境下正常运行[6]。扫码模块有RS232、USB、TTL等多种接口，具有较高的设备匹配度。因为人员进行健康码扫描时的距离较近，所以健康码核验系统使用RS232 类型接口。

旋转喷雾消毒子系统内设置了智能超声波微雾消毒设备，超声波微雾技术利用电子超频振荡（该电子振荡不会对人体产生危害），消毒剂在雾化片强烈的高频谐振作用下被雾化成1～5 μm的微小气雾颗粒，并借助消毒臂的360°旋转与内部风机的作用下，可以使雾化后的有效分子均匀地分散在闸机的消毒区内。人员在消毒臂的旋转喷雾过程中，由于喷出的气状雾化颗粒具有很大的表面积，因此可以起到快速杀灭细菌的效果。

闸机驱动电机采用EBS70机座系列伺服一体机，并配备1：20的减速机，该电机有较好的性能与使用寿命，并且体积小巧，使用该型号驱动电机可以保证提供有效动力的同时，减小闸机的体积；EBS70伺服一体机搭配机芯实现零位自检、防非法冲撞、防夹伤、防尾随的功能。

闸机电机芯片可实现多种认证方式组合应用，通过开闸次数对通行人员的数量进行统计，并可以通过继电器输出计数脉冲。防尾随设置即可设定指定数量的人员通行，在前方人员通行后，后方与前方人员两者间隔小于100 mm时视为尾随[1]。

闸机主体外壳采用ABS塑料，内部支撑框架采用AISI304 不锈钢，保证整个闸机系统主体外壳的坚固性、稳定性，同时达到防锈、防腐蚀的效果。无接触式检测消毒闸机系统硬件结构，如图4所示。

图4 系统硬件结构图

8 结语

文章通过公共场所检测消毒闸机系统的设计研究，提供了公共场所闸机检测消毒一体化、操作自动化、使用流程无接触的设计方案，有助于提高人员流动大的公共场所环境下对进出人员检测工作的效率，保护场所进出人员的安全，提高用户的使用体验，同时数据管理平台设计对使用人员的实时健康状态、到访场所时间地点等信息进行统计，达到了人员进出智能化管理、无接触检测消毒的目的。依托用户对公共场所检测消毒闸机产品的实际使用需求与目前公共场所检测闸机存在的不足，无接触式检测消毒闸机系统设计有效地解决了公共场所进出人员检测工作流程烦琐、操作复杂、人员交互体验欠佳等问题，避免了健康状态、身份信息异常的进入，适用于医院、商场等公共场所。