新型多场景智能雾化防疫消杀系统设计研究

汪志鹏 王谷一

摘要：随着新冠肺炎疫情的蔓延，社会对智能防疫设备的需求达到了前所未有的高度。针对现有防疫消杀设备智能化程度较低、成本较高等问题，设计了一种集强力雾化、多场景使用、设备智慧调控、App远程操控等功能为一体的多场景智能雾化防疫消毒系统，该系统能够在团队自主开发的物联网系统、强力送雾系统、智能调控系统三个子系统协同下实现智能化、无人化的雾化消杀，在经过实物的搭建并且进行实验测试后发现该系统能够有效提高防疫效率，为防疫赋能。

关键词：智慧防疫；雾化消杀；智能控制；物联网技术；肺炎疫情

中图分类号：TP391     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）06-0085-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

1 引言

自新冠肺炎、禽流感等破坏程度巨大的疫情暴发以来，完善的防疫系统成为防疫人员与病毒之间的一道重要的屏障[1]。伴随着智能控制技术的高速发展，日趋成熟的物联网、大数据、人工智能等技术也势必为未来的疫情防控工作带来更多的可能性和想象力[2]。但是目前市面上在售的雾化消杀设备普遍存在两极分化的问题：一类设备的部署成本低廉、性能可靠但是智能程度低、使用场景局限性大、需要大量人员参与等诸多短板；一类设备智能程度极高、可以满足多场景下的无人化消杀作业，但这类设备往往价格高昂、集成度极高，从而导致部署难度较大、设备维护成本较高。纵观本次国内新冠肺炎疫情防控工作，基层卫生防疫工作中相当大一部分的消杀工作还需要人为的干预，特别是当区域疫情暴发需要对相关场所进行立即封控、消杀时任然需要大量的防疫人员暴露在高危空间中作业，这使得疫情工作者面临着巨大的感染风险[3]，出现上述现象的原因一方面在于防疫消杀设备缺乏智能系统的加持，导致人们对当下消杀设备的信心不足[4]；另一方面在于部署高度智能化的消杀系统会极大地提升防疫开销，但是连续多年的抗疫工作投入极大地增加了地方财政压力[5-7]，导致疫情暴发之时相关部门不得不采用防疫人员直接参与消杀这种成本低、可靠性高但是风险高的传统方案，以此带出的防疫成本和防疫人员安全保障的矛盾问题需要在一个两全其美的方案下在短时间内得到妥善的解决。在此背景下，探索设计一种物美价廉、消杀效果好、智能程度高的消杀设备来填补市场空白、高效助力抗疫迫在眉睫。

2 研究特点

针对现有防疫设备智能程度较低、成本较高等问题，研究设计了一种全新的智能消杀设备。图1为设备的3D示意图和剖面图，该设备主要由物联网系统、智能造雾及送雾系统、智能调控系统3个子系统组成。物联网系统能够实现设备的远程操控，消杀信息能够记录到云端服务器以实现消杀数据可追溯的创新功能，操作者可以通过App查询特定时间段设备的运行情况和消杀消息，也可以自定义设备雾化消杀参数以及雾化需求来满足用户个性化消杀工作，这有效扩大了设备的使用场景、提高了设备工作适应能力，特别是在进行消杀要求高的工作时能够有效避免人为的近距离操作，极大地保障了防疫人员的安全，也降低了消杀工作的成本。不仅如此，得益于配套App和设备端物联网系统的加持，该设备可以实现多设备联动的创新功能，在单个设备无法有效覆盖的大空间场景下实现多设备联动消杀，带来了消杀无死角、消杀空間无上限的优点，为设备的使用场景带来了无限可能，值得一提的是，在多设备联动工作时在控制上并不会增加用户的操作负担，通过App对设备进行绑定可以轻松实现多设备控制，在降低人工成本的同时提高了单人消杀的工作量，极大地提高了防疫效率；智能造雾及送雾系统能够根据用户通过App预先设定的各项雾化需求参数以及设备的实时状态来智能调控造雾强度和送雾强度，在保证满足雾化消毒要求的同时尽可能地延长设备单次加液的运行时间，并且在设备最上端设计了一个通用管口，该管口可以配备多种喷嘴使用，再一次增强了设备多场景使用的能力；智能调控系统能够确保设备在多种工作环境下正常运行，提高了设备的适应能力和设备使用寿命。在上述创新功能的加持下以低成本、高效率的方式真正实现消杀无人化、智能化。在结构方面，设备采用双层储液结构，使得设备单次注液的续航时间大大延长；设备具备8个独立控制的超声波雾化单元，能够保障设备在紧急情况下的雾气供给；在设备各部分连接处采用螺纹、卡扣等快拆设计，配合设备外壁OLED参数显示屏可以大大提升设备的检修维护能力。综上所述，在多项创新功能和创新结构设计的加持下使得该设备能够弥补现有市场消杀设备的大多数短板，有效填补了目前两极分化严重的消杀设备市场的空白。

3 系统硬件设计

图2是系统硬件部分框图，秉持高寿命、高效率、低成本的设计制造理念，该设备硬件主要由ESP8266主控模块、DHT11温湿度传感器、KW01液位传感器、DC3W水泵等模块组成，并采用C语言对设备硬件端的各部分硬件运行逻辑进行编程。

如图2，ESP8266控制模块作为设备硬件端的核心参与到设备的传感器数据读取、处理、发送和设备的整体运行控制。利用ESP8266集成的Wi-Fi、蓝牙模块与用户端App实现设备状态数据、用户端命令的无线传输，用户可以通过联网、蓝牙配对的方式远程操控设备进行自定义消杀工作；DHT11温湿度传感器、KW01液位传感器实时对设备的各项参数进行高速采样并将数据传递给ESP8266主控单元处理之后将各项指标数据显示在设备外壁的OLED显示屏上，使得检修人员在进行设备维护工作时能够快速获取设备内部各部分硬件参数，可以有效地降低设备的检修难度；DS1302实时时钟模块搭配PWM调节电子开关控制板不仅可以实现对每个压电陶瓷加湿单元喷雾量的独立动态控制，还能实现送雾系统风扇的动态调频，在二者的搭配下可以实现设备在各项场景下的高效率雾化工作。设备硬件端部件较少、稳定性高且成本较低，在满足设备性能的前提下能够有效地降低设备制造成本和维护成本，在疫情到来之时也能有效降低防疫物资的采购开销。

4 系统软件设计

图3为系统软件运行机制示意图，该部分功能主要由团队自主设计开发的App以及云服务器实现。

App端采用Java和HTML语言设计。如图3，软件端与设备硬件端通过百度云服务器进行数据交互，在交互的过程中，相关消杀数据如消杀时间段、设备故障记录、设备停机时间等都会被保存在云服务器中，在需要检查消杀数据时用户可以通过App一键获得云端设备消杀数据，这项创新性的功能实现了设备端的消杀数据可追溯，极大地避免了在防疫工作中由于人为的疏忽造成的错误，以大数据的方式为抗疫工作赋能。设备在运行过程中，硬件端各传感器会持续测量设备各项状态参数，并将数据回馈给主控模块，ESP8266主控模块会根据程序预先设定的相关标准进行判断，若发现参数异常，则硬件端会执行预先设定的应急程序，并向软件端发送故障警告并记录停机时间，若用户开启了软件通知权限，则在设备停机的第一时间App会生成消息弹窗及时提醒用户，避免了因某些不確定因素造成的设备不可逆的损伤；用户也可以使用App查看设备状态并自定义设备各项工作环境参数如消杀面积、消杀时间、送雾长度等，使得设备的工作环境适应能力增强，在用户设定的工作参数超过设备的极限时也能及时提醒用户更改相关参数或者在消杀地点部署多台设备。不仅如此，当一个账户绑定了多个设备时，以联网的方式，用户通过一个App可以轻而易举地操作多台设备联动作业，以设备组网的方式实现大面积、无死角的防疫消杀工作。设备软件端以及物联网系统的加入使得该消杀设备的市场逐渐由大型密闭场所向家居、个体商户下沉，为设备的应用场景带来了无线的想象力。

5 结语

2020年初暴发的新型冠状病毒肺炎（Coronavirus disease 2019，COVID-19）疫情给全球人民生命安全和经济发展带来了严重影响，随着世界文明的进步，各种疫情的暴发或许将成为常态化，这意味着今后防疫消杀工作将日趋繁重，从而导致全球消杀设备的市场需求激增，使用场景也由常见的公共场合向每家每户、各行各业渗透，这使得消杀设备的市场进一步拓宽，发展前景和使用场景都十分广阔。而目前市面上的消杀设备在功能上和成本上都或多或少存在短板，这导致防疫工作者在实际工作中往往心有余而力不足，进而推行严格的管控措施，例如切断该地区的货运链、限制该地区人员的流动甚至于封城，这极大地影响了人们正常的生活，也加重了防疫人员的工作负担。展望未来，防疫设备智能化的优势和趋势已逐渐显现，而在此次我国新冠肺炎后期防治工作中，智能无人防疫系统发挥了极大的作用[8]。在此背景下，团队在传统雾化消杀设备的基础上创新性的加入了低成本、高效率、高寿命的物联网系统，在设备端和用户端建立起了远程交互桥梁，在云服务器的加持下实现设备的消杀信息的高效记录和传输；设备特有的联动组网消杀的功能，实现了设备大面积部署消杀的功能，使得疫情到来之时该设备在方舱医院、集中隔离点等大型封闭的场所发挥关键作用；不仅如此，团队创新性开发了设备云端消杀数据可追溯的功能，在数据记录方面极大程度地避免了客观因素导致的消杀数据错报、漏报、谎报等难以挽回的错误。上述创新不仅提高了消杀工作的智能程度，还填补了消杀设备市场的空白部分。经过实验，该设备能够满足本文所介绍的相关功能，并且能够高效地融入现代智慧社会，以大数据、智能的方式为防疫赋能。

参考文献：

[1] 朱立峰，杨郁青，赵艳，等.上海交通大学医学院附属瑞金医院防疫工作相关科学规范和经验方法——信息化支持[J].内科理论与实践，2022，17（2）：153-155.

[2] 莉.机器人、人工智能产品纷纷投入一线防疫工作[J].机器人技术与应用，2020（2）：14.

[3] 范慧.公共卫生危机下社区治理的风险透视及规避逻辑[J].社会科学辑刊，2021（4）：56-62.

[4] Pavi? J，Vu?ko M，Li?ka F.Implications of work in the covid isolation ward and the central emergency department on the life and work of nurses[J].Croatian Nursing Journal，2022，6（1）：71-81.

[5] 张丽芬，李犁.新冠疫情对盘锦财政经济影响及对策[J].地方财政研究，2021（6）：84-91.

[6] 李明.疫情期间公共财政职能探讨——以昆明市财政局数据为例[J].营销界，2021（24）：78-79.

[7] 曹湘平，刘姝.新冠肺炎疫情对株洲市财政、经济的影响及应对策略[J].经营与管理，2021（4）：166-171.

[8] 孙永生，金伟，唐宇超.无人系统在新冠肺炎疫情防控中的应用实践[J].科技导报，2020，38（4）：39-49.

【通联编辑：梁书】