針對大學教室的智能消毒解決方案

錢萬虎 丁斌

摘 要：新型冠狀病毒席卷全球，這對公共消毒提出挑戰。傳統紫外線消毒存在易對人員造成意外傷害、實施難度大、效果難以保證等弊端，因此提出基于WF-IoT融合物聯網的紫外線殺菌燈的智能消毒方法。所提方法對傳統的殺菌燈加以改進，提高了紫外線殺菌燈80%的殺菌效果，同時降低了傳統殺菌燈42.1%的事故概率。

關鍵詞：WF-IoT;云計算;公共消毒;融合計算;Air Nano 無源無線控制技術;NB-IoT

中圖分類號：TP18文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）10-00-02

0 引 言

隨著社會的發展，新型技術的日益更新，物聯網作為未來社會的發展趨勢，其技術進步和應用拓展一直是社會關注的焦點。以智能化為發展方向的物聯網正對人們生活的方方面面產生巨大的影響。隨著傳統紫外線消毒燈的弊端不斷顯現，大學教室對紫外線消毒燈的智能控制也越來越迫切。

現在的大學教室主要有以下幾個特點：

（1）教室空間大;

（2）人員流動大;

（3）每個教室使用情況不同，一旦發生較強的傳染性疾病（如新型冠狀病毒）會感染更多的學生。

因此，需要一套消毒系統以解決大學教室存在的上述問題。

噴灑藥液消毒存在以下缺點：

（1）噴灑面積不均勻，存在未消毒的區域;

（2）容易引起學生的不適;

（3）成本較高。

傳統紫外線殺毒燈雖然克服了噴灑藥液消毒的缺點，但是也存在一些問題。如傳統紫外線消毒極易造成意外傷害和事故、實施難度大，效果難以保證、消毒過程監管困難。

本方案提出的智能紫外線消毒系統，正好可以克服傳統紫外線消毒的缺陷，發揮紫外線消毒的優點，顯著提升消毒效果，一次投入、長期可用，無需物力人力消耗，可以大大降低消毒成本。

1 系統框架

本系統由WF-IoT物聯網芯片模組、全固態紫外線傳感器與傳統紫外消毒燈一體化結合而成。其將普通紫外消毒燈升級為能自動防護、組網傳輸、強度監測、智能控制的智能化紫外消毒燈，總體框架如圖1所示。本系統使用的主要技術有包括WF-IoT融合物聯網技術、WF-IoT的云/邊/端融合計算和Air Nano無源無線控制技術。

本文系統方案具體如下：

（1）在傳統紫外線燈上配置ALD系列無線智能控制器（即WF-IoT節點產品）;

（2）在通風口（換氣扇）上配置ALD系列無線智能控制器（即WF-IoT節點產品）;

（3）配置WF-IoT人體熱釋電紅外傳感器;

（4）配置無線WF-IoT智能警示燈;

（5）配置帶有邊緣計算功能的無線智能網關;

（6）配置Air Nano無源無線動能開關或配置無線LCD觸控屏。

1.1 WF-IoT融合物聯網技術

WF-IoT融合物聯網技術是劃時代的創新技術，其內核是唐芯系列物聯網芯片，是一 種從底層（物理層、MAC層、空口協議層）單芯片深度融合了國標射頻識別（RFID）、實時定位（RTLS）、無線傳感器網絡（WSN）、商用物聯網照明組網控制協議（Air Lamp Light Link，ALL）等DSRC（專用短程無線通信）技術的低功耗中高速廣域網通信技術。WF-IoT融合物聯網技術為本系統提供了核心技術支撐。

1.2 WF-IoT的云/邊/端融合計算

WF-IoT具有“一網多用、一物多能”的特征，充分體現出物聯網2.0的融合、智能，這主要靠云/邊/端融合計算技術來保證。WF-IoT 的云/邊/端融合計算如圖2所示。

云計算是統籌者，它負責長周期數據的大數據分析，一般在周期性維護、業務決策等領域運行，適用于大范圍的數據分析和智慧決策。邊緣計算則是指靠近物或數據源頭的一側，無需交給云端處理，采用集通信、計算、存儲應用為一體的本地平臺，更好地為本地紫外燈控制業務及時處理執行，同時也云端數據采集做出貢獻。終端計算是在智能消毒燈節點終端層面實現。今天，智慧城市、智慧家居、智慧醫院、自動駕駛、無人機、智能制造等各方面都有各類計算的身影。

1.3 Air Nano 無源無線控制技術

Air Nano 無源無線控制技術是將自能源技術、射頻識別技術（RFID）、無線傳感網 技術（WSN）、能量轉換與存儲、低功耗信號處理和傳輸技術進行一體化集成的技術，是WF-IoT的重要支撐。目前已經形成了無源無線開關、無源無線控制面板和無源無線終端等Air Nano產品，廣泛應用于智能照明、識別定位、工業測控、安防等領域。Air Nano產品不需要連接電源線，也無需安裝充電電池或干電池，產品內置有能量轉換設備，對于本系統的控制尤為方便。

2 智能消毒管理系統的構成

本系統由WF-IoT物聯網芯片模組、全固態紫外線傳感器與傳統紫外消毒燈一體化結合而成，將普通紫外消毒燈升級為能自動防護、組網傳輸、強度監測、智能控制的智能化紫外消毒燈。

本系統通過邊緣服務和人工智能策略控制，根據消毒空間、消毒燈具的動態輸出以及當下疫情發生情況，動態控制消毒的時機和時長，對大學教室的消毒狀況實現動態的數據化、可視化監管，為感染防控管理和消毒效果的提升提供依據。該設計解決了傳統紫外線消毒極易造成意外傷害和事故，且實施難度大，同時效果難以保證，消毒過程監管困難。

2.1 智能紫外線消毒燈

WF-IoT物聯網芯片模組、全固態紫外線傳感器與傳統紫外消毒燈一體化結合，即普通紫外消毒燈升級為可以自動防護、組網傳輸、強度監測、智能控制的智能化紫外消毒燈;智能紫外消毒燈是物聯網時代的產品，提供了本系統的核心基礎。

2.2 紫外線傳感器

智能紫外消毒燈內部集成了先進的氮化鎵基紫外傳感器，利用其對可見光無響應，只對紫外線敏感這一特性，可以準確測量紫外線輻照強度并避免可見光干擾。邊緣服務器可以實時獲取每次的消毒劑量及消毒燈具的紫外線輸出強度，進而實現精準的紫外線照射劑量控制。每個消毒空間按照國家標準的要求，確保消毒空間能夠得到恰當劑量的紫外光（紫外光過少會影響消毒效果，過多會誘發臭氧，增加能源消耗）。按照國家規范，當消毒燈管紫外線輸出下降到標準值的70%以下時，系統自動提醒更換失效燈管，以確保消毒效果。

2.3 智能消毒邊緣服務器

智能消毒邊緣服務器部署在消毒場所現場的嵌入式一體化服務器中，上電即可自動工作，功耗低，免維護，系統本地全智能運行，不依賴于IP或者互聯網，自動完成每日既定的消毒工作，同時自動巡檢消毒燈具的狀態，記錄燈具的工作時長和輸出參數。智能消毒邊緣服務器的運行規則可以任意設定，不再需要傳統紫外線消毒的人工手動開啟、計時、關閉、登記以及保存紙質登記本。 具備條件時，智能消毒邊緣服務采用云邊協同機制與綜合管控云平臺協同，上傳必要的本地信息，下載云端下發的規則和指令。與云端通信中斷時，不影響本地消毒控制程序的運行。

3 本系統的功能和優勢

3.1 綜合成本低

本系統是一個全無線、免維護系統，不用施工布線，不依賴IP網絡，不增加額外的設備，綜合成本較低，一般情況下只有傳統統一回路控制方式成本的1/4。

3.2 控制方式靈活

本系統支持現場級的無源無線控制、自動感應控制、移動客戶端控制、手機掃碼控制、平臺統一控制等方式，可以適應各級管理部門的應用需要。

3.3 擴展功能強

本系統依托的WF-IoT融合物聯網系統有極強的擴展性，相關的機電設備、傳感器、人員、裝備、環境等都可以隨時根據需要加入到末梢網絡中來，實現更加智能化的控制。也可彈性靈活擴展配置邊緣服務器和云端管控系統，工作人員可通過智能客戶端、手機、Pad、瀏覽器、二維碼等，對散布在各處的紫外線燈進行實時在線監測和管理，以實現單燈、分組或集中開/關控制和實時數據監測。

4 測試方法及測試結果

4.1 測試方法

在裝有基于WF-IoT融合物聯網的紫外線消毒技術的智能控制系統的實驗室中，智能控制消毒燈的消毒時間，通過專業儀器檢測消毒后的消毒效果，以及在消毒過程中的安全警報，并與其他消毒方式進行對比。

4.2 測試結果

（1）在滅殺效果上，紫外線消毒比藥液消毒效果提高了62.3%;

（2）在操作使用上，紫外線消毒比高溫消毒方便;

（3）紫外線消毒可以降低藥液消毒對環境的污染;

（4）提高室內環境（密閉環境）43.3%消毒效果，特別是消毒液噴灑不到位的區域，比如建筑物高層吸附的微生物。

5 結 語

本系統具有體積小、精確度高、使用壽命長，在大學教室使用時基本不占用教室空間，在提高消毒效率的同時，極大地減少了紫外線消毒帶來的事故。

參考文獻

[1]鄧海松，繆愛梅，章虹霞，等.智能紫外線消毒監控系統在醫院感染高風險區域的應用研究[J].中國消毒學雜志，2019，36（1）：36-37.

[2]趙艷芝，張瑞敏.物聯網中的智能感知[J].科技視界，2016，5（12）：249.

[3]種艷，董運濤.物聯網在智能建筑安全防范系統中的應用[J].物聯網技術，2011，1（4）：79-82.

[4]黃鵬，楊云志，李元忠.“物聯網”推動RFID技術和通信網絡的發展[J].電訊技術，2010，50（3）：85-89.

[6]張文康.中華人民共和國衛生部令[J].飼料廣角，2002，18（11）：5-6.

[7]梁越珍，李榮.病室紫外線燈意外照射的案例分析及預防對策[J].臨床合理用藥雜志，2017，10（19）：157-158.

[8]歐陽威，鐘冬秀，謝宗越.紫外線消毒燈智能控制器的設計與應用[J].贛南醫學院學報，2016，37（6）：941-942.

[9]王若明.物聯網技術與應用分析[J].物聯網技術，2012，2（5）：82-83.

[10]張志剛，紀亞芳，趙青云.人體紅外傳感器在樓梯間燈光控制系統中的應用[J].山西師范大學學報（自然科學版），2012，26（4）：40-42.

[11]魯義軒.兩大轉變促使物聯網邁向2.0中興通訊全面推進IoT生態建設[J].通信世界，2017，17（1）：41.