基于物聯網的智慧消殺技術研究

摘要：新冠病毒變異毒株奧密克戎等具有傳播快、隱蔽性強等特點，它在國內很多城市肆虐，給人民的生活和生產帶來極大不便。因此，人們對新冠等病毒的消殺空前關注，也催生了科技戰“疫”的強烈需求。傳統病毒消殺方法是人工噴霧消殺，該方法不但耗時、耗力，而且存在實時性差和智能化程度低的問題。為了更加安全、智能地在相對密閉空間的進行消殺，文章提出了基于物聯網的兩種智慧消殺方法，即定點消殺和外部中斷消殺。實驗表明，使用上述兩種方法可以更加智能、高效地對相對密閉區域進行消殺，一定程度上滿足人民對健康生活的需求。

關鍵詞：消殺；定點；外部中斷；智能

中圖法分類號：TP391文獻標識碼：A

Research on intelligent disinfection and sterilization technologybased on Internet of things

CHENG Jun

（Jiangxi Institute of Economic Administrators，Nanchang 330088，China）

Abstract：The new coronavirus variant strain Omikron has the characteristics of fast transmission and strong concealment.It is rampant in many cities in China，bringing great inconvenience to people's life and production.Therefore，people pay unprecedented attention to the disinfection and sterilization of new coronavirus and other viruses，which also gives rise to a strong demand for scientific and technological warfare.The traditional method of virus disinfection and sterilization is artificial spray disinfection and sterilization， which is not only time-consuming and labor-intensive，but also has the problems of poor real-time and low intelligence.In order to disinfection and sterilization in a relatively confined space more safely and intelligently， this paper proposes two intelligent disinfection and sterilization methods based on the Internet of things， namely fixed-point disinfection and sterilization and external interruption disinfection and sterilization. The experiment shows that the above two methods can disinfection and sterilization relatively closed areas more intelligently and efficiently，and meet the people's needs for healthy life to a certain extent.

Key words： disinfection and sterilization，fixedpoint，externalinterruption，intelligence

1 物聯網

物聯網是繼互聯網之后的又一次信息產業革命，它的基礎是互聯網，也是互聯網的延伸。其用戶端延端擴展到了任何物品與物品之間，使物品之間也能進行信息交換和通信[1]。總體而言，物聯網可以分為三層，分別是感知層、網絡層、應用層[2]。感知層涉及的技術包括 RFID、單片機[3]、紅外對射、定位系統，網絡層涉及的技術包括 Zigbee[4]，Rora、藍牙、Wi?Fi以及各種現場總線等。應用層涉及的技術主要是數據庫、數據挖掘[5]、云計算等。本文針對目前的疫情防控，引入了物聯網中涉及的部分技術，提出了基于物聯網的兩種智慧消殺方法，即定點消殺和定時消殺。相比于傳統的人工消殺方法，定點和定時消殺方法能夠更加智能、高效地對相對密閉的空間進行消殺。

2 涉及的部分物聯網技術

2.1 人臉識別技術

人臉識別技術是生物識別技術中的一種。人臉識別技術是基于人的臉部特征，對輸入的人臉圖像進行特征分析，以完成身份識別。其基本原理如下：分析出每張人臉的位置、大小以及主要面部器官的位置信息，并依所獲取的信息進一步提取人臉特征，將其與數據庫中儲存的人臉特征進行對比和匹配，從而識別每張人臉對應的身份。

2.2 紅外對射技術

紅外是紅外線的簡稱，它是一種電磁波，可以實現數據的無線傳輸。自1800年被發現以來，紅外線技術得到了較為廣泛的應用，如紅外線鼠標、紅外線打印機、紅外線鍵盤等。IrDA 的通信是點對點直線數據傳輸，其保密性強，傳輸速率較高，能實現無線傳輸，目前它的軟硬件技術都很成熟，在小型移動設備（如 PDA、手機）上得到了廣泛應用。但是，由于對其進行應用時設備與設備間不能離得太遠，要對準方向，且中間不能有障礙物（不能穿墻而過），因此，在使用上它也明顯存在局限性。

2.3 8位的 CC2530

圖1所示為8位的 CC2530單片機，該單片機在無線傳感網領域應用較廣泛，其內部使用業界標準的增強型8051CPU ，結合了領先的 RF 收發器，也常常用于物聯網中的無線通信領域，如 Basic RF、藍牙、Wi?Fi和 Zigbee 等協議中。這是因為它具有8KB 容量的 RAM ，具備32/64/128/256KB 四種不同容量的系統內可編程閃存和其他許多強大的功能，使得其能收集區域中的部分信息。另外，由于它具有五種不同的運行模式（主動模式、空閑模式、PM1，PM2，PM3），因此尤其適應超低功耗要求的系統，運行模式之間的轉化時間短，進一步確保了低能源消耗。

3 定點消殺

3.1 原理

利用物聯網感知層的人體紅外傳感器技術、紅外對射技術，應用層的 C＃編程技術和人臉體溫智能識別系統，實現智慧空間定點處的全方位快速、準確消殺。首先，人體紅外傳感器采集定點處的活體信息，當通過了人臉、體溫智能檢測系統后，定點處的霧化器開始噴殺；然后，定點處的紅外對射實施對人存在的判定，若噴殺沒完成，定點處的紅外對射檢測到人的存在，若完成，電動推桿門禁打開，人進入智能空間區。其具體工作流程如圖2所示。

3.2 仿真實驗

由于實驗環境有限，本系統采用仿真實驗，其仿真環境所用器件和真實環境所用器件如表1所列。

本實驗開發環境選擇 Visual Studio 2015，使用 C ＃代碼進行編程。當人體傳感器檢測到活體存在時，相關人員進入人臉、體溫識別系統區域。由于條件的限制，仿真實驗采用攝像頭代替人臉、體溫識別系統。如圖3所示，該攝像頭 IP 地址為192.168.137.55，當攝像頭抓拍到人臉時，通過數據庫比對進行確認。

經過人臉、體溫檢測系統檢測后，若人臉、體溫都正常，霧化器開始工作，即風扇開始轉動。如圖4所示，此時風扇轉動、燈泡點亮。風扇轉動代表噴霧器正在對人體進行噴殺消毒，而之所以加上燈泡亮功能，是因為考慮到實驗時風扇的轉動很難抓拍，可以用旁邊燈泡點亮代表風扇轉動。

最后，紅外對射傳感器進行消殺完成的判定。若噴殺未完成，定點處的紅外對射檢測到人的存在；若噴殺完成，則門禁打開，進入智能空間。如圖5所示，電動推桿打開代表門禁打開。

4 外部中斷消殺

4.1 原理

定時消殺：當人進入房間后，利用8位單片機 CC2530的功能，結合相關電路，可以通過房間的開關按鍵來打開、關閉任何一種消殺設施（如紫外線燈系統、霧化器系統）。

由于實驗環境有限，本系統采用8位單片機 CC2530的按鍵中斷控制 LED1和 LED2的亮滅來代替實驗環境中紫外線燈系統、霧化器系統。具體對應關系如表2所列。

仿真系統采用自動預警的方式工作。其中，8位單片機 CC2530部分所涉及本系統的電路如圖6所示。

自動預警消殺系統的工作原理如下：第1次按下開關 SW1，LED1亮，即紫外線燈系統工作；第2次按下開關 SW1，LED1滅，LED2亮，即霧化器系統消殺；第3次按下開關 SW1，LED1和 LED2都滅，即沒有選擇任何一種消殺方式。再次按下開關 SW1時，重復上述循環過程。自動預警消殺系統的工作流程如圖7所示。

4.2 仿真實驗

該消殺部分采用 IAR 軟件對相應代碼進行燒寫，將其寫入 CC2530單片機。其具體仿真運行過程主要是下面三步。

步驟1：當第1次按下開關 SW1，LED1燈（綠燈）亮，代表選擇紫外線光照燈作為消殺措施，如圖8所示。

步驟2：當第2次按下開關 SW1，LED1燈（綠燈）滅、LED2燈（紅燈）亮，代表關閉了紫外線光照燈，選擇霧化器系統作為消殺措施，如圖9所示。

步驟3：第3次按下開關 SW1，LED1和 LED2都滅，即沒有選擇任何一種消殺措施，如圖10所示。

再次按下開關 SW1時，重復步驟1、步驟2、步驟3。

5 總結

當人進入相對密閉的空間時，存在把病毒帶入密閉空間的威脅。而本文提出的定點消殺方法，利用人臉、溫度智能識別系統和紅外對射的原理，不僅可以對人進行身份確認，還能在人進入相對密閉空間前對人進行初步消殺，具有一定的風險防范作用。另外，本文提出的外部中斷消殺方法，利用了 CC2530單片機的中斷功能，可以自由選擇紫外線消殺、霧化器消殺措施，不需要人過多參與，自動化程度較高。

參考文獻：

[1]劉云浩.物聯網導論（第3版）[ M].北京：科學出版社，2019.

[2]尹鐘舒，洛向剛，楊成.物聯網（IoT）：國內現狀和國家標準綜述[J].網絡安全技術與應用.2022（9）：108?111.

[3]楊瑞，董昌春.CC2530單片機技術與應用[ M].北京：機械工業出版社，2017.

[4]侯璐璐.基于 ZigBee 的室內空氣質量監測系統的研究與實現[D].沈陽：遼寧大學，2022.

[5]馮東.基于深度學習的時空圖數據特征提取方法研究[D].合肥：中國科學技術大學，2021.

作者簡介：

程俊（1989—），碩士，講師，研究方向：物聯網、無線傳感網技術。