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[项目] 【Arduino 动手做】基于物联网的紫外线消毒智能漫游车

本帖最后由驴友花雕于 2025-6-17 11:04 编辑

应用程序和基于网络的受控紫外线消毒用户友好的机器人可以在至少 5 分钟内对任何类型的房间进行消毒。

世界和印度的当前情景
现在我们正在经历一个非常艰难的时期，这场COVID19大流行几乎打击了所有行业，严重损害了卫生产业，最令人担忧的情况是，即使在 6 个月后，我们还无法发明任何可以预防或治愈这种疾病的药物，超过 250 个国家已经是它的受害者，已经有 17 个国家， 889，共 134 例，共 686， 145 例死亡。同样在印度，由于人口众多，病例数量正在以惊人的速度增加。

紫外线如何帮助消毒

您可能已经从医生那里听说过 UV-A 和 UV-B 光的危险，以及偶尔的防晒霜瓶。UV-C 是一种更高能量的紫外线辐射形式，波长在 280 到 100 纳米之间。UV-A 高达 400nm，X 射线从 10nm 左右开始。因此，UV-C 对生物体的破坏性比 UV-A 和 UV-B 大得多。幸运的是，来自太阳的 UV-C 在到达我们之前就被大气吸收了。但是，您可以使用人工 UV-C 辐射来有效消毒物体。强大的短波长紫外线 C （UVC）灯，发出的能量足以粉碎任何不幸暴露在其中的微生物的 DNA 或 RNA。

我们的解决方案
我们最后在项目的附件部分以 pdf 文件的形式提供了物料清单。

我们在设计解决方案时牢记，它的成本应该更低/负担得起，并且其硬件和软件机制非常易于理解和使用，同时牢记所提供的限制和安全措施。

UVD 机器人可用作常规清洁周期的一部分，旨在通过分解其 DNA 结构来预防和减少传染病、病毒、细菌和其他类型的有害有机微生物在环境中的传播。机器人安全可靠，消除了人为错误。此外，它是用户友好的，旨在由日常清洁人员作。

我们的紫外线漫游车提供了 2 种硬件和 2 种软件模式，人们可以根据自己的要求使用其中任何一种模式，同时提供多种使用选项。

它是一个遥控漫游车，只需要很少的帮助和 UVC 灯系统，它使用 PIR 来检测人类并在人类不在附近时开始运行。

这是第一种 UV 模式，它需要非常低的成本来制造，其软件和硬件和维护需要的工作量非常少，并且非常易于使用。

UV 机器人的功能：
消毒过程：对一个典型的房间进行消毒需要 10 到 15 分钟，机器人在房间周围的 5 到 6 个不同位置花费 1 到 2 分钟，以最大限度地增加消毒的表面数量。机器人的紫外线阵列每秒（在 1 米距离处）发射 20 焦耳的 254 纳米光，这将在短短几分钟内彻底摧毁 99.99% 的细菌，而无需机器人做任何更复杂的事情，而不仅仅是坐在那里。这非常易于使用。一个人只需要通过他的手机远程作它并无线打开紫外线灯。

作模式：这非常易于使用。一个人只需要通过他的手机远程作它并无线打开紫外线灯。它仅在传感器区域周围没有人时起作用，否则出于安全考虑，它保持关闭状态。我们实施了一个带有集成密钥的 Web 应用程序，其中将提供实时视频源以手动控制机器人。我们还在其中提供热像仪，以便人们可以通过热像仪捕获的热成像视频源通过他/她的眼睛看到它正在工作。

我们已经在原理图部分提供了原理图及其 fritzing 文件

硬件：这种硬件可以使用 3D 打印机构建，从而降低其成本。

Wheels:我们使用了麦克纳姆轮，它可以在拥挤的环境中提供极高的机动性和机动性。
它提供全方位的运动，成本较高，但由于我们的整个设计成本较低，因此我们的物料清单没有太多增加。这些轮子需要较少的维护和较长的生命周期，其功能可在所有类型的地面上有效运行，并且工作非常平稳。

Physical Dimension:所有测量值都可以在附件部分附带的设计文件中找到。
Safety:该系统使用 PIR 传感器检测是否有人，然后在检测到有人离开后打开 UVc 灯进行消毒，它会在 15 分钟后自动关闭。
我们设计了两种模式的紫外线流动站，以确保更好的安全功能，并在发生碰撞时避免对机器人的损坏。

模式 1：-
这是紫外线流动站的更简单版本，如果位于其顶部的流动站传感器检测到人类存在，紫外线灯将被关闭并保持关闭近 1 分钟，然后再次启动。这是一个成本非常低且重量非常轻的更简单版本。

模式 2：-
这是紫外线机器人的更高级版本，仅比模式 1 版本便宜一点。但这个版本更复杂，使用寿命更长，它提供了出色的安全功能和防撞安全性。

在这种情况下，如果放置在其顶部的流动站传感器检测到有人存在，则安装在紫外线灯周围的眼镜将像窗户一样关闭，灯也会熄灭。紫外线无法穿透玻璃。此版本可用于我们将要使用的更强大的灯的地方，因为紫外线的照射非常少是有害的，这将通过这些眼镜来防止，并且在机器人与墙壁或任何物体发生碰撞时，这些眼镜将吸收冲击并保护灯不破裂。

当 PIR 传感器感应到人的存在时，它会向安装在中心的伺服电机（包含电机的矩形蓝色框）发送高信号，该电机将在右侧旋转一定度，旋转其他齿轮，使窗户关闭，当传感器发出低信号时，它会将齿轮向左旋转相同的量，再次打开窗户。

UV 机器人的额外功能
我们还在紫外线机器人的下侧安装了一系列紫外线 LED，为机器人下方的地面提供额外的消毒辅助。

它的原理图在原理图部分下方提供，并带有链接。

软件
我设计了两种类型的软件来控制机器人：-

软件 1：-

在此，我创建了作轮子和其他功能的库，通过 GUI 应用程序（正在制作中）进行控制。

libPPCA9685 - 通过 I2T 总线与 Servo Shield 通信的库。还包含命令 Servo Shields PWM 输出通道连续关闭、连续打开的方法，以及将通道设置为以特定速率进行脉冲开/关的方法。
libPWMdeviceControl - 用于控制电机和伺服的库。DeviceControl 类创建一个线程，该线程定期处理最多 4 个 Motor 对象和 16 个 Servo 对象。Base Motor 和 Servo 类在库中定义。下面的 “Testing” 部分概述了如何创建、配置 Motor 和 Servo 对象并将其分配给库。处理用户的 Motor 和 Servo 对象会导致命令被发送到 Servo shield 通道，以完成 Motor 和 Servo 对象属性中的请求。
软件 2：-

具有实时视频流的 Web 控制的 Raspberry Pi Zero W 机器人。

主要特点
通过 Web 浏览器控制。
实时视频流。
软件 3：-

如果你不懂这个软件，怎么用它，把它部署在硬件上，觉得困难，我推荐你

https://www.hackster.io/maciek85 ... a-smartphone-0c0997

我们的电路设计受到该项目及其可用软件的启发，提供免费的云服务 remoteme.org。您可以轻松部署他们的软件，并可以使用自己的移动设备对其进行控制。

PIR 传感器原理图
我们正在使用 PIR 传感器来检测人类的存在。

PIR 传感器在检测到人类存在时，它会关闭紫外线灯，使人类免受紫外线辐射的危害，然后当没有人在场时，它会再次打开。

const int PIN_TO_SENSOR = 2;  // the pin that OUTPUT pin of sensor is connected to  
int pinStateCurrent   = LOW;  // current state of pin
int pinStatePrevious  = LOW;  // previous state of pin

void setup()
{  Serial.begin(9600);            // initialize serial
   // set Arduino pin to input mode to read value from OUTPUT pin of sensor  
   pinMode(PIN_TO_SENSOR, INPUT);
}
void loop()
{

//Configure an Arduino's pin to the digital input mode
pinMode(PIN_TO_SENSOR, INPUT);   

//Read state of sensor's OUTPUT pin
pinStateCurrent = digitalRead(PIN_TO_SENSOR);

//Detect motion start (pin's state change from HIGH to LOW)
pinStatePrevious = pinStateCurrent; // store old state
pinStateCurrent = digitalRead(PIN_TO_SENSOR);   // read new state

// pin state change: HIGH -> LOW
if (pinStatePrevious == HIGH && pinStateCurrent == LOW)
{   
    Serial.println("Motion detected!");
    // we can place an alarm to warn human to come near it
}
else
// pin state change: LOW -> HIGH
if (pinStatePrevious == LOW && pinStateCurrent == HIGH)
{   
   Serial.println("Motion stopped!");
   // alarm will stop as human presence is not detected
}

}
复制代码

设计规格：-
物理尺寸（宽 x 长 x 高）：- 2 英尺 X 2.22 英尺。X 5.2 英尺

3D 设计，我们提供了 CAD 文件（可访问的敏捷设计）

通过标准的浴室隔间门安装，设计可以根据需要的房间进行修改。

材料：- 保护紫外线灯免受碰撞的玻璃由聚碳酸酯制成，其强度足以抑制任何力，并且可以在窗户关闭时吸收辐射。

安全 - 带运动感应的灯关闭：- 25nJ/cm^2紫外线灯的波长为 256 nm，低于 TLV 水平，对人体安全。

版本 1：- 在灯顶上，有一个 PIR 传感器，如果有人在场，它会关闭灯。版本 2：- 在这种情况下，将作电机和齿轮机构，在人类在场时将关闭灯周围的玻璃，然后关闭灯，防止对人体造成任何危害

安全/有效的方法来保护人员和设备

软件：- 我们为用户提供了 3 种类型的软件：- 离线远程控制由用户在线控制通过 Web 应用程序使用 Remoteme.org 的云服务通过 Web 应用程序进行自定义控制

我们提供了 3 种类型的软件。UV 机器人的硬件可以使用并完全支持其中任何一个。

控制：- 它是远程控制和半自主功能

我们提供了通过远程控制机器人的轮子，UVD 机器人的其他功能将自主运行。所以它是一个半自主机器人。

费用：- ≤ 5,000 美元

以美元计的总成本和价格可以进一步降低

较低的成本允许更广泛的受众购买产品。

重量：- ≤ 10Kg，轻量级型号。

电源：- 4 X 12V 3300mAh 3S LiPo 电池 1 X 迷你可充电逆变器电池

使用用于电机驱动器的 12V 3300mAh 3S LiPo 主电池，用于微控制器、传感器和其他硬件设备的另一节 3300mAh 3S LiPo 电池，以及用于紫外线灯的迷你可充电逆变器电池。

作日志：- 由于我们使用 raspberry pi 作为中央硬件，并且我们通过 Web 应用程序并使用云服务作机器人，因此用户可以使用移动和移动时钟的 GPS 跟踪时间和位置。

紫外线灯：- 杀菌紫外线灯 30W，长度 3 英尺，灯管直径 T8（1 英寸），103 V，0.44 A

发射 UV-C 辐射 253.4 nm，非常适合杀死病毒、细菌、霉菌、沙门氏菌等。它的生命周期为 8000 小时。

【Arduino 动手做】基于物联网的紫外线消毒智能漫游车图3