CN111991594A - 集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,属于防疫电子设备技术领域,包括主控制器、电压转换模块、气体检测模块、空气净化模块、喷雾消毒模块、温度检测模块、充电模块以及用于人机交互的显示模块、按键模块和声音模块。本发明空气检测精度高,可以迅速感知周围空气多种有害气体的浓度,可以在封闭或半封闭空间内通过电离和物理喷雾等形式对空气进行杀菌、除尘和消毒,还可以及时、准确的测量人体体温,锂电池的供电方式,可以保证本发明的工作时间长,降低个人的室内外安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于防疫电子设备技术领域,具体地,涉及集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒。
背景技术
空气中漂浮着多种具有高传染性致病的细菌、病毒以及有害气体、粉尘等。每年到了秋冬季,由各类病毒引起的流感及其并发症等已经严重威胁人类的健康,甚至爆发造成全球性的疫情。随着生活水平的提高和多种新型病毒的发现,人们愈发意识到一个少菌、洁净、卫生的个人生活空间是极其重要的。由于病毒、细菌和有害气体等的主要传播途径都是空气(气溶胶)传播,因此,除了及时测量体温,把握个人健康状况外,时刻检测周围空气质量是否达标,并通过空气净化和喷雾消毒等手段对周边环境杀菌灭毒,改善空气环境,全方位地满足健康人群最基本的呼吸要求,已经成为如今人们的外在需求。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒。所述装置可实现对周围空气进行检测,具有对空气除尘灭毒及对人体肌肤消杀除菌的功能,同时可以时刻监测人体体温。本发明具有测试精度高、尺寸小、携带方便、功能齐全、一机多用、使用场景广泛、测试灵活等优点。
为了实现上述目的,本发明采用的具体方案为:
集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,包括壳体;所述防疫盒还包括用于接收、处理、发送数据的主控制器、用于将锂电池输出电压转为各个模块所需要电压的电压转换模块、用于检测空气中有害气体浓度的气体检测模块、用于空气杀菌的空气净化模块、用于对物体表面进行喷雾消毒的喷雾消毒模块、用于测量人体体温的温度检测模块、充电模块以及用于人机交互的显示模块、按键模块和声音模块;
所述气体检测模块、空气净化模块和温度检测模块分别通过I²C接口与所述主控制器连接;所述显示模块、按键模块和声音模块分别通过I/O口与所述主控制器连接;所述电压转换模块分别与主控制器、气体检测模块、温度检测模块、显示模块、按键模块、声音模块的供电口相连;所述主控制器基于arduino系统,用于处理从所述气体检测模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据,处理后发送到所述显示模块和声音模块;所述显示模块显示参数,所述按键模块选择参数,所述声音模块发出信号,用于人机交互。
作为对上述方案的进一步优化,所述电压转换模块由7.4v可充电锂电池、7.4v转1.8v电压转换电路、7.4v转3.3v电压转换电路和7.4v转5v电压转换电路组成。
作为对上述方案的进一步优化,所述气体检测模块采用SGP30气体传感器。
作为对上述方案的进一步优化,所述空气净化模块采用高压等离子发生器。
作为对上述方案的进一步优化,所述喷雾消毒模块采用挤压式气泵结构。
更进一步地,所述喷雾消毒模块包括消毒液盒和与所述消毒液盒管接的挤压按钮;所述消毒液盒与所述壳体卡接,所述挤压按钮设置在所述壳体的侧面上。
作为对上述方案的进一步优化,所述温度检测模块采用MLX90614A热电堆测温传感器。
作为对上述方案的进一步优化,所述显示模块采用0.96寸128×64点阵OLED显示器。
作为对上述方案的进一步优化,所述声音模块采用无源蜂鸣器。
作为对上述方案的更进一步优化,在所述壳体的侧面上还设有挂扣,方便携带。
有益效果:
本发明针对空气质量检测、空气净化、喷雾消毒和体外测温,设计了一种功能集成式的电子防疫装置。本发明空气检测精度高,可以迅速感知周围空气多种有害气体的浓度,本发明可以在封闭或半封闭空间内通过电离和物理喷雾等形式对周围环境和物体进行杀菌、除尘和消毒,本发明可以及时、准确的测量人体体温,锂电池的供电方式,可以保证本发明的工作时间长,降低个人的室内外安全隐患。
附图说明
图1是本发明的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒电路原理框图。图中1指MLX90614A热电堆测温传感器,2指SGP30气体传感器,3指等离子发生器, 4指按键模块,5指0.96"128×64点阵OLED显示器,6指无源蜂鸣器;
图2是本发明的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒电路原理图;
图3是本发明的主控制器电路原理图;
图4是本发明的电压转换模块电路原理图;
图5是本发明的气体检测模块电路原理图;
图6是本发明的空气净化模块电路原理图;
图7是本发明的温度检测模块电路原理图;
图8是本发明的显示模块电路原理图;
图9是本发明的按键模块电路原理图;
图10是本发明的声音模块电路原理图;
图11是本发明的锂电池充电模块电路原理图;
图12是本发明的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒的程序流程图;
图13是本发明所述防疫盒的外部结构示意图;图中:1、温测探头;2、气体检测模块;3、消毒液盒;4、空气净化模块;5、显示模块;6、按键模块;7、挂扣。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例和附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,包括壳体;所述装置还包括主控制器、电压转换模块、气体检测模块、空气净化模块、喷雾消毒模块、温度检测模块、充电模块以及用于人机交互的显示模块、按键模块和声音模块;
所述防疫盒的电路原理图如图2所示,所述气体检测模块、空气净化模块和温度检测模块分别通过I²C接口与所述主控制器连接;所述显示模块、按键模块和声音模块分别通过I/O口与所述主控制器连接;所述电压转换模块分别与主控制器、气体检测模块、温度检测模块、显示模块、按键模块、声音模块的供电口相连;所述主控制器基于arduino系统,用于处理从所述气体检测模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据,处理后发送到所述显示模块和声音模块;所述显示模块显示参数,所述按键模块选择参数,所述声音模块发出信号,用于人机交互。
图3所示主控制器基于arduino系统,用于处理从所述气体检测模块、空气净化模块、喷雾消毒模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据,处理后发送到所述显示模块和声音模块;
图4所示电压转换模块由7.4v可充电锂电池、7.4v转1.8v电压转换电路、7.4v转3.3v电压转换电路和7.4v转5v电压转换电路组成。
图5所示气体检测模块采用气体浓度传感器芯片,该芯片与所述主控制器通过I²C接口相连,由于其电压水平低于所述主控制器的工作电压,故需要通过MOS管进行电压匹配,所述主控制器的I²C接口与NMOS管的漏极相连,NMOS管的栅极直接接在1.8V的电压上,NMOS管的导通电压是1.5V左右。所述气体检测模块的电路原理图如图5所示。在所述气体浓度传感器芯片作为信息接收端时,所述气体浓度传感器芯片的I²C总线是处于上拉(1.8V)状态,当所述主控制器给NMOS管漏极高电平(3.3V)时NMOS管处于截至状态,使得所述气体浓度传感器芯片的I²C总线上可以得到高电平,当所述主控制器给NMOS管漏极低电平时(0V),NMOS处于接近饱和的线性区,所述气体浓度传感器芯片的I²C总线上得到低电平(0.2V),这是完成所述主控制器对所述气体浓度传感器芯片的通讯的过程;反之,在所述主控制器作为信息接收端时,所述主控制器的I²C总线是处于上拉(3.3V)状态,当所述气体浓度传感器芯片给NMOS管源级高电平时(1.8V),NMOS管处于截至状态,所述主控制器的I²C总线上得到高电平(3.3V),当所述气体浓度传感器芯片NMOS管源级低电平时(0V),NMOS管处于饱和状态,所述主控制器的I²C总线上得到低电平(0.4V),这是完成所述气体浓度传感器芯片对所述主控制器的通讯的过程。所述气体检测模块用于感知工作环境的气体中一些有害气体浓度,如有机气体、二氧化碳、氢气、酒精。
图6所示空气净化模块由多级boost升压电路组成,通过控制升压电路中的IGBT的通断频率,来产生电离所需的高电压;升压电路由一个MOS管与主控制器连接,通过控制MOS管的通断来控制空气净化模块的通断。空气净化模块采用高压等离子发生器,该模块将输入的低电压通过升压电路得到高电压,利用高电压电离空气得到等离子体,电离后的等离子体通过一系列化学反应,使得有机分子降解,达到杀菌的作用,
所述喷雾消毒模块采用按压式气泵,包括盛放消毒液的消毒液盒和通过管子与所述消毒液盒连通的挤压按钮;所述消毒液盒与所述壳体卡接,便于消毒液盒的安装和拆卸,以随时补充消毒液;所述挤压按钮设置在所述壳体的侧面上。通过物理按压,将防疫装置内消毒液均匀喷洒至所需物体或肌肤,达到消毒目的。
图7所示温度检测模块采用非接触式温度传感器,用于获取人体表面温度。所述温度检测模块为非接触式热电堆测温模块,其通过I²C通讯受微控制器控制,由于微控制器的I²C接口已经外接上拉电阻,故其与所述主控制器的I²C接口直接相连,通过I²C接口与所述主控制器通讯。
图8所示显示模块显示参数,图9所示按键模块选择参数,图10所示声音模块发出信号,图8至图10所示用于人机交互。
图8所示按键电路与所述主控制器的I/O口直接相连,当按键按下时,所述主控制器的I/O口会直接短接在电路地(0V),所述主控制器检测到对应按键按下后会执行相应的指令。
图9所示显示模块为0.96寸单色显示屏的接口电路,其与所述主控制器的I/O口直接相连接,CS为片选端,RST为硬件复位端,D/C为数据/命令选择端,D0(所述主控制器D6)、D1(所述主控制器D5)分别为SPI接口的SCK(串行时钟),MOSI(或称为SDA,主出从入端或串行数据端),所述主控制器通过SPI通讯控制屏幕的显示内容。
图2和10所示声音模块为蜂鸣器控制电路,NPN管的基极通过一个1KΩ的电鱼与所述主控制器的D10 I/O口相连,当所述主控制器控制该口输出高电平时,NPN管导通,当输出低电平时,NPN管截止,进而控制蜂鸣器S1的通断。由此,便于输入用户的操作指令,以及通过所述显示模块和所述声音模块获取信息。
图11所示锂电池充电模块为7.4V锂电池充电电路,该电路最低支持5V/100mA的5V电源适配器对7.4V锂电池进行充电,并在充电完成后,即锂电池电压达到满电状态后自动停止防止过度充电,该模块采用TypeC接口,使其可以支持现有的充电方式。还设有电池供电开关模块控制电池电压的输出,当检测到电池电压达到预设值时,才输出电池电压,否则不输出,以防止过低的电压造成电路器件运行不稳定;本发明分析了各种使用场景下的工作状态,保证了本发明测量结果的稳定性。
图1所示集测温和空气检测、净化、杀菌功能的防疫装置的电路原理框图。图中方框标出的是系统中所使用的模块。其中1、2、3为信息输入模块:标注为1的为温度检测模块,采用MLX90614A热电堆测温传感器,其职责是在通过I²C总线收到微控制器的信息采集的请求后,将外界的温度信息采集并转化成微控制器可识别的数字信息发送给微控制器;标注为2的为气体检测模块,采用SGP30气体传感器,其职责是在通过I²C总线收到微控制器的信息采集的请求后,将外界的挥发性有机气体以及二氧化碳的浓度信息采集并转化成微控制器可识别的数字信息发送给微控制器;标注为3是等离子发生器(空气净化模块),其职责是通过电场电离出正、负离子,对空气中不同的病菌进行吸附清除;标注为4的模块是按键模块,由5个独立按键组成,其职责是当按下其中一个按键后向微控制器发送一个键值;5、6模块为信息输出模块:标注为5的为显示模块,该模块为0.96"128×64点阵OLED显示器,其职责是在通过SPI总线接收到微控制器的指令后,将微控制器通过SPI总线发送的点阵图像数据显示在屏幕上;标注为6的为声音模块,该模块为无源蜂鸣器,其职责是接受微控制器的一定点评的频率信号后发出特定频率的声响。
本发明所述防疫盒可同时实现温度检测、空气质量检测、空气净化以及杀菌消毒于一体,所述温度检测和空气质量检测完全通过系统程序控制实现,当检测人体温度时,将所述防疫装置的温测探头接触体表即可测得体表温度,并将数据通过主控制器反馈到显示器上;空气质量检测也是通过气体检测模块采集空气质量信息并反馈给主控制器,然后通过显示器进行显示;当感觉到空间质量较差时,可通过另设在防疫装置壳体上的开关键(图中未显示)启动空气净化功能,同样通过该开关键关闭空气净化功能;当需要进行物体或皮肤消毒时,取出防疫装置通过挤压按钮向物体或肌肤表面喷洒消毒液实现消毒功能。
具体工作参数:
采用本发明所述电子防疫盒测定了多种场景下的温度和气体指标,具体如下:
1、26℃室内:
有害气体检测:有机气体(5ppb)、二氧化碳(401ppm);
手掌温度:35.27℃。
2、燃气灶烧水:
测量距离:10cm;
有害气体检测:有机气体(215ppb)、二氧化碳(456ppm);
测量温度:107.83℃。
3、低温冷冻室:
测量距离:5cm;
有害气体检测:有机气体(127ppb)、二氧化碳(417ppm);
测量温度:-1.22℃。
本发明所述电子防疫装置的其它参数如下:
装置工作温度:-20℃~120℃;
测量目标温度:-40℃~380℃;
测温精度:0.01℃;
可检测有害气体种类:有机气体、二氧化碳、氢气、酒精;
有机气体浓度检测范围:0~60000ppb;
二氧化碳浓度检测范围:0~60000ppm;
氢气浓度检测范围:0~1000ppm;
酒精浓度检测范围:0~1000ppm;
负离子浓度:1200万 pcs/cm3;
正离子浓度:1000万 pcs/cm3;
OLED屏幕尺寸:25*15mm;
按键数量:5按键;
是否可拆卸:否。
本发明所述的防疫装置体积较小,侧面还设有挂扣,方便携带和使用。外部结构如图13所示。所述防疫装置的操作说明如下:
本发明使用传统十字键加中键按键五按键布局,即上下左右加中键;
开机:本发明设计侧部有拨动电源开关,拨动开关至ON处开机,拨动至OFF处关机,开机后处于上一次关机所处的测量模式下的数据显示界面,默认为空气质量检测模式;进入
菜单:当处于数据显示界面时,按下中键则进入主菜单界面,其中包含(顺序从左到右):第一行:“体温测量模式”、“目标温度测量模式”、“环境温度测量模式”、“气体浓度测量模式”(“空气质量测量模式”);第二行:参数设置;切换选项使用十字键,选中选项使用中键;
选择测量模式:即从“体温测量模式”、“目标温度测量模式”、“环境温度测量模式”、“气体浓度测量模式”(“空气质量测量模式”)之中选择一个模式进行数据测量,切换选项使用十字键,选中选项使用中键,选中哪一种选项就进入哪一种测量模式;
进入参数设置菜单:在主菜单中选中“参数设置”选项即可进入,其中包含“温度上限”、“温度下限”、“温度格式”三个选项,切换选项使用十字键,选中选项使用中键,按上键返回主菜单、按下键返回数据显示界面;
温度上下限设置:在参数设置菜单中选中“温度上限”、“温度下限”选项即可进入,使用十字键的上、下来步进加减温度上下限,步进长度0.02℃,上下键长按2s进入连续步进模式,步进长度0.02℃,间隔时间为0.15s,使用中键确定并保存数据,自动返回参数设置菜单;
温度格式设置:即摄氏度与华氏度切换,在参数设置菜单中选中“温度格式”选项即可进入,使用十字键的上、下来切换温度格式,使用中键确定并保存格式,自动返回参数设置菜单。
需要说明的是,以上所述的实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明的保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明实质和范围的前提下,对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,包括壳体;其特征在于:所述防疫盒还包括用于接收、处理、发送数据的主控制器、用于将锂电池输出电压转为各个模块所需要电压的电压转换模块、用于检测空气中有害气体浓度的气体检测模块、用于空气杀菌的空气净化模块、用于对物体表面进行喷雾消毒喷雾消毒模块、用于测量人体体温的温度检测模块、充电模块以及用于人机交互的显示模块、按键模块和声音模块;
所述气体检测模块、空气净化模块和温度检测模块分别通过I²C接口与所述主控制器连接;所述显示模块、按键模块和声音模块分别通过I/O口与所述主控制器连接;所述电压转换模块分别与主控制器、气体检测模块、温度检测模块、显示模块、按键模块、声音模块的供电口相连;所述主控制器基于arduino系统,用于处理从所述气体检测模块、温度检测模块和按键模块中获取的原始数据,处理后发送到所述显示模块和声音模块;所述显示模块显示参数,所述按键模块选择参数,所述声音模块发出信号,用于人机交互。
2.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述电压转换模块由7.4v可充电锂电池、7.4v转1.8v电压转换电路、7.4v转3.3v电压转换电路和7.4v转5v电压转换电路组成。
3.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述气体检测模块采用SGP30气体传感器。
4.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述空气净化模块采用高压等离子发生器。
5.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述喷雾消毒模块采用挤压式气泵结构。
6.根据权利要求5所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述喷雾消毒模块包括消毒液盒和与所述消毒液盒管接的挤压按钮;所述消毒液盒与所述壳体卡接,所述挤压按钮设置在所述壳体的侧面上。
7.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述温度检测模块采用MLX90614A热电堆测温传感器。
8.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述显示模块采用0.96寸128×64点阵OLED显示器。
9.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:所述声音模块采用无源蜂鸣器。
10.根据权利要求1所述的集成测温、空气检测、净化和病菌消杀的四合一便携电子防疫盒,其特征在于:在所述壳体的侧面上还设有挂扣。
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