CN212789242U - 物联网交流直驱紫外led/纳米银线广谱杀菌系统 - Google Patents

Abstract

物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，包括：塑料外壳，杀菌单元，环境监测单元，通风机，本地控制器，远程监控中心，通信模块；塑料外壳是由底座和外罩构成的一个空腔，空腔的一端是进风口，另一端是出风口，两端均有防尘网，杀菌装置由1‑5节杀菌层构成，每节杀菌层包括杀菌纳米银线网格、交流直驱深紫外LED模组；杀菌时空气流动方向：进风口→控制室→通风机→纳米银线网格→深紫外LED子模块→出风口；本地控制器把接受的各功能单元信息反馈至通信模块，通信模块以无线传输模式把该信息发送至远程控制中心服务器，以便于进行远程管控及运维。

Description

物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统

技术领域

本实用新型涉及医疗防护杀菌领域，具体涉及一种物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统。

背景技术

紫外光杀菌就是通过紫外光的照射，利用适当波长的紫外光能够破坏微生物机体细胞中的 DNA( 脱氧核糖核酸 ) 或 RNA( 核糖核酸 ) 的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。紫外光消毒是一种物理方法，具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化等优点。紫外光LED 消毒在食品消毒杀菌领域应用逐渐受到越来越多的关注。因此，空气净化器的生产厂家越来越多，标榜的功能都是杀菌、清除PM2.5，分解有机挥发性的物质（VOC），里面的结构都是离不开过滤网，活性碳网及负离子发生器，有些还有光催化功能。利用过滤网加活性碳网可以把一部份的细菌和PM2.5吸附在过滤网一部份的细菌吸附在活性碳网，但很快会堵塞过滤网和活性碳网，所以要经常清洗和更换，如果长时间不清洗或更换，过滤网和活性碳网就会积聚大量尘埃及细菌，排放的空气也有着更多的细菌。

目前的净化器所用的灯管一般都不会采用医疗级波长的紫外线灯管，只采用普通波长没有杀菌功效的紫外线灯，杀菌功能很低，医疗级的深紫外线LED灯杀菌性能强但直接照射到人体是会造成伤害，同样安装在产品上也会导至产品的结构快速老化而脆裂因而产生危险，深紫外LED的灯的使用寿命较短，所以要使用医疗级波长的紫外线杀菌灯必需要解决可抵受紫外线照射的物质材料及不可涉漏紫外光的设计，一般情况下就要把深紫外LED灯密封在装置中，使紫外光不外泄，但这样又造成通过装置的空气停留时间短，但不到深度杀菌的效果，所以单靠紫外线杀菌依然是不彻底的，达不到理想的效果。

纳米银线纳米银无毒，无耐药性，杀菌作用广泛；而且纳米银具有很好的生物相容性，能够促进伤口愈合、细胞生长及修复，对皮肤也无无任何刺激。因此，纳米银抗菌材料目前被广泛的应用于功能涂料、纺织纤维、食品、日化、医疗等领域，市场前景非常广阔，逐渐成为了工业界研究的热点。主要是依靠以下两种途径实现：

（1）接触杀菌反应。细菌的细胞膜带有负电荷，银离子能够依靠库仑力的作用吸附在细菌细胞膜表面，与膜蛋白质结合，使其结构发生变化，产生损伤。并且，银离子还能进一步穿透细胞壁进入细菌内，破坏细胞合成酶的活性，使细胞丧失分裂增殖能力而死亡。此外，银离子也能破坏细菌及微生物的电子及物质传输系统。完成杀菌作用后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行上述杀菌活动，从而循环往复的杀灭细菌，因此其可以保持持久的抗菌效果。

（2）催化杀菌作用。在光的作用下，纳米银的电子被光激发，进而催化激活水中或空气中的氧，使其产生羟基自由基及负氧离子。羟基自由基和负氧离子具有很强的杀菌作用，能在短时间内破坏细菌的增殖能力，加快细胞凋亡的速度，从而达到抗菌的目的。

从上述情况可知，单一的纳米银线杀菌效果很差，很难达到应用的效果，这也是纳米银杀菌未能很好地应用存在的问题，如何获取较多的银离子，更有效的杀菌，如采用紫外线照射激发单质银释放电子形成银离子，是一种有效的方法。如果能实现紫外光和纳米银线互补杀菌消毒，应该是一种不错的选择。

医院及诊所是最多病菌病毒的地方，公共场所、学校是人群密集的地方也是最容易感染病菌的地方，针对以上的问题是需要一种杀菌杀病毒有强劲的功效，可以远程维护避免交叉感染而又环保的杀菌杀病毒的设备，是当前医院、学校等公共场所光谱、高效杀菌亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，能够自动监测到深紫外杀菌装置的工作状态，确保深紫外杀菌是可靠的，而且远程运维方便。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，包括：塑料外壳，杀菌单元，铝合金罩，铝合金底座，纳米银线网格，深紫外LED模组，环境监测单元，通风机，本地控制器，进风口，出风口，电源连接线，远程监控中心，通信模块；所述塑料外壳是由底座和外罩构成的一个空腔，空腔的一端是进风口，另一端是出风口，两端均有防尘网，塑料空腔内设置有控制室和杀菌单元，所述的杀菌单元包括铝合金罩，铝合金底座，纳米银线网格，深紫外LED模组，铝合金罩内部通过抛光处理，并与铝合金底座共同围合成一个空腔，所述杀菌装置由1-5节杀菌层构成，每节杀菌层包括杀菌纳米银线网格、交流直驱深紫外LED模组；杀菌纳米银线网格通过夹持片固定在铝合金骨架上，杀菌纳米银线网纱通过骨架的固定孔由螺丝固定在铝合金底座上，交流直驱深紫外LED模组通过基板的固定孔由螺丝固定在铝合金罩的顶部，交流直驱深紫外LED模组通过导线与本地控制器电路连接，本地控制器与通信模块电路连接，本地控制器获取交流直驱深紫外LED模组的电流、电压及功率信息存储在本地存储器中，同时通过通信模块以无线传输模式发送至远程监控中心；所述的环境监测单元有导线和RS485串口与本地控制器连接，所述的通风机有导线和RS485串口与本地控制器连接；以上各功能单元相互连接并进行信息交互构成本系统的杀菌监控体系。

所述的杀菌纳米银线网格，其特征在于杀菌纳米银线网格由网纱布和复合纳米银线组成，其制作过程如下:将尼龙丝交互孔径为100-200微米的网纱，依次用去离子水和乙醇在超声清洗机中超声清洗，取出干燥，将干燥后的网纱放入含有HPC的银纳米线浆液中，过一段时间取出沥干，再将提前制备好的含有铁纳米颗粒的溶液喷涂在沥干后的复合网纱上，烘干后即可得到本技术方案的杀菌纳米银线尼龙纱，把制作好的复合纳米银线网纱按铝合金骨架尺寸剪裁并夹持固定在骨架上，构成具有防硫化的长寿命广谱杀菌功能的杀菌纳米银线网格。

所述的交流直驱深紫外LED模组，其特征在于交流直驱深紫外LED模组由LED灯珠和驱动电路构成，每个LED子模组有5-7颗LED灯珠构成，每颗灯珠功率为1-3W，单个子模组功率的输出为5-20W，LED灯珠经过串并连接后与芯片驱动模块连通受驱动模块控制LED灯珠发光工作，LED灯珠的发出的光波为200-280nm，LED模组的驱动模块有导线和RS485接口与本地控制器连接，并受本地控制器的控制LED灯珠工作及调节LED模组的输出功率，根据远程监控中心的指令进行高效消毒杀菌。

所述的交流直驱深紫外LED模组,其特征在于交流直驱深紫外LED模组由1-5个子LED模组构成，单个子模组功率的输出为5-20W，交流直驱深紫外LED模组输出功率为5-100W，本地控制器通过RS485接口控制交流直驱电路输出驱动LED模组的实时输出功率。

所述的本地控制器，其特征在于本地控制器包括：MCU模块连接的通信模块、开关控制模块、存储模块、监测和计量模块、电源模块，本地控制器通过RS485接口与环境监测单元的温度传感器、湿度传感器信号连接，获取本杀菌装置所在环境的温湿度，并把该温湿度储存到本地存储器中，同时，本地控制器把该信息反馈至通信模块，通信模块以无线传输模式把该信息发送至远程控制中心服务器，远程控制主机访问服务器获取深紫外LED模组的电流、电压、功率信息及环境的温湿度信息并把这些信息通过监视器显示出来，以便于进行远程管控及运维。

所述的通信模块，其特征在于通信模块为NB-IOT通信模块，LORA通信模块或GPRS通信模块中的一种，特别的当通信模块选择LORA通信模块时，通信模块首先把获取的信号传输至网关，有网关把本地信号发送至远程控制中心。

所述的深紫外LED模组，其特征在于深紫外LED模组的电路基板涂覆一层防紫外线涂层，以减轻紫外线对基板的老化，LED模组的连接导线也有防紫外线包层，以减轻紫外线对导线绝缘层的老化和氧化。

本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：

1、本实用新型通过深紫外LED灯光催化杀菌作用，在紫外光的辐照作用下，纳米银的电子被光激发，进而催化激活水中或空气中的氧，使其产生羟基自由基及负氧离子。羟基自由基和负氧离子具有很强的杀菌作用，能在短时间内破坏细菌的增殖能力，加快细胞凋亡的速度，从而达到抗菌的目的；

2、深紫外LED灯光与纳米银线互补复合对空气中的病毒和细菌进行抑制或灭杀，提高了杀菌装置的消毒效果；

3、本系统的深紫外LED灯源驱动采用交流直驱芯片驱动，解决了传统LED灯采用开关电源驱动存在的成本高、寿命短的问题，交流直驱芯片驱动LED灯珠可以实现百万次开关、长寿命、低成本、易控制及抗浪涌能力强，这是采用开关电源所无法做到的；而开关电源由于存在易损器件(如电解电容),寿命短、成本高、难控制是驱动电源最大的缺点，采用芯片驱动LED工作是LED应用技术发展的必然趋势；

4、本系统采本地控制器与远程监控中心服务器的通信通过NB-IOT通信模块直接以无线方式传输，实现了NB-IOT通信的高稳定、低功耗、长距离和抗干扰，发挥NB-IOT通信在物联网应用特有的优势，实现可远程管理和维护本杀菌装置，不仅高效方便还避免了经常去如医院等高危场所的交叉感染的几率，具有很好的应用前景，值得推广。

附图说明

图1为本实用新型物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统部分剖视示意框图；

图2为纳米银线网格结构示意图；

图3为本实用新型物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统电路逻辑结构示意图；

图4为本实用新型的LED交流直驱电路原理图；

图5为本实用新型的本地控制器结构示意图；

图中，1、塑料外壳， 2、杀菌单元，21、铝合金罩，22、铝合金底座，23、纳米银线网格，231，铝合金骨架，232、纳米银线纱网，233、固定孔，24、深紫外LED模组，3、环境监测单元，31、温度传感器，32、湿度传感器，4、通风机，5、本地控制器，6、进风口，7、出风口，8、电源连接线，9、远程监控中心，91、控制主机，92、监视器，10、通信模块。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。

参照图1-5所示，物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，包括：塑料外壳1，杀菌单元2，铝合金罩21，铝合金底座22，纳米银线网格23，深紫外LED模组24，环境监测单元3，通风机4，本地控制器5，进风口6，出风口7，电源连接线8，远程监控中心9，通信模块10；所述塑料外壳1是由底座和外罩构成的一个空腔，空腔的一端是进风口6，另一端是出风口7，两端均有防尘网，塑料空腔内设置有控制室和杀菌单元2；所述的杀菌单元2包括铝合金罩21，铝合金底座22，纳米银线网格23，深紫外LED模组24，铝合金罩21内部通过抛光处理，并与铝合金底座22共同围合成一个空腔，所述杀菌装置由1-5节杀菌层构成，每节杀菌层包括杀菌纳米银线网格23、交流直驱深紫外LED模组24；杀菌纳米银线网格23通过夹持片固定在铝合金骨架231上，杀菌纳米银线网纱232通过骨架231上的固定孔233由螺丝固定在铝合金底22座上，交流直驱深紫外LED模组24通过基板的固定孔由螺丝固定在铝合金罩21的顶部，交流直驱深紫外LED模组24通过导线与本地控制器5电路连接，本地控制器5与通信模块10电路连接，本地控制器5获取交流直驱深紫外LED模组24的电流、电压及功率信息存储在本地存储器中，同时通过通信模块10以无线传输模式发送至远程监控中心9；所述的环境监测单3元有导线和RS485串口与本地控制器5连接，所述的通风机4有导线和RS485串口与本地控制器5连接；以上各功能单元相互连接并进行信息交互构成本系统的杀菌监控体系。

所述的杀菌纳米银线网格，其特征在于杀菌纳米银线网格23由网纱布和复合纳米银线组成，其制作过程如下:具体实施过程如下：将尼龙丝交互孔径为100微米的尼龙纱，依次用去离子水和乙醇在超声清洗机中超声清洗3次，每次超声2min，然后捞出，在60℃的烘箱中过夜干燥；将干燥后的尼龙纱放入浓度为2.0mg/mL含有0.02%HPC的银纳米线浆液中，浸泡5min后，取出沥干，再浸泡沥干，循环3次后停止。再将提前制备好的含有铁纳米颗粒的溶液喷涂在沥干后的复合尼龙纱上，烘干后即可得到本技术方案的杀菌纳米银线尼龙纱，把制作好的复合纳米银线网纱232按铝合金骨架尺寸剪裁并夹持固定在骨架231上，构成具有防硫化的长寿命广谱杀菌功能的杀菌纳米银线网格23。

所述的交流直驱深紫外LED模组，其特征在于交流直驱深紫外LED模组24由LED灯珠和驱动电路构成，每个LED子模组有5-7颗LED灯珠构成，每颗灯珠功率为1-3W，单个子模组功率的输出为5-20W，LED灯珠经过串并连接后与芯片驱动模块连通受驱动模块控制LED灯珠发光工作；LED灯珠的发出的光波为200-280nm，LED模组24的驱动模块有导线和RS485接口与本地控制器5连接，并受本地控制器5的控制LED灯珠工作及调节LED模组的输出功率，根据远程监控中心9的指令进行高效消毒杀菌。

所述的交流直驱深紫外LED模组24,其特征在于交流直驱深紫外LED模组24由1-5个子LED模组构成，单个子模组功率的输出为5-20W，交流直驱深紫外LED模组24输出功率为5-100W，本地控制器5通过RS485接口控制交流直驱电路输出驱动LED模组24的实时输出功率。

所述的本地控制器，其特征在于本地控制器5包括：MCU模块连接的通信模块、开关控制模块、存储模块、监测和计量模块、电源模块，本地控制器5通过RS485接口与环境监测单元3的温度传感器31、湿度传感器32信号连接，获取本杀菌装置所在环境的温湿度，并把该温湿度储存到本地存储器中，同时，本地控制器5把该信息反馈至通信模块10，通信模块10以无线传输模式把该信息发送至远程控制中心9服务器，远程控制主机91访问服务器获取深紫外LED模组24的电流、电压、功率信息及环境的温湿度信息并把这些信息通过监视器92显示出来，以便于进行远程管控及运维。

所述的通信模块，其特征在于通信模块10为NB-IOT通信模块，LORA通信模块或GPRS通信模块中的一种，特别的当通信模块10选择LORA通信模块时，通信模块首先把获取的信号传输至网关，有网关把本地信号发送至远程控制中心。

所述的深紫外LED模组，其特征在于深紫外LED模组24的电路基板涂覆一层防紫外线涂层，以减轻紫外线对基板的老化，LED模组的连接导线也有防紫外线包层，以减轻紫外线对导线绝缘层的老化和氧化。

实施例

安装好本实例装置，接通市电电源，来自市电220V的电力通过本地控连通控制深紫外LED模组24，这里本地控制器的MCU模组采用STM32F103RET6型，该芯片模组基于ARM高密度性能线32位MCU，具有265-512位闪存，USB,CAN,11个定时器，3个ADC，13个通信接口，可以满足本主控制其的技术需求；深紫外LED模组24驱动芯片U1上电启动，驱动芯片U1选用合肥云杉光电有限公司生产的高性能新品，芯片型号为K31，LED灯珠选用5050信号的高效率紫外光LED灯珠，灯珠的发光波长为265nm，单个LED子模块7颗高高效LED灯珠串并联构成，单颗LED电压为18V，电流为100-300mA,经过整流、滤调、压过程LED子模块的电路与驱动芯片U1连接，构成LED驱动回路，U1芯片的电流采样端口3及输出端口4通过MOS晶体管QD与调光电路连通，调光电路的信号输出端NV（dc）+和NV（dc）-通过RS485接口与本地控制器信号连接，构成LED的功率调整回路，本实施例的深紫外LED子模块的输出功率为10W，有3个LED子模块构成本装置的杀菌深紫外LED模组24，深紫外LED模组24的总功率为30W。本地控制器5通过导线和信号线与分别与通风机6连接，通风机6启动旋转使空气流动，空气流通方向依次经过：进风口→控制室→通风机→第一纳米银线网格→第一深紫外LED子模块→第二纳米银线网格→第二深紫外LED子模块→第三纳米银线网格→第三深紫外LED子模块→出风口。本地控制器5通过导线和信号线与温度传感器31、湿度传感器32相连通，本地控制器5获取上述各功能单元的数据信息储存到本地存储器，同时，通过通信模块10发送至远程监控中心9的服务器；这里通信模块10采用NB-IOT通信模块，该模块为：上海移远通信技术股份有限公司生产的NB-IOTBC28模组，BC28 基于华为海思芯片平台研发，支持 B1/B3/B5/B8/B20/B28 频段，在 multi tone 模式下最大上行速率可达 62.5kbps。BC28 是一款超紧凑、高性能、低功耗的多频段NB-IOT无线通信模块。其尺寸仅为 17.7mm × 15.8mm × 2.0mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，同时有效地帮助客户减小产品尺寸并优化产品成本。BC28 在设计上兼容移远通信 GSM/GPRS 系列的 M26 模块，方便客户快速、灵活的进行产品设计和升级。远程监控中心的控制主机访问服务器把LED模组的电压、电流、功率，及通风机功率，环境温湿度信息通过监视器以图文的形式显示出来，并对本杀菌装置进行远程监控和运维。

如需要对当前深紫外LED模组24进行降功率控制，把LED光源模组功率降低为20W，首先在远程监控中心的控制主机的控制命令窗口设置LED光源模组功率为20W,该控制指令通过服务器下发指令，NB-IOT通信模块接收该指令，并把指令信息反馈至本地控制器5，本地控制器5把控制指令反馈至LED驱动控制电路的调光模块，调光模块把调光信号反馈至驱动芯片U1，驱动芯片输出LED的驱动功率为20W，这样完成一次降功率调光控制，以节省能源。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，包括：塑料外壳，杀菌单元，铝合金罩，铝合金底座，纳米银线网格，深紫外LED模组，环境监测单元，通风机，本地控制器，进风口，出风口，电源连接线，远程监控中心，通信模块；其特征在于塑料外壳是由底座和外罩构成的一个空腔，空腔的一端是进风口，另一端是出风口，两端均有防尘网，塑料空腔内设置有控制室和杀菌单元，所述的杀菌单元包括铝合金罩，铝合金底座，纳米银线网格，深紫外LED模组，铝合金罩内部通过抛光处理，并与铝合金底座共同围合成一个空腔，所述杀菌装置由1-5节杀菌层构成，每节杀菌层包括杀菌纳米银线网格、交流直驱深紫外LED模组；杀菌纳米银线网格通过夹持片固定在铝合金骨架上，杀菌纳米银线网纱通过骨架的固定孔由螺丝固定在铝合金底座上，交流直驱深紫外LED模组通过基板的固定孔由螺丝固定在铝合金罩的顶部，交流直驱深紫外LED模组通过导线与本地控制器电路连接，本地控制器与通信模块电路连接，本地控制器获取交流直驱深紫外LED模组的电流、电压及功率信息存储在本地存储器中，同时通过通信模块以无线传输模式发送至远程监控中心；所述的环境监测单元有导线和RS485串口与本地控制器连接，所述的通风机有导线和RS485串口与本地控制器连接；以上各功能单元相互连接并进行信息交互构成本系统的杀菌监控体系。

2.根据权利要求1所述的物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，其特征在于杀菌纳米银线网格由网纱布和复合纳米银线组成，复合纳米银线网纱按铝合金骨架尺寸剪裁并夹持固定在骨架上，构成具有防硫化的长寿命广谱杀菌功能的杀菌纳米银线网格。

3.根据权利要求1所述的物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，其特征在于交流直驱深紫外LED模组由LED灯珠和驱动电路构成，每个LED子模组有5-7颗LED灯珠构成，每颗灯珠功率为1-3W，单个子模组功率的输出为5-20W，LED灯珠经过串并连接后与芯片驱动模块连通受驱动模块控制LED灯珠发光工作，LED灯珠的发出的光波为200-280nm，LED模组的驱动模块有导线和RS485接口与本地控制器连接，并受本地控制器的控制LED灯珠工作及调节LED模组的输出功率，根据远程监控中心的指令进行高效消毒杀菌。

4.根据权利要求1所述的物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统,其特征在于交流直驱深紫外LED模组由1-5个子LED模组构成，单个子模组功率的输出为5-20W，交流直驱深紫外LED模组输出功率为5-100W，本地控制器通过RS485接口控制交流直驱电路输出驱动LED模组的实时输出功率。

5.根据权利要求1所述的物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，其特征在于本地控制器包括：MCU模块连接的通信模块、开关控制模块、存储模块、监测和计量模块、电源模块，本地控制器通过RS485接口与环境监测单元的温度传感器、湿度传感器信号连接，获取本杀菌装置所在环境的温湿度，并把该温湿度储存到本地存储器中，同时，本地控制器把该信息反馈至通信模块，通信模块以无线传输模式把该信息发送至远程控制中心服务器，远程控制主机访问服务器获取深紫外LED模组的电流、电压、功率信息及环境的温湿度信息并把这些信息通过监视器显示出来，以便于进行远程管控及运维。

6.根据权利要求1所述的物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，其特征在于通信模块为NB-IOT通信模块，LORA通信模块或GPRS通信模块中的一种。

7.根据权利要求1所述的物联网交流直驱紫外LED/纳米银线广谱杀菌系统，其特征在于深紫外LED模组的电路基板涂覆一层防紫外线涂层，以减轻紫外线对基板的老化，LED模组的连接导线也有防紫外线包层，以减轻紫外线对导线绝缘层的老化和氧化。

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