试论双手自动消毒机控制系统设计

许永豪

摘要：本文叙述了一种双手自动消毒机控制系统的设计。消毒机可以对伸入的人手进行感知，并自动喷射酒精，达到用酒精对人双手进行消毒的目的。消毒机控制系统的硬件电路由液位检测电路、双手感知电路、P87LPC767单片机、电动执行电路和一些附属电路组成；消毒机控制系统的软件部分采用模块化的编程方法。

关键词：双手自动消毒机；控制系统设计

一、消毒机工作过程原理

消毒机由废酒精收集盒、酒精储存箱、控制器、水泵、红外收发器和水位检测电路等组成。当消毒机加电时，红外收发器不断发射红外信号，当消毒机的放手处没有放入手时，红外收发器没有接收到反射的红外光，说明没有手伸入，此时消毒机不喷酒精；当手伸入到喷嘴下方的放手处时，在喷嘴附近的红外收发器的接收电路感知手的存在，并把信号传输给单片机，如果此时废酒精收集盒已放好（K1已闭合）、酒精储存箱的酒精足够（酒精液位不是低位），则消毒机对伸入的双手进行喷酒精消毒。控制器通过液位电路测量液位的高低，通过接近开关感知废酒精收集盒是否放好。喷酒精时间长短可通过电位器在2~10秒钟范围内调节，以适应不同场合的要求。如果在喷酒精的过程中手被拿出，则控制器立即停止喷酒精。如果要多次喷酒精，则需要先把手拿出，重新伸入才能进行第二次喷酒精过程。

为了方便用户使用消毒机，消毒机的面板实时显示消毒机的工作状态并进行事故报警。控制器实时检测医用酒精储存箱中酒精的液位，并在面板上用LED进行高低液位显示，当酒精液位为低时，进行声光报警，要求用户添加酒精，此时不可以喷酒精。在添加酒精前，需要先把废酒精收集盒拿出才能注入酒精。当废酒精收集盒被拿出后，接近开关打开，并在面板用LED指示，此时禁止喷酒精。在添加酒精过程中，当液位显示为高时，表明酒精接近满，停止注入酒精。

二、消毒机的硬件系统设计

本文设计一种经济实用方案，该方案选用了Philips公司的LPC系列OTP型单片机P87LPC767，其有足够的1/O口，1/O脚可直接驱动LED，1/O具有施密特输入方式，内有8位的AD转换器，可用于喷酒精的时间设定。该单片机适合在此消毒机中应用。本文设计的控制器硬件电路由单片机、液位检测电路、红外收发器（红外双手感知电路）、LED指示电路和控制输出电路组成。

消毒机所用的酒精为医用酒精，医用酒精含有30％左右的水，可采用如图1所示的三个金属片来检测液位的高低。金属片A、B、C分别代表三个电极，其位置如图1所示。和分别为电极A与电极B、电极A与电极C之间的电阻，R的阻值在2M。当电极A接电源E（+5V）后，电极A与电极B或电极A与电极C之间为空气时，电压V或者V为低电位；当它们之间为酒精时，电压V或者V为高电位。单片机根据电压V和V的高低确定液位的状况，分成高、中、低三段，在面板上用LED显示。当为液位为低时，控制器进行声音报警，提醒工作人员需要增加酒精。由于流过医用酒精的电流为1A左右，电压也不高，因而不可能产生火花而点燃酒精。

红外感应采用反射式感应，LM567在5脚产生一定频率的方波，该频率由电容C和电阻R确定，同时该频率的方波通过晶体管放大器放大后驱动红外发射管以红外波的形式发射出去。当没有手伸入时，反射的红外光极少；当遇到手时，大量红外光被反射，红外接收电路接收到该频率的方波，经过放大器放大后，通过LM567的第3脚输入LM567中。LM567的内部电路对第5脚和第3脚的信号频率进行判断，如果第3脚的信号频率在以第5脚信号中心频率的带宽内（该带宽主要由电容C确定），则在第8脚输出低电平，否则输出高电平，控制器据此判断是否有手伸入消毒机内。

红外收发器电路由两片LM567、红外发射和接收管及其它外围元器件组成，两片的外围电路的拓扑结构完全相同，元件参数有所不同，分别感知左右手，该电路以LM567为核心，通过附加红外发射和接收电路组成消毒机的红外收发器，VD1为红外接收二极管VD2为红外发射二极管。

（图1液位检测电路）

左右手电路的参数不同主要表现在电阻R2和电容C4不同，使左右手感知电路有不同的中心频率，不同参数的选取使两个中心频率之间的距离大于两者的带宽之和，左右感知电路的接收频率范围没有重迭的地方，相互不会干扰。该红外双手感知电路的最大特点是实现红外方波的发射与接收中心频率的同步和自动跟踪，即红外发射部分不设专门的脉冲发生电路，而直接从接受部分的检测电路引出，既简化了线路和调试工作量，又防止元器件参数不一致而造成的收发频率相差太大而一起误判断，使电路稳定性和抗干扰能力大大增强。

控制器中单片机的外围引脚连接如图2所示，其中K1为用于检测废酒精收集盒是否安装好的接近开关，W1为调节喷酒精时间长短的电位器，LED1~LED4为面板指示LED，Buzzer为报警的蜂鸣器，Relay为控制水泵开关的继电器，单片机的P1.3脚通过三极管9014驱动继电器，继电器再驱动水泵进行酒精的喷洒。

（图2单片机及其接口电路）

结束语：本文介绍了一种双手消毒机的控制系统设计，该控制系统以P87LPC767为核心，双手检测电路主要采用LM567芯片和红外收发器件，控制输出采用三极管驱动继电器再驱动电机的方法，该电路设计简单可靠，方便了人们生活。

参考文献

[1]裴蓓.自动检测与转换技术［M］.北京：人民邮电出版社，2010.