一種醫(yī)用紫外線消毒器紅外遙控系統(tǒng)的設計

林和文 中國人民解放軍陸軍第七十三集團軍醫(yī)院 （福建 廈門 361000）

內(nèi)容提要： 目的：設計一種紅外遙控系統(tǒng)，用于控制醫(yī)用紫外線消毒器的運行狀態(tài)。方法：紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)以AT89C2051為主控芯片，紅外接收系統(tǒng)采用AT89S52為主控芯片，采用紅外遙控編碼原理和解碼原理，通過紅外遙控系統(tǒng)控制消毒器的運行狀態(tài)。紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)主要由AT89C2051、行列式操作鍵盤、低功耗空閑方式控制電路、紅外發(fā)射電路、電源等部分組成；紅外接收系統(tǒng)主要由紅外遙控接收電路、電源電路、報警電路、運行指示電路、復位電路、晶振電路等。結(jié)果：經(jīng)過臨床測試，本系統(tǒng)能夠遠距離控制醫(yī)用紫外線消毒器，避免醫(yī)務人員在使用過程中被紫外線損傷。結(jié)論：該系統(tǒng)可以減少醫(yī)務人員的操作風險，對于保護醫(yī)務人員的操作環(huán)境，具有較大的臨床意義。

醫(yī)院消毒滅菌是控制和降低醫(yī)院感染的必要手段，是確保醫(yī)療安全的重要環(huán)節(jié)，特別是新型冠狀病毒的出現(xiàn)，更加說明消毒滅菌的重要性[1]?，F(xiàn)階段醫(yī)院消毒設備主要包括空氣消毒機、滅菌燈、紫外線消毒器、床單位消毒機等，其中紫外線消毒器作為移動消毒設備，由于其價格便宜，使用方便，醫(yī)院都有大量配備。但是紫外線消毒器在消毒的同時，由于很多紫外線消毒器采用常見的撥動開關，醫(yī)務人員在使用開機時，紫外線消毒器馬上產(chǎn)生紫外線，醫(yī)務人員不可避免的會近距離接觸紫外線，這些情況可能造成人體皮膚的損傷和眼睛的損害，比如皮膚紅腫、皮疹；眼睛結(jié)膜炎、角膜炎、紅腫、疼痛流量等[2]。本項目設計一種紫外線消毒器紅外遙控系統(tǒng)，接在紫外線消毒器的電源控制部分，通過紅外遙控系統(tǒng)實現(xiàn)遠距離的控制紫外線消毒器的運行狀態(tài)，保證醫(yī)務人員減少近距離的接觸紫外線[3]。

1.資料與方法

1.1 硬件設計

本系統(tǒng)采用的紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)主芯片為AT89C2051，紅外接收系統(tǒng)采用的主控制芯片為AT89S52，紅外接收器為HS0038。紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)主要由AT89C2051、行列式操作鍵盤、低功耗空閑方式控制電路、紅外發(fā)射電路、電源等部分組成；紅外接收系統(tǒng)主要由紅外遙控接收電路、電源電路、報警電路、運行指示電路、復位電路、晶振電路等[3]。其硬件電路框圖如圖1和圖2所示。

圖1. 紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)硬件框圖

圖2. 紅外遙控接收系統(tǒng)硬件框圖

圖3. 紅外線發(fā)射電路

圖4. 紅外線接收電路

1.1.1 紅外線發(fā)射電路設計

本系統(tǒng)采用的紅外線發(fā)射電路的主芯片為AT89C2051，其定時器調(diào)制成38.5kHz的紅外線載波信號，由端口P3.5輸出，再經(jīng)過Q2三極管放大信號，由紅外發(fā)射管D2發(fā)出紅外線。其電路圖如圖3所示，XTAL1腳和XTAL2腳連接C2、C3和晶振Y1作為晶振電路；C1和R2連接+3V電壓作為復位電路；三極管Q1通過電阻R3連接P3.0腳，再通過運行指示燈D1，組成運行指示電路；按鍵S1～S5以及相應的二極管D3～D8，組成按鍵電路[4]。

1.1.2 紅外線接收電路設計

本系統(tǒng)采用的紅外線接收器為HS0038，其主要功能是用于接收紅外發(fā)射電路發(fā)出的紅外信號。HS0038的接收頻率為38kHz，接收到信號時，其3腳輸出低電平，接收不到信號時，其3腳輸出高電平[5]。該紅外線接收電路的供電電壓為+3V，通過電阻R1連接1腳，通過R2連接2腳，其電路圖如圖4所示。

圖5. 紅外遙控編碼程序框圖

1.2 軟件設計

本系統(tǒng)的紅外遙控編碼原理采用脈寬調(diào)制的串行碼，定義以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”。“0”和“1”組成的42位二進制碼經(jīng)38kHz的載頻進行二次調(diào)制后提高發(fā)射效率，從而達到降低電源功耗的目的[6]。

本系統(tǒng)的紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)按下控制鍵，對應的紅外編碼信號指令調(diào)制在38kHz的載波上，經(jīng)紅外發(fā)生器的紅外發(fā)光二極管波長為940nm的紅外光發(fā)射出去，紅外線接收系統(tǒng)的紅外接收器接收信號后，把紅外信號轉(zhuǎn)變成電信號，經(jīng)放大、解調(diào)、濾波后，輸出主控制芯片AT89S52，AT89S52對此編碼信號進行判斷、識別，進而控制設備的運行狀態(tài)[7]。其紅外遙控編碼程序框圖如圖5所示。

本系統(tǒng)主程序首先進行初始化，然后進行按鍵掃描子程序，接著一直處于判斷是否接收紅外信號，當紅外接收系統(tǒng)接收到紅外信號時，數(shù)碼管顯示接收狀態(tài)，并判斷紅外遙控系統(tǒng)是否異常，如果沒有出現(xiàn)異常，紅外紫外線就處于運行狀態(tài)；如果出現(xiàn)異常，進入報警子程序，提示醫(yī)務人員系統(tǒng)運行出錯。其主程序框圖如圖6所示。

圖6. 紅外遙控系統(tǒng)主程序框圖

2.臨床測試結(jié)果

紫外線消毒器紅外遙控系統(tǒng)主要運用于紫外線消毒器運行狀態(tài)的控制。在臨床運用中，先把紅外遙控接收系統(tǒng)安裝在紫外線消毒器的電源輸入上，醫(yī)務人員就可以通過紅外遙控發(fā)射系統(tǒng)進行遠距離控制紫外線消毒器的運行狀態(tài)[7]。本系統(tǒng)通過32臺紫外線消毒器的運用過程中，可以實現(xiàn)紅外遙控功能，醫(yī)務人員避免近距離接觸紫外線[8,9]。

3.小結(jié)

紫外線消毒器作為常見的消毒設備，在醫(yī)院的空氣消毒中被廣泛的使用。本系統(tǒng)針對現(xiàn)階段一些紫外線消毒器只能采用近距離的撥動開關控制，設計一種紅外遙控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠距離的控制消毒器的運行狀態(tài)，減少醫(yī)務人員被紫外線損傷的隱患。本系統(tǒng)使用簡便，操作簡單，保證醫(yī)務人員的操作環(huán)境，減少醫(yī)務人員的醫(yī)療風險，具有較大的意義[10]。