消毒烘干机的设计方案
QooIC.com 新闻出处：电子市场 | 发布时间：2011/3/16 14:39:43
0 引言
随着生活水平的提高，人们的卫生意识不断增强。在公共场所用纸巾擦手将会造成交叉感染和资源浪费。传统的干手机只能烘手，不能消毒，干手的时间长达近30s。因此，本文针对普通干手机的不足，设计一种新型的干手机，干手时间仅为3～5s，手伸即喷，手离即停，无延时喷雾现象。
1硬件总体设计
1．1系统组成
该设计以EM78P419N处理器为核心，由红外发射模块、接收模块、消毒模块、干手模块、液位显示、报警模块、电源等组成。设计时，各个模块可相对独立设计调试，最后集成为整个系统。硬件系统框图如图1所示。
1．2工作原理
利用红外漫反射原理来感应是否有手置入。需要干手时，将手放到干手机里，红外线被手反射到红外接收器，红外接收器将光信号转换成电信号送到单片机中，信号经过处理后启动消毒模块，几秒后，执行干手动作。为了保证消毒水的正常供应，在开机时，干手机会对消毒水位进行检查，当水位低于1／5时，电路会报警。同时，考虑到季节的不同，可切换凉风和热风，降低年运行费。
2硬件设计
电路原理图如图2所示。
2．1处理器EM78P419N
EM78P419N是采用低功率、高速CMOS工艺制造的8位单片机。其内部有4K×13位一次性只读ROM，8级堆栈供子程序嵌套，8位实时定时／计数器，8位多路A／D转换器，3个脉冲宽度调制器，6个中断源，可编程自由运行看门狗定时器，3个双向I／O端口。
2．2红外发射、接收模块
红外发射电路由晶振电路产生455kHz信号，经分频得到稳定的38kHz载波频率，编码信号对38kHz载波信号进行调制，再经红外发射管D19向外发射红外线。当手置于干手机中时，有一部分红外线反射到接收电路中的红外接收头HS3008转换成电信号，再经过放大器Q12进行放大送到SC9149RXIN端，当接收编码与发射编码一致时，HP3输出高电平到单片机的13脚。
2．3消毒模块
该模块由电磁阀和滴水泵组成。当有手置入干手机中，单片机13脚接收到红外接收电路送来的电信号后，从9脚发出脉冲信号加到Q8管放大后供给光电耦合器U3作驱动信号。光电耦合器输出信号驱动双向可控硅管U8，可控硅管U8导通即输出220V电压传送给电磁阀使其打开。随后，单片机8脚发出的信号经处理后加到滴水泵，水泵将消毒水压上来，再通过一个雾嘴，使消毒水雾化，均匀喷在手的表面。当干手机无人使用时，机器则处于待定工作状态，此时水泵、电磁阀相继停止工作，避免出现滴露现象。
2．4干手模块
该模块由加热器、风扇、温度传感器组成。当消毒模块工作完成后，单片机6脚发出的信号经处理后加到加热器，该加热器采用内热式再循环原理，在5s内使手上的消毒水快干。为了防止加热过高，在电路中设计一个传感器TEM_SENSOR1来检测加热器的温度，当温度高于40℃，就停止工作，避免手部烫坏；当温度低于38℃，加热器工作。同时，利用U1MOS管来驱动风扇工作，将加热器的热量吹出来到达手部。考虑到季节的不同，在电路中设计一个短路跳针，在温度较高的天气，可拔掉该插件，使加热器不参与工作，单靠风扇烘干手。
2．5液位显示、报警模块
为了显示消毒水的液位情况，在电路中采用一个水位传感器来感应1／5，2／5，3／5，4／5，5／5这5个液位。当水位在某个高度时，水位传感器所测得的数据经过三极管放大，再相应地送到单片机的15，16，17，19或20脚，再通过24，23，1，2或3脚输出一个低电平给相应的发光二极管，使其发光，这样可知当前水位的高度。
当水位低于1／5时，机器开机时21脚输出高电平给BUZZER报警。同时，22脚输出低电平，使二极管发出红光，提醒消毒水不足；当水位在1／5～2／5间，11脚输出低电平，使二极管发出黄光，提醒消毒水即将不足；当消毒水加满时机器同样会蜂鸣提醒水已加满，以免不注意时溢出。
2．6电源电路
220V市电经变压器降压，分别变成5V，10．5V的交流电，再经桥式整流，电容滤波，5V的交流电稳压后得+5V电源给控制电路供电；10．5V的交流电变成12．6V的交流电提供给风扇电路。
3软件设计
主程序初始化后，首先进行水位检查，如水位低于1／5时，电路报警；否则，发射红外信号，如果检测到红外反射信号，说明有手置入，则设定工作标志，相继打开电磁阀、水泵，2s延时后，相继关闭水泵、电磁阀。打开风扇和加热器，再判断加热器的温度是否高于40℃，当温度高于40℃，加热器停止工作；当温度低于38℃，加热器工作。程序流程图如图3所示。
4主要技术参数
主要技术参数如下：
电源为AC220(1±10％)V，50／60Hz；功率为1400W；消耗功率小于等于60W；风速为100m／s；吹干时间为3～5s；感应距离为5～16cm；装液量为1700mL；噪音小于等于50dB；外型尺寸为230mm×150mm×375mm；工作方式有壁挂式、喷淋方式(定量喷淋，喷雾量小于等于10mL／次)。
5结语
采用EM78P419N单片机和红外技术相结合的新型消毒、干手双功能机，具有成本低、体积小、硬件电路简单、可靠性高的特点，可全自动控制喷雾消毒，避免了消毒前后手的交叉感染和二次感染，在各类人员聚集或流动的场所应用广泛。
随着生活水平的提高，人们的卫生意识不断增强。在公共场所用纸巾擦手将会造成交叉感染和资源浪费。传统的干手机只能烘手，不能消毒，干手的时间长达近30s。因此，本文针对普通干手机的不足，设计一种新型的干手机，干手时间仅为3～5s，手伸即喷，手离即停，无延时喷雾现象。
1硬件总体设计
1．1系统组成
该设计以EM78P419N处理器为核心，由红外发射模块、接收模块、消毒模块、干手模块、液位显示、报警模块、电源等组成。设计时，各个模块可相对独立设计调试，最后集成为整个系统。硬件系统框图如图1所示。
1．2工作原理
利用红外漫反射原理来感应是否有手置入。需要干手时，将手放到干手机里，红外线被手反射到红外接收器，红外接收器将光信号转换成电信号送到单片机中，信号经过处理后启动消毒模块，几秒后，执行干手动作。为了保证消毒水的正常供应，在开机时，干手机会对消毒水位进行检查，当水位低于1／5时，电路会报警。同时，考虑到季节的不同，可切换凉风和热风，降低年运行费。
2硬件设计
电路原理图如图2所示。
2．1处理器EM78P419N
EM78P419N是采用低功率、高速CMOS工艺制造的8位单片机。其内部有4K×13位一次性只读ROM，8级堆栈供子程序嵌套，8位实时定时／计数器，8位多路A／D转换器，3个脉冲宽度调制器，6个中断源，可编程自由运行看门狗定时器，3个双向I／O端口。
2．2红外发射、接收模块
红外发射电路由晶振电路产生455kHz信号，经分频得到稳定的38kHz载波频率，编码信号对38kHz载波信号进行调制，再经红外发射管D19向外发射红外线。当手置于干手机中时，有一部分红外线反射到接收电路中的红外接收头HS3008转换成电信号，再经过放大器Q12进行放大送到SC9149RXIN端，当接收编码与发射编码一致时，HP3输出高电平到单片机的13脚。
2．3消毒模块
该模块由电磁阀和滴水泵组成。当有手置入干手机中，单片机13脚接收到红外接收电路送来的电信号后，从9脚发出脉冲信号加到Q8管放大后供给光电耦合器U3作驱动信号。光电耦合器输出信号驱动双向可控硅管U8，可控硅管U8导通即输出220V电压传送给电磁阀使其打开。随后，单片机8脚发出的信号经处理后加到滴水泵，水泵将消毒水压上来，再通过一个雾嘴，使消毒水雾化，均匀喷在手的表面。当干手机无人使用时，机器则处于待定工作状态，此时水泵、电磁阀相继停止工作，避免出现滴露现象。
2．4干手模块
该模块由加热器、风扇、温度传感器组成。当消毒模块工作完成后，单片机6脚发出的信号经处理后加到加热器，该加热器采用内热式再循环原理，在5s内使手上的消毒水快干。为了防止加热过高，在电路中设计一个传感器TEM_SENSOR1来检测加热器的温度，当温度高于40℃，就停止工作，避免手部烫坏；当温度低于38℃，加热器工作。同时，利用U1MOS管来驱动风扇工作，将加热器的热量吹出来到达手部。考虑到季节的不同，在电路中设计一个短路跳针，在温度较高的天气，可拔掉该插件，使加热器不参与工作，单靠风扇烘干手。
2．5液位显示、报警模块
为了显示消毒水的液位情况，在电路中采用一个水位传感器来感应1／5，2／5，3／5，4／5，5／5这5个液位。当水位在某个高度时，水位传感器所测得的数据经过三极管放大，再相应地送到单片机的15，16，17，19或20脚，再通过24，23，1，2或3脚输出一个低电平给相应的发光二极管，使其发光，这样可知当前水位的高度。
当水位低于1／5时，机器开机时21脚输出高电平给BUZZER报警。同时，22脚输出低电平，使二极管发出红光，提醒消毒水不足；当水位在1／5～2／5间，11脚输出低电平，使二极管发出黄光，提醒消毒水即将不足；当消毒水加满时机器同样会蜂鸣提醒水已加满，以免不注意时溢出。
2．6电源电路
220V市电经变压器降压，分别变成5V，10．5V的交流电，再经桥式整流，电容滤波，5V的交流电稳压后得+5V电源给控制电路供电；10．5V的交流电变成12．6V的交流电提供给风扇电路。
3软件设计
主程序初始化后，首先进行水位检查，如水位低于1／5时，电路报警；否则，发射红外信号，如果检测到红外反射信号，说明有手置入，则设定工作标志，相继打开电磁阀、水泵，2s延时后，相继关闭水泵、电磁阀。打开风扇和加热器，再判断加热器的温度是否高于40℃，当温度高于40℃，加热器停止工作；当温度低于38℃，加热器工作。程序流程图如图3所示。
4主要技术参数
主要技术参数如下：
电源为AC220(1±10％)V，50／60Hz；功率为1400W；消耗功率小于等于60W；风速为100m／s；吹干时间为3～5s；感应距离为5～16cm；装液量为1700mL；噪音小于等于50dB；外型尺寸为230mm×150mm×375mm；工作方式有壁挂式、喷淋方式(定量喷淋，喷雾量小于等于10mL／次)。
5结语
采用EM78P419N单片机和红外技术相结合的新型消毒、干手双功能机，具有成本低、体积小、硬件电路简单、可靠性高的特点，可全自动控制喷雾消毒，避免了消毒前后手的交叉感染和二次感染，在各类人员聚集或流动的场所应用广泛。