在 2014 年發(fā)表的一項研究1中，加拿大多倫多的研究人員發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院電梯按鈕的葡萄球菌、鏈球菌和大腸菌群檢測呈陽性的可能性明顯高于同一醫(yī)院的公共廁所。重要的是不要危言聳聽，因為檢測到的大多數(shù)細(xì)菌的致病性都很低。但是，下次有人想知道要選擇哪個樓層時，它應(yīng)該暫停。這也使得 UVENTIONS 的UVPANEL 電梯更加關(guān)鍵。該面板安裝在醫(yī)院電梯的天花板上，是第一個自動化紫外線 C 消毒過程的面板。

VPANEL：使用 UV-C 的挑戰(zhàn)

為什么殺菌輻照有效？

UVPANEL 包含三個VL53L5CX飛行時間傳感器和兩個 STM32 微控制器。他們一起工作，自動確定電梯推車需要多少 UV-C 光以及需要多長時間。飛行時間傳感器發(fā)送激光并等待它們返回。如果附近有物體或人，光線會反彈回來。然后，傳感器計算光子返回所需的時間，以確定電梯中是否有人或物品。然后，UVENTIONS 使用 STM32H733ZG 處理來自傳感器的數(shù)據(jù)，映射電梯，并確定打開紫外線燈是否安全。

出于衛(wèi)生目的在表面上照射 UV-C 燈的想法并不新鮮。全球大流行導(dǎo)致家用 UV-C 燈的普及。消費者將手機(jī)、牙刷等物品放入裝有燈的盒子中，然后按下按鈕開始消毒循環(huán)。簡而言之，殺菌輻射利用了光的波長。位于 100 到 280 納米之間的紫外線 C 光譜非常短，以至于會損壞細(xì)菌的 DNA。結(jié)果，該生物體不能再繁殖和/或污染其宿主。

為什么殺菌輻射很復(fù)雜？

傳統(tǒng) UV-C 衛(wèi)生設(shè)施的問題在于，它需要適當(dāng)調(diào)整光量和爆炸持續(xù)時間。事實上，未能發(fā)送足夠的輻射意味著光線對細(xì)菌的影響不足以產(chǎn)生影響。因此，對醫(yī)院電梯中的所有表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)南究赡軙钊松贰?a target="_blank">工程師必須確定推車的尺寸，然后定制 UV-C 光的數(shù)量及其持續(xù)時間。然而，定制每個設(shè)置的需要成本高昂。因此，UVENTIONS 需要找到一種方法來自動化該過程。

另一個關(guān)鍵考慮因素與安全有關(guān)。為了保護(hù)公眾免受 UV-C 的有害影響，制造商必須實施可靠的保障措施。例如，當(dāng)用戶打開外殼時，大多數(shù)家用電器都會關(guān)閉 UV-C 燈。就 UVPANEL 而言，UVENTIONS 必須創(chuàng)建一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)將在門打開后立即關(guān)閉輻射過程。它必須非常快速和萬無一失。此外，該系統(tǒng)必須適合 UVPANEL，以避免增加成本或減慢安裝操作。

UVPANEL：自動 UV-C 消毒的解決方案

映射電梯

為了解決確定電梯推車尺寸的問題，UVENTIONS 求助于 ST 飛行時間傳感器。最初，該公司在其原型上使用了 10 個VL53L1 。原因是它將提供詳細(xì)的圖片并提供冗余。事實上，使用多個傳感器測量同一表面可確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。VL53 系列器件也比大多數(shù)競爭解決方案更具成本效益。

然而，盡管具有所有這些優(yōu)勢，UVENTIONS 仍然不得不面對使 UVPANEL 難以制造的成本問題。巧合的是，由于全球大流行正在減緩面板上的進(jìn)展，ST 發(fā)布了我們剛剛在 IEEE Sensors 2021 上公開的 VL53L5CX。由于其更寬的視野（63o 而不是 27o），該公司只需要三個飛行時間傳感器而不是十個，并且能夠在最終設(shè)計中使用它們。

正如 UVENTIONS 的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Daniel Ehlers 和其首席技術(shù)官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Axel Gro?klaus 所解釋的：

“VL??53L5CX 非常適合我們 ［UVENTIONS］！我們的應(yīng)用受益于更寬的視野和靈活的刷新率。因此，我們以 15 Hz 的頻率監(jiān)控 64 個獨立區(qū)域，以提高準(zhǔn)確性并從一些冗余中受益。一個傳感器檢查機(jī)艙的中央部分，而另外兩個傳感器處于一個角度。因此，它可以檢測電梯內(nèi)是否有一個或多個人或物體以及持續(xù)多長時間。該系統(tǒng)還兼作監(jiān)控工具。如果有人倒塌或留下惡意包裹，UVPANEL 可以發(fā)送警報通知安全人員。”

保護(hù)公眾

正如我們已經(jīng)看到的，安全是使用 UV-C 光自動消毒表面的另一個關(guān)鍵方面。ToF 傳感器有助于檢測人和物體。此外，UVENTIONS 使用 ST 的LIS2DH12高性能 3 軸加速度計來確定電梯是否正在移動或門是否打開。因此，一旦有人要進(jìn)入，系統(tǒng)就可以停止電梯的照射。它還可以預(yù)測人們何時進(jìn)出購物車。簡而言之，加速度計足夠快速和精確，可以快速關(guān)閉 UV-C 燈并保護(hù)公眾。

因此，該系統(tǒng)是如何簡化設(shè)計的一個很好的例子。從技術(shù)上講，UVENTIONS 可以使用 ToF 傳感器來檢測門的打開和關(guān)閉。但是，它需要一個完全不同的應(yīng)用程序，并面臨一系列挑戰(zhàn)。實際上，檢測人或物體的存在與確定門是否在移動是非常不同的。工程師常常沒有意識到使用另一種類型的傳感器更容易。在這種情況下，該公司通過認(rèn)識到使用運動傳感器將簡化其方法并縮短上市時間而脫穎而出。

固定 UVPANEL 電梯

鑒于該應(yīng)用程序極其敏感，該公司從一開始就專注于保護(hù)其代碼。這就是PCB有兩個STM32微控制器的原因。STM32H7 托管運行燈和傳感器的應(yīng)用程序。它與系統(tǒng)的其余部分隔離，只能通過 USB 或 SWD 端口訪問。另一方面，STM32L5和STSAFE-A110通過藍(lán)牙或以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)安全地連接到云端。UVENTIONS 甚至包括一個無線更新機(jī)制，以促進(jìn)補丁部署。因此，STM32L5 上運行的代碼可以發(fā)送警報、狀態(tài)更新并為 UVPANEL 提供更大的可訪問性，而不會危及 UV 光控制器。

在未經(jīng)檢驗的市場中前進(jìn)的挑戰(zhàn)

UVENTIONS 繼續(xù)致力于其 UVPANEL 和更大的 UV-C 消毒主題。他們的團(tuán)隊明白，醫(yī)院需要非常高的衛(wèi)生水平，并將細(xì)菌減少 1/10 4倍。因此，該公司正在與一家經(jīng)過認(rèn)證的德國微生物實驗室合作，在不同的條件下進(jìn)行實驗。該公司應(yīng)在年底前取得成果，這將有助于整個 UV-C 衛(wèi)生領(lǐng)域。事實上，雖然用紫外線 C 燈進(jìn)行消毒越來越普遍，但仍需要進(jìn)行大量研究才能更好地了解特定病例所需的光量和時間。

UVENTIONS 還與當(dāng)?shù)蒯t(yī)院合作，以更好地了解他們的需求。事實上，由于這是一個新興的用例，當(dāng)前的 UVPANEL 將有助于塑造下一代功能，以更好地為醫(yī)療保健提供者服務(wù)。因此，該公司分享了他們?nèi)绾问褂?ST 微控制器和傳感器來構(gòu)建一個可以適應(yīng)未來發(fā)現(xiàn)的平臺。使用具有足夠內(nèi)存、功率和準(zhǔn)確性的組件對于應(yīng)對未來的變化至關(guān)重要。因此，UVPANEL 證明了與設(shè)備制造商密切合作以尋找能夠以有意義的方式改善人們生活的長期解決方案的好處。

審核編輯：郭婷