使用STM32H733ZG和UV-C光自动消毒进行电梯杀菌

在 2014 年发表的一项研究1中，加拿大多伦多的研究人员发现，医院电梯按钮的葡萄球菌、链球菌和大肠菌群检测呈阳性的可能性明显高于同一医院的公共厕所。重要的是不要危言耸听，因为检测到的大多数细菌的致病性都很低。但是，下次有人想知道要选择哪个楼层时，它应该暂停。这也使得 UVENTIONS 的UVPANEL 电梯更加关键。该面板安装在医院电梯的天花板上，是第一个自动化紫外线 C 消毒过程的面板。

VPANEL：使用 UV-C 的挑战

为什么杀菌辐照有效？

UVPANEL 包含三个VL53L5CX飞行时间传感器和两个 STM32 微控制器。他们一起工作，自动确定电梯推车需要多少 UV-C 光以及需要多长时间。飞行时间传感器发送激光并等待它们返回。如果附近有物体或人，光线会反弹回来。然后，传感器计算光子返回所需的时间，以确定电梯中是否有人或物品。然后，UVENTIONS 使用 STM32H733ZG 处理来自传感器的数据，映射电梯，并确定打开紫外线灯是否安全。

出于卫生目的在表面上照射 UV-C 灯的想法并不新鲜。全球大流行导致家用 UV-C 灯的普及。消费者将手机、牙刷等物品放入装有灯的盒子中，然后按下按钮开始消毒循环。简而言之，杀菌辐射利用了光的波长。位于 100 到 280 纳米之间的紫外线 C 光谱非常短，以至于会损坏细菌的 DNA。结果，该生物体不能再繁殖和/或污染其宿主。

为什么杀菌辐射很复杂？

传统 UV-C 卫生设施的问题在于，它需要适当调整光量和爆炸持续时间。事实上，未能发送足够的辐射意味着光线对细菌的影响不足以产生影响。因此，对医院电梯中的所有表面进行适当的消毒可能会令人生畏。工程师必须确定推车的尺寸，然后定制 UV-C 光的数量及其持续时间。然而，定制每个设置的需要成本高昂。因此，UVENTIONS 需要找到一种方法来自动化该过程。

另一个关键考虑因素与安全有关。为了保护公众免受 UV-C 的有害影响，制造商必须实施可靠的保障措施。例如，当用户打开外壳时，大多数家用电器都会关闭 UV-C 灯。就 UVPANEL 而言，UVENTIONS 必须创建一个系统，该系统将在门打开后立即关闭辐射过程。它必须非常快速和万无一失。此外，该系统必须适合 UVPANEL，以避免增加成本或减慢安装操作。

UVPANEL：自动 UV-C 消毒的解决方案

映射电梯

为了解决确定电梯推车尺寸的问题，UVENTIONS 求助于 ST 飞行时间传感器。最初，该公司在其原型上使用了 10 个VL53L1 。原因是它将提供详细的图片并提供冗余。事实上，使用多个传感器测量同一表面可确保数据准确性。VL53 系列器件也比大多数竞争解决方案更具成本效益。

然而，尽管具有所有这些优势，UVENTIONS 仍然不得不面对使 UVPANEL 难以制造的成本问题。巧合的是，由于全球大流行正在减缓面板上的进展，ST 发布了我们刚刚在 IEEE Sensors 2021 上公开的 VL53L5CX。由于其更宽的视野（63º 而不是 27º），该公司只需要三个飞行时间传感器而不是十个，并且能够在最终设计中使用它们。

正如 UVENTIONS 的首席执行官兼联合创始人 Daniel Ehlers 和其首席技术官兼联合创始人 Axel Großklaus 所解释的：

“VL​​53L5CX 非常适合我们 ［UVENTIONS］！我们的应用受益于更宽的视野和灵活的刷新率。因此，我们以 15 Hz 的频率监控 64 个独立区域，以提高准确性并从一些冗余中受益。一个传感器检查机舱的中央部分，而另外两个传感器处于一个角度。因此，它可以检测电梯内是否有一个或多个人或物体以及持续多长时间。该系统还兼作监控工具。如果有人倒塌或留下恶意包裹，UVPANEL 可以发送警报通知安全人员。”

保护公众

正如我们已经看到的，安全是使用 UV-C 光自动消毒表面的另一个关键方面。ToF 传感器有助于检测人和物体。此外，UVENTIONS 使用 ST 的LIS2DH12高性能 3 轴加速度计来确定电梯是否正在移动或门是否打开。因此，一旦有人要进入，系统就可以停止电梯的照射。它还可以预测人们何时进出购物车。简而言之，加速度计足够快速和精确，可以快速关闭 UV-C 灯并保护公众。

因此，该系统是如何简化设计的一个很好的例子。从技术上讲，UVENTIONS 可以使用 ToF 传感器来检测门的打开和关闭。但是，它需要一个完全不同的应用程序，并面临一系列挑战。实际上，检测人或物体的存在与确定门是否在移动是非常不同的。工程师常常没有意识到使用另一种类型的传感器更容易。在这种情况下，该公司通过认识到使用运动传感器将简化其方法并缩短上市时间而脱颖而出。

固定 UVPANEL 电梯

鉴于该应用程序极其敏感，该公司从一开始就专注于保护其代码。这就是PCB有两个STM32微控制器的原因。STM32H7 托管运行灯和传感器的应用程序。它与系统的其余部分隔离，只能通过 USB 或 SWD 端口访问。另一方面，STM32L5和STSAFE-A110通过蓝牙或以太网网关安全地连接到云端。UVENTIONS 甚至包括一个无线更新机制，以促进补丁部署。因此，STM32L5 上运行的代码可以发送警报、状态更新并为 UVPANEL 提供更大的可访问性，而不会危及 UV 光控制器。

在未经检验的市场中前进的挑战

UVENTIONS 继续致力于其 UVPANEL 和更大的 UV-C 消毒主题。他们的团队明白，医院需要非常高的卫生水平，并将细菌减少 1/10 4倍。因此，该公司正在与一家经过认证的德国微生物实验室合作，在不同的条件下进行实验。该公司应在年底前取得成果，这将有助于整个 UV-C 卫生领域。事实上，虽然用紫外线 C 灯进行消毒越来越普遍，但仍需要进行大量研究才能更好地了解特定病例所需的光量和时间。

UVENTIONS 还与当地医院合作，以更好地了解他们的需求。事实上，由于这是一个新兴的用例，当前的 UVPANEL 将有助于塑造下一代功能，以更好地为医疗保健提供者服务。因此，该公司分享了他们如何使用 ST 微控制器和传感器来构建一个可以适应未来发现的平台。使用具有足够内存、功率和准确性的组件对于应对未来的变化至关重要。因此，UVPANEL 证明了与设备制造商密切合作以寻找能够以有意义的方式改善人们生活的长期解决方案的好处。

审核编辑：郭婷