唐健豪，何麗君，卓海，黃智，劉亮，林家榮

（佛山市第一人民醫(yī)院設(shè)備科，廣東 佛山 528200）

1 前言

空氣飛沫可以傳播很多傳染病或感染性疾病并受到學(xué)界普遍關(guān)注,室內(nèi)空氣質(zhì)量管理是做好空氣飛沫傳播性疾病防控的有效手段之一,因而很多用于室內(nèi)空氣凈化和消毒的空氣消毒機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。疫情常態(tài)化防控下，醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境消毒倍受關(guān)注，我院根據(jù)通知（聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制醫(yī)療發(fā)【2020】272 號(hào)）要求，做了一系列消毒機(jī)的管控措施，目前醫(yī)院使用的消毒機(jī)大部分能自動(dòng)記錄消毒時(shí)間，但做不到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前我院有近200 臺(tái)空氣消毒機(jī)，類別多，數(shù)量大，統(tǒng)一管理難度大，醫(yī)護(hù)人員為操控空氣消毒機(jī)，每天需要多次在各房間內(nèi)來(lái)回奔波，登記運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和記錄維護(hù)情況，消耗大量精力和時(shí)間，目前沒(méi)有一種監(jiān)控消毒機(jī)的裝置可以取代人員手工檢測(cè)，更沒(méi)有一款管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控消毒機(jī)，提醒消毒機(jī)維護(hù)的系統(tǒng)，技術(shù)缺陷和人為因素使醫(yī)院消毒方式面臨著挑戰(zhàn)。目前的空氣消毒管理只有事后監(jiān)測(cè)，即單純獲取空氣培養(yǎng)數(shù)據(jù)，而不能做到消毒全流程管控。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的消毒機(jī)管理方案應(yīng)運(yùn)而生。本文旨在提出并探討一種基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣消毒機(jī)全流程管理方案，通過(guò)引入外置監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)消毒機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，解決消毒機(jī)使用中存在的問(wèn)題，為醫(yī)院規(guī)范化管理空氣消毒機(jī)提供有力的抓手和依據(jù)。

2 方案設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)作為智慧健康產(chǎn)業(yè)的核心驅(qū)動(dòng)和關(guān)鍵基礎(chǔ)，是一種由計(jì)算設(shè)備、機(jī)械、數(shù)字機(jī)器組成并且相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都會(huì)具備通用唯一識(shí)別碼，并具有傳輸數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)的能力，無(wú)須人與人或是人與設(shè)備的交互。本方案基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)針對(duì)空氣消毒機(jī)全流程的智能化管理。設(shè)計(jì)一種外置監(jiān)測(cè)盒，盒子應(yīng)具備以下功能：消毒效能監(jiān)測(cè)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸，硬件設(shè)計(jì)包括主控模塊、電源模塊、TTL 轉(zhuǎn)485 模塊、熱敏型風(fēng)力感應(yīng)模塊、紫外線傳感器模塊、電流傳感器模塊等功能，軟件設(shè)計(jì)包括云服務(wù)器部署MQTT 服務(wù)器、云服務(wù)器發(fā)布主題、采集盒發(fā)布采集信息、云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)頁(yè)展示、云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、云服務(wù)器以JSON 數(shù)據(jù)格式回傳全生命周期管理軟件等部分。對(duì)消毒機(jī)的消毒效能、紫外線強(qiáng)度、風(fēng)量、電流、電量、溫濕度等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使用UV 傳感器用于監(jiān)測(cè)消毒機(jī)的紫外線強(qiáng)度，使用電流和風(fēng)量傳感器監(jiān)測(cè)等離子消毒機(jī)的實(shí)時(shí)電流和風(fēng)量大小。能滿足不同種類消毒機(jī)的監(jiān)測(cè)需求，然后將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆破脚_(tái)或手機(jī)APP 上，方便管理人員隨時(shí)隨地查詢消毒機(jī)的運(yùn)行情況及異常日志。方案不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，還能做數(shù)據(jù)管理及統(tǒng)計(jì)分析，大大提升了監(jiān)測(cè)效率，降低了人工登記和管理的成本。更重要的是，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性高實(shí)時(shí)性強(qiáng)，有效地保障了消毒機(jī)的高效全流程管理服務(wù)。

2.1 外置監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)消毒機(jī)種類及功能，外置監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)具備以下功能：（1）消毒效能監(jiān)測(cè)。利用傳感器實(shí)現(xiàn)空氣中微生物、PM2.5 等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，以保證消毒機(jī)消毒效果的準(zhǔn)確性和可靠性。（2）狀態(tài)監(jiān)測(cè)。對(duì)消毒機(jī)的電量、故障、溫度、濕度等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（3）數(shù)據(jù)傳輸。將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆破脚_(tái)或手機(jī)APP 上，方便管理人員隨時(shí)隨地查詢消毒機(jī)的運(yùn)行情況。

2.1.1 硬件設(shè)計(jì)

在本文中，我們提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣消毒機(jī)全流程管理方案，其中硬件設(shè)計(jì)包括以下模塊見(jiàn)圖1硬件結(jié)構(gòu)圖。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

（1） 主 控 模 塊： 采 用ESP32 S3 芯 片， 具 有Xtensa? LX7 32 位處理器，主頻高達(dá)240MHz，內(nèi)置1MB 的SRAM 和2MB 的SPI Flash 存儲(chǔ)器。它支持多種接口，如Wi-Fi、藍(lán)牙、以太網(wǎng)、UART、SPI、I2C、PWM、ADC、DAC 和定時(shí)器等。系統(tǒng)主要使用UART、Wi-Fi 和ADC 接口。另外，使用雙核心和大容量存儲(chǔ)器來(lái)保證數(shù)據(jù)處理的深度。ESP32 S3 通過(guò)ADC 接口獲取紫外線和電流的電壓值，使用UART 接口獲取風(fēng)力的電壓值。

（2）電源模塊：系統(tǒng)中的主控模塊、TTL 轉(zhuǎn)485 模塊和紫外線傳感器模塊的供電為5V，熱敏型風(fēng)力感應(yīng)模塊的供電為12V。電源模塊使用12V 2A 的電源適配器進(jìn)行供電，將12V 降壓至5V，為5V 模塊提供電源。

（3）TTL 轉(zhuǎn)485 模塊：TTL 轉(zhuǎn)485 模塊是一種用于串口通信的轉(zhuǎn)換模塊，將TTL 電平（邏輯電平）轉(zhuǎn)換為485 電平（差分電平），以實(shí)現(xiàn)在長(zhǎng)距離、高干擾環(huán)境下的穩(wěn)定可靠數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)中的熱敏型風(fēng)力感應(yīng)模塊使用485 協(xié)議，主控模塊通過(guò)連接TTL 轉(zhuǎn)485 模塊實(shí)現(xiàn)與熱敏型風(fēng)力感應(yīng)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。

（4）熱敏型風(fēng)力感應(yīng)模塊：熱敏型風(fēng)力感應(yīng)模塊是一種用于測(cè)量風(fēng)速的傳感器，通過(guò)測(cè)量空氣流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量來(lái)計(jì)算風(fēng)速。該模塊通常由熱敏電阻、溫度傳感器和放大電路等組成。當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，熱敏電阻會(huì)受到空氣流動(dòng)產(chǎn)生的熱量影響，其電阻值會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量電阻值的變化，可以計(jì)算出空氣流動(dòng)的速度，從而得到風(fēng)速值。

（5）紫外線傳感器模塊：當(dāng)紫外線照射到傳感器上時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)放大電路對(duì)電阻值進(jìn)行放大，可以得到紫外線輻射強(qiáng)度的數(shù)值。

（6）電流傳感器模塊：電流傳感器是一種用于檢測(cè)電源電流的傳感器，通過(guò)測(cè)量電流大小來(lái)判斷電源的電壓變化。電流傳感器通常由霍爾傳感器、信號(hào)處理電路等組成。當(dāng)電源電流通過(guò)霍爾傳感器時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁通量。通過(guò)測(cè)量磁通量的變化，可以得到電源電流的大小。

2.1.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）云服務(wù)器部署MQTT 服務(wù)器。在本方案中，云服務(wù)器需要部署MQTT 服務(wù)器，用于接收和轉(zhuǎn)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送的消息。MQTT 服務(wù)器可以支持多個(gè)設(shè)備的連接和通信，提供高效的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。云服務(wù)器需要選擇合適的MQTT 服務(wù)器軟件，并進(jìn)行部署和配置。

（2）云服務(wù)器發(fā)布主題。云服務(wù)器需要向MQTT 服務(wù)器發(fā)布主題，將采集盒發(fā)送的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相應(yīng)的主題中。主題可以根據(jù)設(shè)備類型、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備狀態(tài)等信息進(jìn)行分類，方便其他設(shè)備進(jìn)行訂閱和使用。云服務(wù)器需要實(shí)現(xiàn)主題的發(fā)布和管理功能，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和存儲(chǔ)。

（3）采集盒發(fā)布采集信息。采集盒需要采集空氣消毒機(jī)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT 協(xié)議發(fā)送到云服務(wù)器中。采集盒需要實(shí)現(xiàn)MQTT 協(xié)議的通信功能，將采集到的數(shù)據(jù)封裝成消息，并發(fā)送到相應(yīng)的主題中。采集盒還需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的緩存和重傳功能，保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸和存儲(chǔ)。

（4）云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)頁(yè)展示。云服務(wù)器需要將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展示，以便用戶進(jìn)行查看和分析。云服務(wù)器可以通過(guò)Web 頁(yè)面展示數(shù)據(jù)，包括消毒機(jī)的狀態(tài)、效能、維護(hù)等信息。用戶可以通過(guò)Web 頁(yè)面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，提高消毒機(jī)的使用效率和管理水平。

（5）云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。云服務(wù)器需要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，以便用戶進(jìn)行決策和優(yōu)化。云服務(wù)器可以使用數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，對(duì)消毒機(jī)的使用情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。云服務(wù)器還可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)消毒機(jī)的效能進(jìn)行優(yōu)化和提升。

（6）云服務(wù)器以JSON 數(shù)據(jù)格式回傳全流程管理軟件。云服務(wù)器需要將處理后的數(shù)據(jù)以JSON 數(shù)據(jù)格式回傳給全流程管理軟件，以便用戶進(jìn)行更加細(xì)致和全面的管理。全流程管理軟件可以通過(guò)JSON 數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析和展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)消毒機(jī)的全流程管理。同時(shí)，全流程管理軟件還可以將管理結(jié)果反饋給云服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)消毒機(jī)的遠(yuǎn)程控制和管理。

2.2 全流程管理方案

醫(yī)療設(shè)備全生命管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有非常廣闊的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景，其能夠減輕工作人員的工作量以及工作強(qiáng)度。本方案的軟件平臺(tái)是把消毒管理模塊嵌入了全流程管理系統(tǒng)，通過(guò)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)消毒機(jī)從購(gòu)買到報(bào)廢的全過(guò)程管理。具體包括以下幾個(gè)方面。

（1）采購(gòu)管理。將消毒機(jī)的基本信息、使用說(shuō)明、保修期等信息錄入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，方便管理人員對(duì)消毒機(jī)進(jìn)行有效的采購(gòu)管理。同時(shí)，系統(tǒng)可以記錄消毒機(jī)的購(gòu)買來(lái)源、價(jià)格、交付日期等信息，為管理人員提供參考意見(jiàn)。

（2）使用管理。在消毒機(jī)工作過(guò)程中，系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)消毒機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)獲取消毒機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如風(fēng)速、電流強(qiáng)度和紫外線強(qiáng)度等信息。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常，系統(tǒng)可以自動(dòng)向維修人員發(fā)送警報(bào)信息，提醒其進(jìn)行維修。同時(shí)，系統(tǒng)還可以提供消毒機(jī)的使用記錄。

（3）保養(yǎng)管理。消毒機(jī)是需定期保養(yǎng)，系統(tǒng)可以記錄消毒機(jī)的保養(yǎng)計(jì)劃，包括保養(yǎng)時(shí)間、保養(yǎng)內(nèi)容等信息。在保養(yǎng)過(guò)程中，系統(tǒng)可以自動(dòng)提醒維修人員進(jìn)行保養(yǎng)，并記錄保養(yǎng)結(jié)果。系統(tǒng)可以自動(dòng)向維修人員發(fā)送警報(bào)信息，提醒其進(jìn)行維修。

（4）報(bào)廢管理。系統(tǒng)可以對(duì)消毒機(jī)進(jìn)行全方位管理，監(jiān)測(cè)其使用壽命和狀態(tài)，提供相應(yīng)的報(bào)廢建議。系統(tǒng)可以根據(jù)消毒機(jī)的使用情況，自動(dòng)計(jì)算其使用壽命，并提供相應(yīng)的報(bào)廢建議。

3 外置監(jiān)測(cè)裝置測(cè)試

為了驗(yàn)證本方案的可行性，我們進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試。我們?cè)谙緳C(jī)的上部安裝了外置監(jiān)測(cè)裝置，測(cè)試其效果見(jiàn)圖3 外置監(jiān)測(cè)裝置測(cè)試。我們可以從云平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取消毒機(jī)的狀態(tài)，包括風(fēng)速、電流強(qiáng)度和紫外線強(qiáng)度等。同時(shí)，在消毒機(jī)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置可以自動(dòng)向管理人員發(fā)送警報(bào)信息，提醒管理人員及時(shí)維修。

圖3 外置監(jiān)測(cè)裝置測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試由管理人員進(jìn)行，主要測(cè)試以下方面。

（1）數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的比對(duì)和驗(yàn)證，證明監(jiān)測(cè)裝置可以準(zhǔn)確地獲取消毒機(jī)工作狀態(tài)。

（2）警報(bào)機(jī)制。在測(cè)試中，我們進(jìn)行了多次模擬故障實(shí)驗(yàn)，并檢查警報(bào)系統(tǒng)是否能及時(shí)警告管理人員見(jiàn)圖4 使用記錄登記。

圖4 使用記錄登記

通過(guò)測(cè)試可知，本方案可行，提高了消毒機(jī)的使用效率和管理水平，為醫(yī)院消毒工作提供了有效的支持。

4 結(jié)語(yǔ)

不同類型空氣消毒機(jī)工作原理不同，適用條件也存在明顯差異。特別是不同地區(qū)醫(yī)院，在溫度、濕度以及人員密度等方面存在較大差異，導(dǎo)致同一類型空氣消毒機(jī)在不同醫(yī)院具有不同的應(yīng)用效果。而且消毒機(jī)類別多、數(shù)量大，統(tǒng)一管理難度大，醫(yī)護(hù)人員為操控空氣消毒機(jī)而每天需要多次在各房間內(nèi)來(lái)回奔波，登記運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)和記錄維護(hù)情況，消耗大量精力和時(shí)間，本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣消毒機(jī)全流程管理方案可以通過(guò)引入外置監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣消毒機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，解決了傳統(tǒng)管理方式存在的問(wèn)題。在實(shí)際試驗(yàn)中，本方案證明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)消毒機(jī)的全方位管理，提高了消毒機(jī)的使用效率和管理水平，具有一定的推廣價(jià)值。