在 2014 年發(fā)表的一項(xiàng)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(cè)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?yàn)闄z測(cè)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(gè)樓層時(shí)，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(gè)自動(dòng)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(gè)VL53L5CX飛行時(shí)間傳感器和兩個(gè) STM32 微控制器。他們一起工作，自動(dòng)確定電梯推車需要多少 UV-C 光以及需要多長(zhǎng)時(shí)間。飛行時(shí)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(huì)反彈回來。然后，傳感器計(jì)算光子返回所需的時(shí)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(fèi)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(jiǎn)而言之，殺菌輻射利用了光的波長(zhǎng)。位于 100 到 280 納米之間的紫外線 C 光譜非常短，以至于會(huì)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(shí)間。事實(shí)上，未能發(fā)送足夠的輻射意味著光線對(duì)細(xì)菌的影響不足以產(chǎn)生影響。因此，對(duì)醫(yī)院電梯中的所有表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)南究赡軙?huì)令人生畏。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(shí)間。然而，定制每個(gè)設(shè)置的需要成本高昂。因此，UVENTIONS 需要找到一種方法來自動(dòng)化該過程。

另一個(gè)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(shí)施可靠的保障措施。例如，當(dāng)用戶打開外殼時(shí)，大多數(shù)家用電器都會(huì)關(guān)閉 UV-C 燈。就 UVPANEL 而言，UVENTIONS 必須創(chuàng)建一個(gè)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(dòng) 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(shí)間傳感器。最初，該公司在其原型上使用了 10 個(gè)VL53L1 。原因是它將提供詳細(xì)的圖片并提供冗余。事實(shí)上，使用多個(gè)傳感器測(cè)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(jìng)爭(zhēng)解決方案更具成本效益。

然而，盡管具有所有這些優(yōu)勢(shì)，UVENTIONS 仍然不得不面對(duì)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(gè)飛行時(shí)間傳感器而不是十個(gè)，并且能夠在最終設(shè)計(jì)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(gè)獨(dú)立區(qū)域，以提高準(zhǔn)確性并從一些冗余中受益。一個(gè)傳感器檢查機(jī)艙的中央部分，而另外兩個(gè)傳感器處于一個(gè)角度。因此，它可以檢測(cè)電梯內(nèi)是否有一個(gè)或多個(gè)人或物體以及持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)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(bào)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(dòng)消毒表面的另一個(gè)關(guān)鍵方面。ToF 傳感器有助于檢測(cè)人和物體。此外，UVENTIONS 使用 ST 的LIS2DH12高性能 3 軸加速度計(jì)來確定電梯是否正在移動(dòng)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(cè)人們何時(shí)進(jìn)出購(gòu)物車。簡(jiǎn)而言之，加速度計(jì)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(jiǎn)化設(shè)計(jì)的一個(gè)很好的例子。從技術(shù)上講，UVENTIONS 可以使用 ToF 傳感器來檢測(cè)門的打開和關(guān)閉。但是，它需要一個(gè)完全不同的應(yīng)用程序，并面臨一系列挑戰(zhàn)。實(shí)際上，檢測(cè)人或物體的存在與確定門是否在移動(dòng)是非常不同的。工程師常常沒有意識(shí)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(shí)到使用運(yùn)動(dòng)傳感器將簡(jiǎn)化其方法并縮短上市時(shí)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(gè)STM32微控制器的原因。STM32H7 托管運(yùn)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(gè)無線更新機(jī)制，以促進(jìn)補(bǔ)丁部署。因此，STM32L5 上運(yùn)行的代碼可以發(fā)送警報(bào)、狀態(tài)更新并為 UVPANEL 提供更大的可訪問性，而不會(huì)危及 UV 光控制器。

在未經(jīng)檢驗(yàn)的市場(chǎng)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(duì)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(guó)微生物實(shí)驗(yàn)室合作，在不同的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該公司應(yīng)在年底前取得成果，這將有助于整個(gè) UV-C 衛(wèi)生領(lǐng)域。事實(shí)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(shí)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(shí)上，由于這是一個(gè)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(gè)可以適應(yīng)未來發(fā)現(xiàn)的平臺(tái)。使用具有足夠內(nèi)存、功率和準(zhǔn)確性的組件對(duì)于應(yīng)對(duì)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(zhǎng)期解決方案的好處。

審核編輯：郭婷