一種助聽設備干燥消毒系統的設計

廣州市輕工技師學院 江吳芳

基于Arduino設計了一款助輔設備，是一款風循環電子干燥消毒盒，以Arduino板為控制核心，結合proteus軟件仿真分析，討論分析系統的設計方案，詳細介紹一種助聽設備干燥消毒系統的硬件電路和軟件設計。

1 電子干燥消毒系統開發背景

電子干燥消毒盒是一款助輔設備，專為老年和兒童聽障人群設計的聽輔具配件。使用助聽器或人工耳蝸是幫助患有重度、極度耳聾的成人或兒童恢復聽力的有效治療途徑，它對使用環境要求較高，且價格昂貴。新思界產業研究中心發布的《2019-2023年助聽器行業深度市場調研及投資策略建議報告》顯示，從銷量來看，自2011年以來，我國助聽器銷量始終保持持續增長趨勢，發展到2018年產品銷量達到850萬個以上，同比增長約21.4個百分點。我國助聽器市場規模持續增長，從而導致與助聽設備配套的助輔設備需求量也不斷增大。而作為一款特殊的半導體擴音器，助聽設備在日常使用過程中對干燥環境要求高，如遇潮濕環境，潮氣或水的進入會損壞電子元件，使其不能正常工作，產生噪音、失真或無放大聲等情況。若長期受潮，則內部主板有可能腐爛而使其損壞或報廢。市面現有的產品多借助電子干燥箱或簡易干燥盒去除濕氣，達到維護和保養的目地。但是原裝配備的干燥盒功能簡單、價格昂貴，市面上售賣的干燥盒主要有兩款，一款是普通干燥盒+干燥餅，另外一款是電子干燥盒，通過加熱來蒸發水氣，長期使用會加速助聽設備的老化，安全系數低。在綜合考慮成本、性價比、實際使用需求、材料成本因素后，擬設計一款常溫風循環多功能干燥盒，做到干燥劑重復使用，滿足環保需求和成本控制需要，風循環能加速干燥速度，提高了干燥速度，又不影響助聽設備的使用期間，使用更為便捷。

2 系統總體設計方案

Arduino是一個能夠用來感應和控制現實物理世界的開源電子原型平臺，它包括基于單片機并且開放源代碼的硬件平臺Arduino板和軟件Arduino IDE，成為全球最流行的開源硬件，也是一個優秀的硬件開發平臺。Arduino平臺具有諸多優勢。（1）借助Arduino平臺可簡便、快速的完成原型制作；（2）可多方位探索原型的設計方法；（3）開發過程簡單。

本設計采用Arduino作為控制系統，負責數據處理運算和協調各個設備，傳感器感應接收信號，Arduino控制電機、LED等輸出裝置，實現電子干燥消毒盒的功能。

總體設計方案：

助聽設備正常工作的關鍵是防潮。電子干燥消毒盒是一種集維護和保養、消毒等多種功能的助聽設備干燥盒，具有易便攜、低成本、低能耗的特點，通過干燥劑密封吸濕、風循環加速除去使用者佩戴時進入助聽設備的潮氣或水氣。結合新冠疫情防控要求，增加無接觸控制盒子開和關的功能，避免在公共場合使用時，多人接觸造成的病毒交叉傳播。通過感應控制助聽器設備干燥盒開和關，避免照顧人員手部接觸到設備，同時配備紫外線消毒，消毒時刻指示燈顯示消毒，配備便攜式電源和外接電源兩種電源模式，其系統框圖如圖1所示。

圖1 電子干燥消毒盒系統框圖

電子干燥消毒盒的具體功能如下：

（1）無接觸開關控制，防止交叉傳染。通過紅外傳感器控制干燥盒蓋，無需手動開關，需要他人管理助聽設備時，不產生人和物的接觸，符合防疫衛生要求。

（2）常溫干燥、消毒，防潮。采用超靜音磁懸浮小風扇，在密閉空間形成空氣對流循環，加速空氣的接觸干燥劑，達到快速干燥，同時進行紫外線消毒。

（3）自選干燥模式（干燥天氣工作模式/潮濕天氣工作模式），自適應各種天氣條件下的干燥需求。

（4）干燥劑循環使用，環保。采用無毒可循環使用的電子再生吸濕卡，干燥時為藍色，吸收后顯示粉紅色。電子再生吸濕卡單獨通電加熱，恢復藍色干燥狀態。

3 系統分析與設計

電子干燥消毒盒由門控系統、干燥消毒系統、工作指示系統及電源系統組成，接下來將詳細介紹各系統的硬件設計和軟件設計。

注意：H表示3-5V電壓，L表示0V或該引腳懸空，DC+表示電源正極（3-20V）

3.1 門控系統

門控系統由紅外感應傳感器、直流雙向電機驅動模塊、限位開關及直流減速電機構成。通過直流雙向電機驅動模塊的輸入口INA和INB來控制直流減速電機正轉、反轉運行，Arduino UNO板的P6、P7引腳控制電機驅動模塊的INA、INB信號輸入，當INA=H，INB=L，電機正轉，INA=L，INB=H，電機反轉，INA=INB=L，電機自然停止。電機驅動模塊BED01的使用說明詳見表1。

表1 電機驅動模塊BED01使用說明

門控感應傳感器采用紅外傳感器，檢測距離1mm~30cm，當感應到信號時，輸出高電平。門控系統通過紅外傳感器和限位開關獲取打開和關閉信號，Arduino 控制系統發出命令控制電機正轉或反轉，電子干燥消毒盒門控系統的硬件電路如圖2所示。

圖2 門控系統硬件設計電路圖

電子干燥消毒盒門控系統的軟件設計流程如圖3所示，如當門控傳感器和和限位開關（前）同時得電的情況下，Arduino控制P6和P7分別輸出高電平和低電平，從而使INA=H，INB=L，電機正轉。

圖3 門控系統軟件設計流程圖

3.2 干燥消毒和空氣循環系統

干燥消毒系統由紫外線消毒燈、紅外傳感器、風扇、電子干燥餅和工作指示燈。選用2路繼電器模塊，控制紫外線消毒燈和風扇，接Arduino UNO板P2.7端口，低電平有效，預留1路備用。工作指示燈紅燈接Arduino UNO板P2.6，低電平亮。檢測是否放入物品，采用紅外傳感器，接Arduino UNO板P1.1端口，高電平輸出，如圖4所示。

圖4 消毒干燥系統電路圖

在密閉的空間里，通過Arduino控制風扇帶動空氣流動，加速給電子干燥餅送風，提高空氣循環的效率，從而達到加速干燥的效果。

干燥燥消毒系統的軟件設計流程圖如圖5所示，當紅外傳感器（物體放置）檢測到有物體時，同時限位開關（前）有信號輸入時，Arduino控制繼電器閉合，使紫外線燈、風扇、工作指示燈定時工作，定時時間未到，紅外傳感器（門控）感應無法打開盒子。

圖5 消毒干燥系統軟件設計流程圖

3.3 工作指示及電源系統

工作指示狀態由紅、綠兩盞LED燈顯示，當綠燈亮，紅燈滅時，表示電子干燥消毒盒接入電源，處于待機狀態；當綠燈和紅燈同時亮，表示系統正在工作中，此時風循環干燥系統和消毒系統同時工作，此時工作盒子無法打開。當紅燈滅時，表示工作結束。

電子干燥消毒盒的供電系統包括兩部分，一是外接外部供電電源，另一個是內部配備的便攜式電源。

小結：本系統設計采用Arduino為核心控制器，結合紅外傳感器、繼電器、電機及電機驅動模塊等元器件，實現工作盒子的自動開關，可防止使用過程接觸交叉感染。根據天氣的潮濕度選擇干燥消毒時間的長短，操作簡單安全可靠，性價比高，實用性強，為聽障人群解決實際需求，同時克服了市場上加熱型電子干燥盒的缺點，比普通干燥盒效率高，充分體現節能減排，具有實際的設計參考意義，同時可以作為電子設計入門教學應用。