摘要：随着人们生活水平的提高，低空空间的利用率不断提升，电梯几乎普及了人们生活的各个区域，商场、医院、住宅、写字楼、老旧小区改造等，都离不开电梯的安装及使用。2020年，中国电梯保有量为779万台，使用简单与高效使电梯成为人们生产生活中必不可少的工具。在使用电梯时，必须通过选层器来操控电梯，从而电梯选层器成为了每天来往的人们相互接触的桥梁，为细菌、病毒等的传播提供了有利的媒介。所以，需要有力的方法来阻止病菌的传播与繁衍，保证人们健康安全的生产生活。

关键词：电梯;自动;消毒

1.设计概述

1.1设计目的

电梯按钮通常是一种接触式按钮，无论是微动开关式还是触摸式都是需要触碰的，在疫情爆发时期，较易于造成疫情传播，人们更需要安全可靠的非接触式呼梯方式，减少感染风险。我们团队聚焦疫情防控难点，提出利用光交互技术替换目前传统直梯物理按键功能，并配合语音控制直接实现对电梯呼梯、选层、开关门等功能，同时还能实现自动杀菌消毒、人体温度异常报警功能，做到了多重保护，并且大大减少了按键贴膜、消毒品、消毒纸巾等材料的使用，节约了资源， 体现了绿色环保的理念。

1.2应用领域

电梯，在现代城市生活中演着越来越重要的角色。改革开放以来，随着我国城市基础设施建设、住宅建设和商业服务设施建设的快速发展，带动了电梯业的快速发展。目前，电梯已被广泛应用到高层建筑中。本项目中所研发的无接触工作方式，不仅仅可以运用到电梯上，还可以应用到各种公共操作设备上，代替传统的接触式物理按键或者触屏按键，从而减少疾病传染风险，保护人民群众生命健康。

1.3主要技术特点

采用 LD3320 语音识别模块，可识别所有普通话，识别距离在 2 米以内，识别精度高，在无明显噪音情况下识别率在 90%以上，通过串口与主控板 stm32f407 实现信息交互，从而达到无接触式呼梯、选层等功能，实现电梯的正常运作。

采用 GY-906 红外测温传感器和有源蜂鸣器构成人体温度异常报警装置，当检测到温度超过 37.2 摄氏度时，蜂鸣器蜂鸣提醒电梯上的乘员并且将信息传输到防疫人员，大大减少感染风险。

采用 E18-D80NK 红外光电开关来实现无接触呼梯、选层功能，响应时间小于 2ms，抗干扰能力强，我们设计的非接触式电梯按钮凹进按钮框 14mm，使在电梯内人多拥挤时保证电梯按钮不会被误触发。

当电梯停止运作时，主控板 stm32f407 将控制波长为 254nm 的紫外线灯自动开启 45 分钟后关闭（如期间有人进行呼梯，则立刻关闭），实现对电梯内细菌病毒的清理，以此减小电梯内密闭空间感染病毒的概率。

1.4关键性能指标

（1）语音识别距离在 2 米以内并且在无明显噪音情况下识别率在 90%以上，响应时间大约在 50ms 左右;

（2）红外测温传感器在 15cm 以内精度高 0.5 度左右，测距最大限度为 1m;

（3）光电感应相应时间大约在 2ms，有效感应距离为 5cm。

1.5主要创新点

（1）采用语音呼叫、光电感应两种无接触方式实现电梯正常运作，代替了传统物理按键，减少了人群交叉感染风险，减少了消毒纸巾等材料的使用，节约了资源;

（2）利用红外测温传感器实现对乘梯人员体测的实时检测，当体温高于 37.2℃ 时，发出报警，提醒乘梯人员注意防护，并且传达给后台对相关人员做进一步处理;

（3）在电梯停止运作时，实现对电梯密闭空间的自动杀菌消毒处理，做到对乘梯人员的多重防护作用。

2.系统组成及功能说明

2.1整体介绍

给出芯片或系统整体框图，各子模块标注清楚，并进行整体的文字说明，需要表达出各模块之间的关系。

图 2.1  系统整体框图

2.2各模块介绍

1、核心板 STM32f407，与语音模块串口通信，控制 GY-906 红外测温传感器和有源蜂鸣器构成人体温度异常报警装置，E18-D80NK 红外光电开关来实现无接触呼梯、选层功能，紫外线灯消毒杀菌，控制电机使电梯运行;

2、LD3320 语音识别模块，可识别所有普通话，识别距离在 2 米以内，识别精度高，在无明显噪音情况下识别率在 90%以上，通过串口与主控板 stm32f407 实现信息交互，从而达到无接触式呼梯、选层等功能，实现电梯的正常运作;

3、电梯模块，大体框架由铝结构构成，轿厢，导槽等部分零件 3D 打印制作。电梯运行通过电机控制;

4、人体温度异常报警装置、由 GY-906 红外测温传感器和有源蜂鸣器构成， 检测到温度超过 37.2 摄氏度时，蜂鸣器蜂鸣提醒电梯上的乘员并且将信息传输到防疫人员，大大减少感染风险;

5、红外光电开关，采用 E18-D80NK 红外光电开关，当普通话不标准导致无法使用语音控制时，可通过红外光电开关实现无接触呼梯、选层功能，响应时间小于 2ms，抗干扰能力强，我们设计的非接触式电梯按钮凹进按钮框 14mm，使在电梯内人多拥挤时保证电梯按钮不会被误触发;

6、消毒杀菌模块，当电梯停止运作时，若电梯内已无乘客，波长为 254nm 的紫外线灯将自动开启 45 分钟后关闭（如期间有人进行呼梯，则立刻关闭）， 实现对电梯内细菌病毒的清理，以此减小电梯内密闭空间感染病毒的概率。

3.完成情况及性能参数

在完成情况方面，我们基本完成了项目的既定目标：搭建了自己设计的电梯模型以及控制电路，能够实现无接触控制电梯正常运作。

作品实现了用两种无接触控制方式控制电梯正常工作（显示当时楼层、呼梯、选层），语音识别距离在 2 米以内并且在无明显噪音情况下识别率在 90%以上， 响应时间大约在50ms 左右，光电感应相应时间大约在2ms，有效感应距离为5cm;实现了体温异常报警，当检测人体温度达到 37.2 摄氏度以上时，会发出报警提醒;实现了控制紫外线自动杀菌消毒功能，当检测到轿厢内无实物时，开启消毒模式（也可以语音启动），运作后自动关闭。

4.总结

将红外测温传感器更换为红外热像测温， 以此提高人体测温的准确性，防止误报警的发生;另外我们计划将手势识别技术运用到此项目中，使用者对着摄像头做出相应手势，通过计算处理，电梯将会做出相应的指令操作;在电梯无指令时，增设消毒液自动喷洒并自动清洁装置，进一步提高电梯的卫生环境，实现电梯的全方位清洁;我们最终的目标是利用空中全息成像技术实现按钮操作的无接触化，将其运用到更多的公共设施中。

参考文献：

[1]Shabaz  Yousaf.安全无接触式虚拟按钮设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2020，20（09）：90-91.

[2]韩鹏.电梯非接触式呼梯方案探讨[J].中国电梯，2020，31（16）：59-60.

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[4]张学伦，吕潇，何洋，刘宇.防疫电梯的风险分析及对策探讨[J].电子质量，2020（06）：60-62.