一种助听设备干燥消毒系统的设计

广州市轻工技师学院 江吴芳

基于Arduino设计了一款助辅设备，是一款风循环电子干燥消毒盒，以Arduino板为控制核心，结合proteus软件仿真分析，讨论分析系统的设计方案，详细介绍一种助听设备干燥消毒系统的硬件电路和软件设计。

1 电子干燥消毒系统开发背景

电子干燥消毒盒是一款助辅设备，专为老年和儿童听障人群设计的听辅具配件。使用助听器或人工耳蜗是帮助患有重度、极度耳聋的成人或儿童恢复听力的有效治疗途径，它对使用环境要求较高，且价格昂贵。新思界产业研究中心发布的《2019-2023年助听器行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示，从销量来看，自2011年以来，我国助听器销量始终保持持续增长趋势，发展到2018年产品销量达到850万个以上，同比增长约21.4个百分点。我国助听器市场规模持续增长，从而导致与助听设备配套的助辅设备需求量也不断增大。而作为一款特殊的半导体扩音器，助听设备在日常使用过程中对干燥环境要求高，如遇潮湿环境，潮气或水的进入会损坏电子元件，使其不能正常工作，产生噪音、失真或无放大声等情况。若长期受潮，则内部主板有可能腐烂而使其损坏或报废。市面现有的产品多借助电子干燥箱或简易干燥盒去除湿气，达到维护和保养的目地。但是原装配备的干燥盒功能简单、价格昂贵，市面上售卖的干燥盒主要有两款，一款是普通干燥盒+干燥饼，另外一款是电子干燥盒，通过加热来蒸发水气，长期使用会加速助听设备的老化，安全系数低。在综合考虑成本、性价比、实际使用需求、材料成本因素后，拟设计一款常温风循环多功能干燥盒，做到干燥剂重复使用，满足环保需求和成本控制需要，风循环能加速干燥速度，提高了干燥速度，又不影响助听设备的使用期间，使用更为便捷。

2 系统总体设计方案

Arduino是一个能够用来感应和控制现实物理世界的开源电子原型平台，它包括基于单片机并且开放源代码的硬件平台Arduino板和软件Arduino IDE，成为全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台。Arduino平台具有诸多优势。（1）借助Arduino平台可简便、快速的完成原型制作；（2）可多方位探索原型的设计方法；（3）开发过程简单。

本设计采用Arduino作为控制系统，负责数据处理运算和协调各个设备，传感器感应接收信号，Arduino控制电机、LED等输出装置，实现电子干燥消毒盒的功能。

总体设计方案：

助听设备正常工作的关键是防潮。电子干燥消毒盒是一种集维护和保养、消毒等多种功能的助听设备干燥盒，具有易便携、低成本、低能耗的特点，通过干燥剂密封吸湿、风循环加速除去使用者佩戴时进入助听设备的潮气或水气。结合新冠疫情防控要求，增加无接触控制盒子开和关的功能，避免在公共场合使用时，多人接触造成的病毒交叉传播。通过感应控制助听器设备干燥盒开和关，避免照顾人员手部接触到设备，同时配备紫外线消毒，消毒时刻指示灯显示消毒，配备便携式电源和外接电源两种电源模式，其系统框图如图1所示。

图1 电子干燥消毒盒系统框图

电子干燥消毒盒的具体功能如下：

（1）无接触开关控制，防止交叉传染。通过红外传感器控制干燥盒盖，无需手动开关，需要他人管理助听设备时，不产生人和物的接触，符合防疫卫生要求。

（2）常温干燥、消毒，防潮。采用超静音磁悬浮小风扇，在密闭空间形成空气对流循环，加速空气的接触干燥剂，达到快速干燥，同时进行紫外线消毒。

（3）自选干燥模式（干燥天气工作模式/潮湿天气工作模式），自适应各种天气条件下的干燥需求。

（4）干燥剂循环使用，环保。采用无毒可循环使用的电子再生吸湿卡，干燥时为蓝色，吸收后显示粉红色。电子再生吸湿卡单独通电加热，恢复蓝色干燥状态。

3 系统分析与设计

电子干燥消毒盒由门控系统、干燥消毒系统、工作指示系统及电源系统组成，接下来将详细介绍各系统的硬件设计和软件设计。

注意：H表示3-5V电压，L表示0V或该引脚悬空，DC+表示电源正极（3-20V）

3.1 门控系统

门控系统由红外感应传感器、直流双向电机驱动模块、限位开关及直流减速电机构成。通过直流双向电机驱动模块的输入口INA和INB来控制直流减速电机正转、反转运行，Arduino UNO板的P6、P7引脚控制电机驱动模块的INA、INB信号输入，当INA=H，INB=L，电机正转，INA=L，INB=H，电机反转，INA=INB=L，电机自然停止。电机驱动模块BED01的使用说明详见表1。

表1 电机驱动模块BED01使用说明

门控感应传感器采用红外传感器，检测距离1mm~30cm，当感应到信号时，输出高电平。门控系统通过红外传感器和限位开关获取打开和关闭信号，Arduino 控制系统发出命令控制电机正转或反转，电子干燥消毒盒门控系统的硬件电路如图2所示。

图2 门控系统硬件设计电路图

电子干燥消毒盒门控系统的软件设计流程如图3所示，如当门控传感器和和限位开关（前）同时得电的情况下，Arduino控制P6和P7分别输出高电平和低电平，从而使INA=H，INB=L，电机正转。

图3 门控系统软件设计流程图

3.2 干燥消毒和空气循环系统

干燥消毒系统由紫外线消毒灯、红外传感器、风扇、电子干燥饼和工作指示灯。选用2路继电器模块，控制紫外线消毒灯和风扇，接Arduino UNO板P2.7端口，低电平有效，预留1路备用。工作指示灯红灯接Arduino UNO板P2.6，低电平亮。检测是否放入物品，采用红外传感器，接Arduino UNO板P1.1端口，高电平输出，如图4所示。

图4 消毒干燥系统电路图

在密闭的空间里，通过Arduino控制风扇带动空气流动，加速给电子干燥饼送风，提高空气循环的效率，从而达到加速干燥的效果。

干燥燥消毒系统的软件设计流程图如图5所示，当红外传感器（物体放置）检测到有物体时，同时限位开关（前）有信号输入时，Arduino控制继电器闭合，使紫外线灯、风扇、工作指示灯定时工作，定时时间未到，红外传感器（门控）感应无法打开盒子。

图5 消毒干燥系统软件设计流程图

3.3 工作指示及电源系统

工作指示状态由红、绿两盏LED灯显示，当绿灯亮，红灯灭时，表示电子干燥消毒盒接入电源，处于待机状态；当绿灯和红灯同时亮，表示系统正在工作中，此时风循环干燥系统和消毒系统同时工作，此时工作盒子无法打开。当红灯灭时，表示工作结束。

电子干燥消毒盒的供电系统包括两部分，一是外接外部供电电源，另一个是内部配备的便携式电源。

小结：本系统设计采用Arduino为核心控制器，结合红外传感器、继电器、电机及电机驱动模块等元器件，实现工作盒子的自动开关，可防止使用过程接触交叉感染。根据天气的潮湿度选择干燥消毒时间的长短，操作简单安全可靠，性价比高，实用性强，为听障人群解决实际需求，同时克服了市场上加热型电子干燥盒的缺点，比普通干燥盒效率高，充分体现节能减排，具有实际的设计参考意义，同时可以作为电子设计入门教学应用。