摘 要

本次设计是基于仪器和分析软件应用开发软件LabVIEW的，针对普通本科大学生四人间寝室的空气细菌含量监控显示与杀菌系统。由LabVIEW的设计系统，设计了每个寝室每个床位由寝室账号进行登录的登录界面，并对各个寝室整体的细菌含量进行记录和绘制成图形，直观的反应各个位置的空气细菌含量。当寝室空气细菌含量高于设定的标准值时，进行亮灯警示。打开深紫外线LED灯进行空气杀菌，当空气细菌含量达到要求时，自动关闭杀菌灯。试验结果表明该设计系统运行良好，达到了预期的设计要求。

关键词：LabVIEW；深紫外线LED灯；空气杀菌

Abstract

This design is based on LabVIEW, the application development software of instrumentation and analysis software. It is aimed at the air bacterial content monitoring display and sterilization system of four bedrooms of University dormitory . By the design system of LabVIEW, the login interface of each bedroom and each bed is designed, and the bacterial content of the whole bedroom is recorded and plotted to visually reflect the air bacterial content of each location. When the bacterial content in the air of the dormitory is higher than the set standard value, light warning should be carried out. Turn on the deep ultraviolet LED lamp to sterilize the air. When the air bacteria content reaches the requirement, turn off the sterilizing lamp automatically. The test results show that the design system runs well and meets the expected design requirements.

Key Words：LabVIEW；Deep ultraviolet LED；Air sterilization

目录

第1章 绪论 1

1.1 空气杀菌 1

1.2 紫外线空气杀菌 1

1.3 深紫外线LED 2

第2章 LabVIEW软件介绍和杀菌技术的了解 3

2.1 LabVIEW软件介绍 3

2.2 紫外线杀菌技术介绍 3

第3章 控制程序的设计过程 6

3.1控制程序的设计思路 6

3.2 登录界面设计 6

3.2显示界面的设计 8

3.2.1数据处理与绘图 8

3.2.2 前面板显示设计 10

3.2.3 空气质量超标提示的设计 12

3.3 分析记录界面设计 13

3.4 逻辑运算框图的设计 15

第4章 程序模拟仿真运行 17

第5章 结论 21

参考文献 22

致谢 23

第1章 绪论

随着人们生活质量的提高，人们对自身居住环境的要求也越来越高，不仅仅是以前所要求的单纯的采光率之类的，人们要求更加多，人们不仅要求绿化好，更要求空气富氧，不仅要求房屋采光好，更要求空气细菌含量更低。

1.1 空气杀菌

人们日常生活中充满了各种各样的污染和有毒物质，常见的有细菌、病毒、微生物等等，还有房间装潢后，装潢材料挥发出的各种例如甲醛、氨、苯系物等气态污染物，还有室外的汽车尾气，工业废气、灰尘等等空气污染物。目前来说，工业化的发展，就会产生工业废料，如果不处理好的话，就是各种各样的污染物，最后伤害的还是人们本身。

随着社会的发展不难发现，人们待在室内的时间越来越多，所以人们对室内空气的要求就会随之提升。要求富氧，无菌，富有对人体有好处的负离子。而这些要求中，最容易满足的就是无菌环境。空气杀菌的方法主要分为静态消毒杀菌和动态消毒杀菌。静态和动态的区别在于消毒产品对人体是否存在直接或者间接的伤害，在针对空气消毒杀菌时，人不能留在消毒杀菌空间，称为静态消毒，反之称之为动态消毒。

常见的动态空气杀菌方式，就是自然通风。自然通风，没有任何的不良反应，只会将室内的，经过人体呼吸作用的，二氧化碳含量相对较高的空气与室外，氧气含量较高的空气，进行气体对流，让室内的二氧化碳流向外部，外部的氧气流向室内，提高室内的氧气含量。常见的静态空气杀菌方式有紫外线灯杀菌，臭氧发生器杀菌，喷雾消毒法。紫外线灯消毒杀菌就是利用紫外线对细菌的DNA的伤害，破坏细菌等微生物的DNA序列，让微生物不能繁殖分裂，从而达到杀菌的目的。臭氧发生器杀菌的原理是利用臭氧的氧原子的强氧化作用，利用氧化作用破坏微生物的生物膜结构，让细胞组织破坏，从而直接杀死细菌等微生物。臭氧杀菌与紫外线杀菌的区别在于臭氧杀菌改变细胞结构，直接杀菌，而紫外线更多的作用于DNA，破坏细菌自我增殖和复制的过程。

1.2 紫外线空气杀菌

人们很早就会利用太阳光中的紫外线进行物体表面杀菌消毒，把被子和潮湿的衣物拿到太阳光下晒就是很好的例子，而人们系统的研究和利用紫外线杀菌大概是在两百年前，德国的贺利氏博士发明第一只紫外线杀菌灯，紫外线杀菌技术在各种各样的方面的应用，变的越来越广，比如水杀菌，物体表面处理和空气杀菌。

从2003年的非典开始，紫外线杀菌灯就慢慢的进入我国人们生活的各个地方，医院，广场等各种公共场合甚至是人们的家庭中。甚至随着网购的发展，各大网购网站都可以直接购买到家用的紫外线杀菌灯。紫外线杀菌灯从外观上来看，和普通的日光灯很相似，但是紫外线灯对人体的危害很大的，不仅要避免皮肤、眼睛与紫外线辐射直接接触，而且长时间受到紫外线的照射，还有可能会导致皮肤细胞的癌变，造成组织的破坏。

普通的紫外线杀菌灯，是利用汞灯发射的紫外线，因为灯管材料的石英玻璃的特殊性质，所以杀菌灯的生产和应用得不到更大范围的推广。另一方面，由于石英玻璃所做的紫外线杀菌灯的使用寿命不长，一般9000小时就得更换灯管。而且，部分厂家因为生产技术的限制，所以存在紫外线杀菌灯在使用过程中的杀局效率下降的问题。并且汞俗称水银，是特殊的重金属，对人体伤害很大。正是因为普通石英玻璃制作的紫外线杀菌灯的各种各样的问题存在，所以深紫外线LED杀菌灯应运而生。

1.3 深紫外线LED

深紫外线之的是紫外线中波长在200到350nm的光线。而太阳光中的紫外线一般波长为275到320nm，适量的照射可以促进人体的矿物质代谢和维生素D的产生和吸收。深紫外线LED灯最先由日本的东京农工大学和德国化学公司组成的研究小组研制成功。深紫外线LED灯与普通的高压汞灯紫外线杀菌灯相比，它的使用寿命更长，体积更小并且最重要的是效率更高。同等功率下，LED尺寸要远远小于汞灯尺寸，相同大小的正方形LED灯和汞灯，LED灯光要比汞灯光强上1000倍以上。并且LED灯只需要6V就可以正常工作。综合所述的各种优势，深紫外线LED灯，可以应用于绝大多数的杀菌消毒场合。比如水净化领域，因为深紫外线在水中有极高的穿透性，并且不会产生二次污染，不会破坏水中的矿物离子。还有空气净化领域，许多对环境要求较高的场所比如医院，无菌室等都应用了紫外线灯消毒杀菌。

深紫外线LED灯因为工作需要的电压小，体积小，没有二次污染，所以在许多日用家电上都可以运用上深紫外线LED。国内的大型家电厂家比如海尔，美的等都将深紫外线LED用在了部分家电设计中，国外的欧司朗等公司也都涉及到了紫外线小家电。但是由于紫外线LED拥有着的各种优势，不难发现LED的应用范围只会越来越广，在不久的将来，无论是大品牌还是小品牌，公众场合还是私人空间，都会有深紫外线LED的身影，它将与我们的日常生活息息相关。

本次毕业设计的目的是设计一个基于LabVIEW的，检测普通大学四人间寝室的空气质量，并且通过控制深紫外线LED灯进行消毒杀菌的程序。本次毕业设计的目的是为了提升大学生寝室生活的生活质量。大学生在日常生活中，可以随时了解到哪里的空气质量不好，需要进行空气消毒杀菌。可以知道整个寝室，长时间下来的空气质量情况，是一直保持着空气质量达标，还是说寝室空气质量的不高。学生在日常寝室生活过程中不用担心因为寝室老旧等各种原因而导致的微生物滋生导致的身体免疫力下降等各种不良反应。让学生们可以有一个良好的心情和舒适的学习生活环境。

1. LabVIEW软件介绍和杀菌技术的了解

2.1 LabVIEW软件介绍

LabVIEW的全称为Labortory Virtual Instrument Engineering Workbench(实验室虚拟仪器集成环境)，是由美国国家仪器公司（National Instruments，NI）创立的一种功能强大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具^[1]。LabVIEW的主要优势在于用图标代替了传统的文本行创作应用程序的计算机语言，所以它更加容易学习和上手，把工程师从枯燥的文本编辑过程中解放了出来。

LabVIEW中开发的程序，都包括前面板，程序面板和图标三个部分，其中，前面板是用户界面，有与操作者交互式的输入和输出控件。编辑前面板时，可以通过右键前面板的空白处打开控件选板，或者在“查看”菜单中选择“控件选板”来打开选板，控件选板可以方便的给前面板放置各种类型的输出显示对象和输入控制对象，极大的方便了设计的工作人员。程序框图是编辑各个代码之间的逻辑关系的，程序框图中不仅显示了前面板中的输入和输出控件，还有各种函数，常量和连线等等。编辑程序框图时，可以通过右键空白出或者在“查看”菜单中打开“函数选板”，函数选板中，包括了大量的数据库，有数值运算、布尔运算和字符串运算等等。在开发过程中，还有工具选板可以为编程过程提供便利，前面板和程序框图的编辑过程中都可以使用工具选板，其中不同的工具具有不用的作用，有的可以用来拖动对象，有的可以用来改变对象的属性，有的可以用来调试程序。LabVIEW中的连线用于在程序框图之间传递数据，不同的数据类型，用不同的颜色连线，鲜明的表现出来，让工作人员能清楚的明白数据之间的转换。

LabVIEW用图标代替了传统的文本行创作应用程序的计算机语言，所以想对于其它计算机语言来说，更加容易学习和上手，也是因为形象的图标编程，把工程师从枯燥的文本编辑过程中解放了出来，工程师在设计的时候只需要选择自己需要的函数程序框，然后进行简单的连线就可以实现编程设计，它的开发速度比一般的语言编程快了4-6倍左右。LabVIEW在测试与测量，过程控制系统和工业的自动化方面有广泛的应用。世界范围内的汽车，航天，通信过程控制等都通过LabVIEW提高了开发效率。

2.2 紫外线杀菌技术介绍

太阳光中带着大量的紫外线，所以人们在晴天，没有障碍物遮挡太阳光的地方晒衣物和被褥，通过紫外线来达到杀菌的目的。而人们系统的研究紫外线，利用紫外线进行杀菌消毒，则是从两百年前的德国的贺利氏博士发明了第一只紫外线杀菌灯开始说起。而后经过两百年的研究发展，现在的紫外线消毒已经运用于医院消毒、餐具消毒、水消毒、化工、包装等各个方面。并且根据运用环境和消毒杀菌的要求不同，紫外线灯又分不同的种类，有强紫外线高压水银灯、高强金属卤素灯、晒版灯等等。其中强紫外线高压水银灯是由高品质的石英管材制作，能够使紫外线高度的大量的穿透，常见的高压水银灯功率由30W到200W不等，该灯光谱的有效范围为350nm到450nm之间。而高强金属卤素灯则是由高压水银灯发展而来。该灯利用高纯度的石英制作，但是石英管材中不是充满了汞，而是冲入氩、镓的碘化物、铁的碘化物等一些稀有金属的卤化物。以冲入碘化铁的金属卤素灯为例，钨电极通过钼带密封后形成电路，金属灯头作为末端，碘化铁提供宽光谱紫外辐射，增强金卤灯在380nm区域的光谱输出。添加了碘化铁的金卤灯在胶片曝光中有非常好的工作效果。众多紫外线杀菌灯种类中，最主要运用于杀菌消毒领域的紫外线灯是低压汞灯，该种类灯的紫外线珠波峰为253.7nm，功率则是从4W到100W不等。

紫外线灯杀菌的原理为波长为200nm到280nm的短波紫外线穿过生物的细胞结构，被DNA或RNA的碱基所吸收，从而破坏了微生物的遗传物质，致使微生物不能自我复制或繁殖，从而达到消毒杀菌的目的。因为紫外线灯杀菌原理与臭氧杀菌的原理区别，紫外线灯照射时间的长短决定了杀菌的效果。一般市面上所销售的不同品牌的紫外线杀菌灯都要求照射30min到120min不等，才能达到杀菌消毒的目的。如图2-1，紫外线杀菌灯，就是是市场常见的紫外线杀菌灯。看起来和普通的日光灯管一样，但是区别很大。

图 2- 1 紫外线杀菌灯

市场上在销售的直立式家用紫外线灯( 型号: PHILIPSTUV-PL-L）经过试验测量，得到的结果为型号为 TUV-PL-L 的直立式家用紫外线灯有效杀菌范围呈以灯为中心近圆形分布，其平均辐射照度为 138.9 μW 每平方厘米^[2]。

虽然紫外线杀菌效果很好，但是由于紫外线的照射和穿透是范围性的，而人体的细胞也会复制增殖，而若是人们的皮肤细胞吸收了大剂量的紫外线，破坏了自身的DNA序列，则会引起细胞的破坏，甚至细胞的癌变。而为了保护人体细胞不受或少受紫外线的伤害，深紫外线LED灯应运而生。1996年至1999年，美国几个研究小组发起了对波长小于360纳米的基于Algan的紫外发光二极管的研究。2014年，日本的研究小组研究了220–350纳米波段DUV LED是通过开发宽带隙Aln和Algan半导体的晶体生长技术来实现的。通过研制在蓝宝石基板上生长的低线程位错密度（TDD）Aln缓冲区，实现了Algan-Duv发射的内部量子效率（IQE）的显著增加。通过引入一种多量子势垒发光二极管，发光二极管的电子注入效率（EIE）也显著提高^[3]。此次阶段性的突破使得深紫外线LED灯的经济性适用性得到了巨大提高，深紫外线LED灯变的便宜了起来，慢慢的已经进入了人们的日常生活。如图2.2 紫外线LED灯。就是现在市场中可以看得到的紫外线杀菌LED灯。

图 2- 2 紫外线LED灯

高波长的紫外线LED灯经过最近两年的市场实用，已经在家用冰箱，电器等的消毒杀菌方面有了良好的表现。但是具有强烈杀局效果的波长为280nm的LED灯的实用，依旧存在着材料难以量产制备，芯片难以封存等各方面技术问题，短时间内，依旧不能够遍及到人们的日常生活。

1. 控制程序的设计过程

3.1控制程序的设计思路

建立一个新的VI，设计前面板和程序框图。设计前面板的寝室号和密码登录，确定后进入显示主界面。寝室四个角落的四个空气检测监控装置，每次检测完后汇总到显示装置，绘制成四张波形图，当监控装置的检测结果超过设定的标准值时，对应的波形图上进行亮灯提示。点击下一页按键，查看一个月时间的细菌含量波形图。

3.2 登录界面设计

图3- 1 LabVIEW创建界面

打开计算机的LabVIEW程序，如图3.1 LabVIEW创建界面。创建一个新的VI。设置目标文件名为登录界面。进入前面板，如图3.2空白LabVIEW的前面板，设置登录界面，打开程序框图，右键空白位置，选择添加结构，添加While结构，如图3.3 While结构的的选择。在While结构内右键继续添加结构，选择

字符串的标签，将第一个标签改为寝室，表示这个字符串应该输入寝室号，将第二个字符串的标签改为密码，表示这个字符串应该输入每个寝室所对应的密码。右键点击事件结构的框图，出现选项面板，选择编辑本分支所处理的事件。

图3- 2 空白LabVIEW的前面板

图3- 3 编辑事件结构

如图3.3 编辑事件结构，所示。选择事件源控件，事件为值改变，然后单击确定，完成事件结构的编辑。继续在事件结构里面设计验证寝室号密码是否正确的程序。设置两个字符串常量，一个是寝室号的字符串常量，与输入寝室的字符串做比较，等于？则进行下一步：另一个是密码的字符串常量，与输入密码的字符串做比较，等于？则进行下一步。两个比较的下一步为与布尔，计算逻辑与的作用为两个输入都为TRUE，函数返回TURE，否则，全部返回FALSE，不执行下一步指令。计算逻辑与的下步操作为一个条件结构，条件结构有结构框架、条件选择端口、选择器标签和递增递减按钮组成，主要的作用是判定条件，结构执行时，有且仅有一个子图形代码框被执行。完成后程序框图如图3.4条件结构所示。当程序框图连线无误后，打开前面板，设置前面板背景，整理显示部件，及两个

图3- 4 条件结构

字符串输入框以及提示成功登陆的亮灯布尔。将字与字对齐，字符串输入控件与字符串输入控件对齐，以达到整洁美观的目的。让用户可以直观的明白自己应该干什么，操作起来也更加方便。

3.2显示界面的设计

显示界面的设计是为了用户更快更直观的发现哪里的细菌含量超过了设定的标准值，需要开启紫外线杀菌灯进行消毒杀菌工作。所以在综合考量下，选择在四个床位的四个角落放置四个细菌含量检测装置，另外设计在每个床位的正上方设计了深紫外线LED灯进行照射杀菌操作。当检测装置检测到空气质量达到标准后，自动关闭照射，以免过量的紫外线照射对物体造成破坏。

3.2.1数据处理与绘图

显示设计的最重要一点是将采集到的数据拟合成一个数组，然后另一方面获取绝对时间，与采集到的的数组捆绑，形成一个二维数组，然后通过将这个二维数组输出拟合成一个xy图显示出来，方便操作者实时观察寝室四个角落的空气细菌含量。

首先，第一步先设计获取时间，因为时间是四个波形图的横坐标，是相对比较重要的参数，也是比较容易获得的参数，所以先设计程序框图获取时间常数。

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