像科学家那样探究
西安小学六年级四班 张明赫
《便携式多功能消毒装置》
研究报告
便携式多功能消毒装置 视频讲解
西安小学 六年级四班 张明赫
近年来，人类经历了新冠肺炎病毒肆虐全球，虽然新冠病毒已经威力大减，但各种其他病毒仍然会冒出来，侵扰我们的生活。在日常生活中，各种病毒细菌同样也在给我们的健康和生活带来各种隐患。一方面，我们平时网上购物、叫外卖等日常生活中，存在细菌病毒传播的风险，另一方面，医院、宾馆、车站等人流量大的场所，在传递接触物品的时候，也容易造成细菌病毒的传播。这都是生活中容易出现的危险。
为了解决这些问题，我就萌生了研究一个可以方便进行消毒和烘干的装置。于是我就制作了《便携式多功能消毒装置》这个装置。
一、主要用途：
本发明具有消除物品表面病毒和烘干除湿两大功能。具有紫外线和高温两种消毒功能，能有效防范细菌病毒通过物品表面传播，同时也具有非常好的通用性，可以用于多种物品的消毒，操作简单，可以实现免接触消毒，适合各类人群。除消毒功能外，装置也具有烘干除湿功能。装置可以自动设定温度和时间完成所需工作。
二、组成：
本发明主要由定时器、温控器、加热器、紫外线消毒灯珠、语音提示器、双开门消毒烘干箱体、辅助电路组成。
三、特点：
首先，这个装置有前后两个门，一个是用来放物品的，一个是用来取物品的，在交接物品或者快递的时候，就可以实现免接触消毒。这样特别方便在宾馆、酒店、车站等场所应用。
第二，这个装置具有紫外线消毒、高温消毒两种功能，而且可以设定消毒时间和消毒温度。消毒箱最高加热温度可以达到80度，消灭细菌病毒也非常容易，可以设定消毒时间，自动运行。当我们设置完毕后，定时器有记忆功能，以后再使用可以不需要再次设置了，可以一键自动完成消毒，消毒装置工作的时候，具有语音提示和消毒指示灯提示，可以用来提醒我们。
第三，这个装置可以根据要消毒的物品选择消毒方法，可以只使用紫外线消毒，也可以只使用高温消毒，还可以两种消毒方式同时使用，非常方便。比如我们要消毒冷冻产品的时候，就要用紫外线消毒；如果要消毒对紫外线敏感的物品的时候，就可以选择高温消毒。
第四，这个装置可以用来烘干除湿，方便对一些精密设备、衣物等进行烘干除湿，可以设定温度及时间，自动运行。
四、装置优点：
1、免接触双门设计，放物品、取物品互相隔离；
2、具有紫外线和高温两种消毒功能，可以设定消毒时间和消毒温度，最高可以设定80度消毒温度，一键自动完成消毒，具有语音和指示灯提示；
3、两种消毒方式可以单独使用，也可以同时使用，定时及温度设置具有记忆功能，造价低、操作简单，使用方便，适合老人、儿童等各类人群使用。
4、可以实现烘干除湿功能。
5、通用性好，安装使用方便，除了家庭使用，还可以推广到宾馆、医院、车站等多个场所。
五、设计方案：
利用加热器升温，利用温控器控制温度，当达到设定温度上限时，自动停止升温，当低于设定温度下限时，开始升温，这样就可以维持所需要的温度。利用定时器设定高温消毒或者烘干时间，当达到设定时间后，自动停止工作，定时器时间可以在0.1秒到999分钟任意设定，满足日常使用需要。
利用紫外线消毒灯珠实现消毒功能，利用定时器设定消毒时间，消毒时间到后自动停止消毒。
利用语音提示器对工作状态进行提醒。
五、研究过程：
1、硬件方案设计；
我有了思路后和家长老师交流，在老师的指导下，我设计了便携式多功能消毒装置的详细方案，装置原理图如下面所示。
表1 便携式多功能消毒装置各模块主要功能
2、采购硬件：
采购变压器、定时器、温控器、加热器、紫外线消毒灯珠、语音提示器等设备，设计加工箱体。
3、工作原理：
便携式多功能消毒装置的详细工作原理如下：
1)通过加热器实现高温消毒或烘干功能；
2)温控器检测箱体内部温度，可以预先设定好温度控制区间，比如在用于消毒时，设置最高消毒温度为80度，最低消毒温度为75度，当检测到温度低于75度时，自动控制加热器开启加热，当检测到温度高于80度时，自动控制加热器停止加热；
3)紫外线消毒灯珠用来实现紫外线消毒功能，箱体各个方向都设置了紫外线消毒灯珠，可以无死角覆盖被消毒物品；
4)定时器用来设定消毒或烘干持续时间，可以根据需要从0.1s~999分钟时间，当启动消毒或烘干时，定时器自动按照设定时间倒计时工作，达到设定时间后，定时器自动停止消毒或烘干工作；
5)语音提示器用来提示工作状态；
6)装置采用220V家用电源供电；
7)内部所用的直流电源采用变压器实现。
4、主要模块电路设计：
温控器、定时器与加热器组合实现自动消毒与烘干功能；
定时器与紫外线消毒灯组合实现烘干衣物功能。
5.设备调试：
1)在调试过程中，温控器、定时器与加热器配合是调试难点，首先我学会了设置温控器的温度上下范围，通过温控器控制继电器，然后控制加热器工作。接下来我学会了设置定时器定时时间，通过定时器控制继电器，然后控制加热器工作，这样就可以让消毒或烘干时间到后自动停止。通过调试，实现了自动消毒与烘干功能。
2)通过定时器设定紫外线消毒时间，控制继电器，然后控制紫外线消毒灯珠工作，实现紫外线自动消毒功能。
3)我在桌子上把加热消毒功能、紫外线消毒功能、烘干功能、语音提示功能、变压器功能等模块都分别调试完成，最终我实现了所有功能。然后我选用亚克力板材作为装置的外壳，这样有更好的强度，并将外壳按照需要进行了打孔加工。
4)整个装置里面有几十根线，这些线都是装置的血管。我小心翼翼的逐一检查，当所有线连接好后，我将各个模块装入机壳上，把所有导线也用热熔胶固定牢固。确认无误后，我进行了测试，所有功能都正常。
六、作品实物：
图7是最终装配好的实物作品，图8为控制面板，各部分功能如下：
1、正面上方左侧起第一个开关是装置总电源开关，用来控制装置通电；
2、正面上方左侧起第二个开关是装置工作开关，用来控制装置开机；
3、正面上方左侧起第三个开关是紫外线消毒控制开关，按一下便可以进行紫外线消毒，紫外线消毒过程中，上方对应的指示灯亮；
4、正面上方左侧起第四个开关是装置加热消毒及烘干控制，按一下便可以进行加热消毒或者烘干，加热消毒或者烘干过程中，上方对应的指示灯亮；
5、正面中间左侧位置为紫外线消毒定时器，用来控制紫外线消毒时间；
6、正面中间右侧位置为语音提示器，用来提示工作情况；
7、正面下方左侧为加热消毒及烘干定时器，用来控加热消毒或者烘干时间；
8、正面下方右侧为温控器，用来控加热消毒或者烘干温度范围。
七、该项目应用了哪些科学方法、科学原理
该项目应用了多种传感器控制技术、不同模块组合控制技术，实现装置智能运行。
八、该项目的主要贡献(创新部分)
本项目的创新点有：
1、集成了高温消毒、紫外线消毒、烘干除湿等功能；
2、可以实现免接触消毒；
3、智能运行，操作简单，具有非常好的通用性。
九、他人同类研究的情况调查
经过对中国专利信息网、中国发明网、中国国家知识产权局专利检索及万方数据资源系统(1999-2024)专利进行检索，未见与本作品相同的作品。
十、使用效果：
便携式多功能消毒装置通过多次测试，作品效果良好。我给爸爸妈妈和长辈演示了效果，和他们交流体验感受。大家觉得我的作品很实用，能解决实际问题，有了它，我们就可以生活在更安全的环境了，还可以给其他人提供帮助。这个作品圆满完成了我的设计目标。它有如下优点：
1、智能运行，使用方便；
2、一机多能，拥有高温消毒、紫外线消毒、烘干除湿功能，可以实现免接触消毒；
3、价格低廉，便于推广，既可以在家庭使用，又可以推广到医院、宾馆、车站等人流量大的场所。
十一、进一步完善该项目的设想
后续，我将开展装置扩展功能的研究，例如增加远程控制等功能，使这个作品更加好用。采用更耐温的材料，以便实现100℃消毒。
十二、个人收获
这是我第二次参加青少年科技创新大赛，从提出想法到付出实施，到最终完成作品，我也学习了一些简单的电路知识、传感器的知识等，对科技制作的兴趣越来越浓厚。虽然在这个制作中我遇到了很多困难，但在老师和家人的指导帮助下，我把这些困难都克服了。这让我体会到：不管干什么，坚持是最重要的。
这次参加比赛，也让我对科技创新在日常生活中的作用有了更深刻的认识，科技改变生活，为我们的生活提供舒适与便利。
十三、致谢
从选题到整个科技制作完成的过程中，我的各位老师给了我非常细致的指导，在这个过程中我也学到了特别多的科学知识，动手能力也得到了锻炼，使我对发明创造的兴趣越来越浓厚。非常感谢老师们对我的教导。
同时，我也感谢家人对我的支持和照顾，教给我很多科学知识，在我遇到困难的时候，陪我一起解决问题。
END
