Робот УФ-дезинфекции на Arduino Mega: дистанционно управляемая гермицидная система

Компоненты и материалы

Компонент	Количество
Arduino Mega 2560	1
FPV-камера	1
FPV-видеопередатчик	1
FPV-видеоприёмник	1
TFT цветной монитор	1
4-канальный RC-пульт	1
DC-редуктор 30 Вт	2
Драйвер двигателей VNH5019 (dual)	1

Инструменты

• Дрель, отвёртка

О проекте

Введение

УФ-робот (UV Robot) — телеуправляемая платформа с УФ-облучателем. Состоит из подвижной базы и наземной станции управления (GCS). Оператор управляет джойстиком GCS, наблюдая за видеопотоком от робота.

Робот дезинфицирует и уничтожает вирусы, бактерии и другие микроорганизмы УФ-излучением, разрушая их ДНК. Несколько стран успешно применяют таких роботов в больницах, транспорте, офисах. Наша реализация — дешёвая, для масштабного внедрения.

Почему не дезинфицирующие жидкости?

Спрей со спиртом (70%) вреден при регулярном использовании: проблемы с дыхательной системой, раздражение кожи, нарушение экологии. К тому же — высокие ежедневные затраты на расходники и труд.

Преимущества УФ-робота

• Разовые затраты (нет расходников).
• Дезинфицирует поверхности, костюмы, маски, оборудование.
• Сокращает время дезинфекции на 60% (нет времени высыхания).
• Применим в помещениях с электроникой.
• Один оператор покрывает большую площадь.
• Доказана эффективность 99.997% в сотрудничестве с микробиологической лабораторией.

УФ-облучение (UVGI)

UVGI использует коротковолновое УФ-С (100–280 нм, пик 254 нм) для инактивации микроорганизмов за счёт фотохимического слияния пиримидиновых оснований ДНК/РНК. Источники: ртутные лампы низкого давления и УФ-С LEDs.

Доза (мДж/см²) = Интенсивность (мкВт/см²) × Время (с). Интенсивность падает с расстоянием. Для инактивации большинства вирусов достаточно 8 мДж/см² (по Wikipedia).

Функциональность робота

Система состоит из трёх частей:

1. Наземная база — дифференциальный привод на двух DC-редукторах, два опорных колеса. Внутри: электроника, батарея 12В 35Ач (свинцово-кислотная). Arduino Mega питается через стабилизатор 5В. 4-канальный RC-приёмник (PWM) подключен к Mega. Двигатели — через драйвер VNH5019. Инвертор для УФ-ламп управления через реле от Arduino.
2. УФ-башня — 6 флуоресцентных УФ-ламп (55Вт, 254нм, 890мм) вокруг алюминиевого цилиндра-рефлектора. Электронные балласты внутри цилиндра. На вершине — FPV-камера и передатчик. Башня закреплена на базе.
3. Наземная станция (GCS) — экран с встроенным 5.8ГГц приёмником, джойстик, переключатели УФ и арминга (безопасность). Питание от 3х элементов 18650 (3S) с BMS и SMPS для зарядки.

Сборка наземной базы

Рама из стального профиля 0.75'. Места для моторов, опорных колёс, крепления батареи. Обшивка — кладдочные доски. Схема: каналы RC (1–4) → пины 18–21 Mega (Ch1: UV, Ch2: Arming, Ch3: Forward/Back, Ch4: Left/Right). Драйвер — пины 3–11. Инвертор 1кВт (модифицированный синус, 70% КПД) с реле управления (Common→Common, GND→NC, Power→NO). Добавлены: системный выключатель, выключатель УФ, аварийный стоп.

Сборка УФ-башни

Алюминиевый лист скрутят в цилиндр ⌀15 см. Круглые доски ⌀30 см сверху и снизу — держатели ламп (отверстия 19 мм). Балласты внутри на двустороннем скотче. FPV-камера на вершине, провода вниз через цилиндр.

Сборка наземной станции

Компоненты: 2.4ГГц 4Ch передатчик, FPV-экран, 2 тумблера, выключатель, 9×18650 (3S3P, 3000 мАч), BMS 3S, SMPS 12В 5А. Из передатчика убирают один джойстик, вместо двух потенциометров паяют тумблеры (арминг и УФ). Индикатор батареи передатчика служит индикатором заряда GCS. SMPS настраивают на 12.8В для зарядки через BMS. Корпус — по желанию.

Программирование

Чтение PWM каналов RC через прерывания (библиотека PWM). В стартовой последовательности проверка напряжения батареи и положение UV-переключателя (должен быть выкл). Мониторинг батареи только при остановке робота, чтобы избежать ложных срабатываний при пусках. Управление драйвером, зуммером, реле — стандартное.

Операционные процедуры

Включение

GCS: 1) Главный выключатель. 2) Оба тумблера вниз (выкл).
Робот: 1) Выключатель питания. 2) Ждать стартовый тон. 3) Ждать тон «система ОК».

Управление

1. Включить тумблер Arming.
2. Джойстик — движение.
3. Включить тумблер UV — лампы загорятся (не работает, если Arming выкл).

Индикация батареи

Минимум 4 полоски для работы. При низком заряде: писк и мигание последних двух полосок.

Зарядка

1. Выключить робот.
2. Выключить GCS.
3. Включить инвертер в розетку (встроенный индикатор заряда).

Общие соображения

1. Людные места: УФ вреден для глаз и кожи (<3 м, >60 с). За стеклом безопасно.
2. Чувствительные материалы: Мягкие пластики (игрушки, упаковка) деградируют. Не использовать в таких магазинах, но полы можно.
3. Больницы: Эффективно для высококонтактных поверхностей. Медицинское оборудование из твёрдых пластиков (прошли радиацию при производстве) и нержавейка, N95 маски — можно. Лекарства — эффект не доказан.
4. Тени: УФ отражается как видимый свет. Глубоко затенённые зоны не дезинфицируются (как и жидкостями).
5. Озон: В замкнутых пространствах образуется озон. После обработки проветривать 20 минут.

Код

Доступен на GitHub: Ultraviolet-Germicidal-Robot

Схемы

Fritzing-файл: uv-x_Q9R5T59Q32.fzz