疫情下的寵物消毒產品設計分析

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摘要：本文以寵物貓為例，重點解決疫情下寵物飲食健康問題，促使人與寵物和諧共生。運用文獻調查法收集寵物投喂器的產品不足之處。運用類比設計法分析研究LED紫外線技術運用在寵物產品的可行性。LED紫外線技術更適合用于寵物的消毒產品。LED紫外線技術運用到寵物投喂器上是可行的。LED紫外線更適用于寵物投喂器的消毒功能，能夠解決疫情背景下寵物飲食的健康衛(wèi)生問題。

關鍵詞：寵物投喂器;LED紫外線;健康衛(wèi)生;和諧共生;疫情

引言

隨著疫情的爆發(fā)，寵物感染的案例逐步增多。會因不確定因素復發(fā)。人為了自身的健康不得已選擇遺棄寵物，寵物離開人類只能自己覓食。例如：垃圾桶中翻找食物。垃圾桶是人們生活垃圾的聚集地，其中滋生大量的病菌，寵物食用帶有病菌的食物難免會導致疾病。寵物在日常中與人接觸有可能將大量病菌帶給人，對人的健康產生危害，因此寵物的飲食健康與衛(wèi)生不可忽視。

一、寵物現(xiàn)狀及投喂產品的調查分析

隨著中國社會經濟的大力發(fā)展，寵物相關行業(yè)也迅猛發(fā)展。人們飼養(yǎng)寵物的目的由單純的娛樂而改變?yōu)槿藗兙竦募耐校瑢櫸锏慕巧睬娜晦D變。寵物與人成為密不可分的生活伴侶。在促進和諧社會的發(fā)展中起到不可代替的作用。根據《2019年中國寵物行業(yè)白皮書》的相關文字表明，2019年全國城鎮(zhèn)養(yǎng)寵（犬貓）人士高達6120萬人，2019年全國城鎮(zhèn)養(yǎng)寵物貓人數(shù)為2451萬人。相比較近幾年的相關數(shù)據可知寵物貓的數(shù)量增幅遠超過寵物犬的數(shù)量增幅[1-3]。

（一）疫情后寵物貓感染病毒案例分析：2020年3月份后，香港出現(xiàn)了全國首例寵物狗的案例。隨后世界各地紛紛出現(xiàn)類似情況。抗疫中的中國團隊發(fā)表在《微生物與感染》雜志上的一項研究稱，武漢地區(qū)感染病毒的貓數(shù)量可能被低估。來自華中農業(yè)大學的研究人員共采集141個貓類樣本，其中疫情前采集的貓類樣本有39個，疫情后采集的貓類樣本有102個。其中46只貓來自于3所動物收容所，41只貓來自于5家寵物醫(yī)院，15只貓來自于已確診的患者家中。結果發(fā)現(xiàn)15只貓體內檢測出抗體，11只貓體內檢測出的中和抗體。產生最多病毒抗體的3只貓的主人，是已確診的患者。但感染病毒的貓并無明顯癥狀。寵物貓與流浪貓相比，寵物貓的感染率要高于一般流浪貓。目前感染的寵物貓是否能夠傳播還尚不明確，但寵物貓能夠感染毋庸置疑。因此寵物貓的健康衛(wèi)生問題尤為重要。

（二）寵物與人的健康關系分析：寵物的健康與社會的公共健康是密不可分的。寵物感染上病菌，通過與人的直接或間接接觸，能夠使人感染上疾病。例如：有些病菌在貓身上不會發(fā)病，但在人身上會發(fā)病。比較常見貓的傳染病有貓?zhí)\，它是一種由真菌引發(fā)的皮膚病。引發(fā)貓?zhí)\的真菌有5種，其中奧杜安小孢霉菌易通過器皿、梳子、剪刀等間接傳染給人們。導致人感染貓?zhí)\。輕度患者皮膚瘙癢出現(xiàn)紅疹。重度患者出現(xiàn)脫發(fā)和皮膚大面積病變的癥狀。因此寵物的健康與人的健康有著必然的聯(lián)系。

（三）投喂產品調查分析：運用文獻調查法收集現(xiàn)階段寵物貓的產品功能。隨著社會經濟的大力發(fā)展，人們的工作節(jié)奏也逐步加快。寵物的喂養(yǎng)成為焦點問題。為保障寵物的喂養(yǎng)問題，寵物投食、投水機的相繼出現(xiàn)。現(xiàn)階段寵物投喂產品解決了寵物喂養(yǎng)的問題，但投喂產品功能的單一性不能滿足疫情下人們的需求。通過查閱寵物產品論壇以及各大電商平臺的用戶評價。發(fā)現(xiàn)寵物投食器有以下問題：如何保證投食機器皿的衛(wèi)生、未吃完的食物如何處理、停電情況下投食機無法工作、投喂食物種類單一、投食機系統(tǒng)功能單一等問題。寵物飲水機有以下問題：飲用水因長時間存放變差、有異味、寵物飲用后導致水體污染、需定期更換濾芯等問題。這一系列的問題暴露出寵物投喂產品有許多設計不足之處。科技改變生活，寵物智能產品本應為人節(jié)約時間，提升人的生活品質。現(xiàn)階段的寵物產品恰恰相反。寵物智能產品在解決一些問題的同時又會帶來新的問題。

二、LED紫外線在消毒領域的應用潛力及相關數(shù)據對比

紫外線是傳統(tǒng)的消毒手段。當前工業(yè)化大規(guī)模使用的紫外線光源是汞燈。汞是一種重金屬，具有毒性。一旦作為污染物進入環(huán)境中，將具有持久的影響。因此，汞污染受到國際社會的共同關注。2012年國際公約《關于汞的水俁公約》。依據公約，自2021年1月1日起禁止生產和進出口所列含汞的相關產品[4]。尋找汞燈的代替光源是必然趨勢。因此以LED光源的紫外線技術備受關注。目前紫外線消毒理論、應用大多數(shù)都基于傳統(tǒng)的紫外線燈，而LED紫外線燈有其自身特點。在應用領域上，LED紫外線殺菌燈的小巧型使其應用在便攜式電子消毒產品、掃地機器人、電梯扶手殺菌機等。紫外線照射模塊配合投喂功能保證寵物的飲食干凈、衛(wèi)生、健康。

（一）傳統(tǒng)紫外線的消毒原理：紫外線消毒就是以光子攻擊微生物的DNA，阻止微生物DNA的復制，使其失去繁殖能力[5]。失去繁殖能力的微生物具有自我修復的能力。高UV劑量可破壞修復酶。DNA的吸收光譜在波長260nm附近有最大吸收峰。高于或低于一定值的波長，消毒效果會弱一些。大于300nm波長的紫外線不具備消毒效果。各波長有效消毒劑量率是其實際劑量率乘以消毒效率有效系數(shù)。同時有多種波長照射，則總消毒劑量為[5]公式中E′g為劑量率，H′g為總消毒劑量率，gi（λ)為消毒有效系數(shù)，τ是時間。

（二）LED在消毒領域應用的可行性：運用類比法分析傳統(tǒng)紫外線與LED紫外線實驗數(shù)據，從而判斷LED紫外線是否可行。隨著半導體技術的發(fā)展，發(fā)光二極管能發(fā)射的波長已達到紫外區(qū)域。能發(fā)出紫外線的LED稱為UV-LED。因此在新的應用突破點—消毒，LED具有更好的優(yōu)勢。LED紫外線的大規(guī)模生產應用主要因素有三：一是功率，二是價格，三是光電轉化效率。1.LED與傳統(tǒng)紫外線汞燈的參數(shù)對比：紫外線技術消毒是一種新型的有效的消毒手段，主要使用在飲用水、市政排水、空氣消毒等方面。傳統(tǒng)汞燈具有幾大不足，分別是含汞、易碎、啟動電壓大等不足。相比較而言，LED具有、體積小、低啟動電壓、無需震流器、抗沖擊、抗震動、高效率和長壽命等優(yōu)勢，且不含汞。如表1是LED和汞燈的一些參數(shù)對比。2.紫外線消毒的實驗與消毒劑量：如表2提供了紫外線消毒的微生物相關實驗數(shù)據。由于紫外線對不同生物會造成有不一樣的影響。對紫外線抵抗力最強的病原菌確定消毒劑量。對于特定消毒對象，需要制定具有針對性的消毒效果指標標準。國家對于水體的消毒，依據水體特征設立了紫外線消毒劑量的使用標準[6-7]，如表3。

三、產品及系統(tǒng)設計

（一）產品整體設計：寵物的投喂器主要由單片機主控模塊、電機驅動模塊、無線網絡控制模塊、語音模塊、監(jiān)控模塊、電源模塊、LED紫外線照射模塊、稱重傳感器檢測模塊8部分構成[8]如圖1。產品可以通過遠程網絡設備控制并通過攝像頭監(jiān)控寵物的進食狀態(tài)。設定投食時間、投食投水量及定時紫外線消毒。內部系統(tǒng)通過稱重傳感器檢測器皿中食物和水的充裕程度，當重量高于預設值時，將不會繼續(xù)補充，相反低于預設值時，內部系統(tǒng)將通過電機驅動補充食物和水源。產品在補水或食物前將播放預設聲音，吸引寵物前來進食。食物存儲在三個食品儲藏盒中，每個儲藏盒都是獨立的密閉空間。三個儲藏盒將食物分為三大類，分別是一般糧類、普通肉類、藥用食品類。這三大類保證寵物食品類型的多樣性，滿足寵物飲食的營養(yǎng)均衡。每次投喂前將盛食物和盛水的器皿通過電機驅動模塊收入產品的內部密閉空間，使用LED紫外線對器皿進行消毒處理，保證寵物的飲食健康衛(wèi)生。1.產品造型設計：在產品設計的研究過程中，產品的外觀造型是最直觀的反映產品設計的形式要素。產品的外觀造型能夠被人所感知，使產品與人之間所產生的情感、理解、認知，并對人產生追直接的影響。在寵物投喂產品的形態(tài)設計研究過程中，產品不僅僅要滿足功能、技術、環(huán)境等三個要素的相應需求，同時也需要考慮到產品和人之間的關系。因此對于產品成本的控制也是尤為重要的。目前市面上大部分寵物產品主要以一般塑料為主。但對于后期回收處理卻存在問題，塑料的處理會對環(huán)境造成較大的污染，因此寵物產品的制造在材料上應把關。可以考慮環(huán)保性較強的可降解塑料。產品原型的體積大小決定著產品形態(tài)的設計方式。對于體積較小的寵物產品而言，造型上應追求整體性，設計過程中須做到結構明確。對于不同功能區(qū)間的造型要以整體風格的統(tǒng)一性為主。2.產品主要功能設計：根據市場調研的相關數(shù)據可知，市面上的寵物投喂產品大多功能單一，同時自動喂養(yǎng)產品的價格過高。現(xiàn)將投喂分為喂水、喂食兩個方面，將喂水器與喂食器的功能整合化一，節(jié)約了功能所需的硬件開銷，并滿足了供給所需。受到疫情的影響寵物產品在無人照看情況下的持續(xù)喂養(yǎng)功能，需要設計出相對較大的儲存糧食和水的空間盒。同時要考慮疫情導致的不衛(wèi)生飲食的問題，運用LED紫外線燈對內置的寵物投喂器皿進行殺毒殺菌。因此寵物投喂器具有喂食、喂水、消毒等三個必須功能。3.產品配色：色彩對于產品而言非常重要的組成部分，顏色能在五十分之一秒對人產生情感的影響。同時色彩能夠更直觀地給人沖擊感。對于投喂器的設計，要與考慮到人和環(huán)境及動物的相關因素。因此在產品的顏色上以黑、白、綠色為主。考慮到產品放置在較低位置，因此產品的底部顏色以深色為主，黑色給人一種穩(wěn)重的感覺，使人在使用產品時會產生安全感。但過多的黑色會給人情緒上壓抑、沉重的感覺。因此打破這種感覺，用白色相互區(qū)分，黑色與白色接壤部分加入自然元素“青草”。以青草在微風中搖曳的剪影為元素，給人一種動態(tài)感以及趣味感。再以白色為過渡逐漸形成一種綠中透藍的顏色，這樣的過渡給人一種自然、清新、層次，似乎是地面景色到天空景色的一幅畫卷。因此這也的配色賦予產品很強的藝術性。4.產品效果圖展示：結合上述內容，設計出的寵物投喂器具體如圖2。

（二）產品硬件設計：寵物產品硬件設計主要由八個模塊組成，具體如下。1.LED紫外線照射模塊：紫外線照射模塊主要使用LED紫外線殺菌。紫外線LED具有安全、環(huán)保、小巧、無化學殘留等特點。LED紫外線燈直接照射物體表面，具有良好的滅菌效果，穿透性不強，安全性高。2.單片機主控模塊：主控模板為單片機STM32系列，在整個系統(tǒng)中負責連接控制其他模塊，包括電機驅動、無線控制模塊、鍵位模塊、語音模塊、監(jiān)控模塊、電源模塊、紫外線照射模塊等。STM32具有高性能、低成本、低功耗，以最小的硬件變化來滿足個性化的應用需求。3.電機驅動模塊：步進電機將電脈沖信號變?yōu)榫€位移或角位移的開環(huán)控制元件。當沒有超載時，脈沖信號的頻率及脈沖數(shù)將決定步進電機轉速大小以及停止位置。步進電機在低轉速時正常運作。當速度高于預設值后，就停止工作。加入控制策略的脈沖信號，可以控制電機的轉速，達到精準定位的目的。4.無線網絡控制模塊：寵物投喂系統(tǒng)的無線網絡控制模塊主要有接收和發(fā)射部分及集成電路芯片組成。手機遠程控制主要通過互聯(lián)網傳遞無線信號。家用WIFI與無線網絡模塊相連接。使用時手機APP發(fā)出控制指令，通過互聯(lián)網傳達到服務器，服務器將信號發(fā)射到無線網絡模塊接收處。從而達到投喂器的遠程操作的功能。5.語音模塊：語音模塊主要有實時語音功能、錄音播放功能、自動循環(huán)播放功能以及定時播放功能。實時語音功能是人通過手機叫喊寵物，拉近寵物與人的距離。同時配合投食功能，形成寵物的定時進餐的條件反射。當人無法按時去叫喊寵物進食時，語音模塊會定時自動循環(huán)播放預設聲音或錄音。6.監(jiān)控模塊：監(jiān)控模塊主要是攝像頭部分。監(jiān)控攝像頭可以自由擺動。人們通過手機查看寵物的狀態(tài)。便于人實時監(jiān)控寵物的飲食狀況。7.稱重傳感器檢測模塊：電阻應變稱重傳感器結構簡單、準確度高，適用面廣，且能夠在相對較差的環(huán)境下使用，因此電阻應變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運用。投喂器稱重模塊選用電阻應變式重力傳感器。8電源模塊：主要以儲蓄電池為主，連接電源時對產品充電，當因停電等不可控原因發(fā)生時，電源由蓄電模式變?yōu)檩敵瞿Ｊ剑瑥亩┙o寵物投喂產品的正常運行。

（三）系統(tǒng)設計：系統(tǒng)設計流程如圖3所示。系統(tǒng)初始化前屏幕顯示食物儲備量、水源儲備量、顯示時間、故障燈、消毒時間等。系統(tǒng)初始化開始時，以北京時間為基準，設定投食投水時間、消毒時間。當達到定時時間后，步進電機進行運作，投入寵物糧和水。同時語音播放，播放預設聲音，吸引寵物進食。進食完畢，器皿收入內部，LED紫外線模塊對食物器皿和殘留食物以及盛水器皿進行消毒處理。再次投食前，對食物器皿進行重力檢測，供給系統(tǒng)根據重力檢測數(shù)值識別食物量并補充器皿中的食物。根據每天設置的投食種類，將三個食物儲藏盒的食物定時定量的投送。相關數(shù)據通過互聯(lián)網傳遞給手機APP，例如：LED紫外線消毒次數(shù)及時間、食物和水源儲備量、預計可供給天數(shù)。食物的多樣性能夠保證寵物的飲食營養(yǎng)及健康。定時定量的投食對寵物的飲食健康具有科學性、可靠性。食物及水源儲藏盒可以保證兩周內的供給需求，結合LED紫外線消毒模塊，極大改善寵物的喂養(yǎng)的健康衛(wèi)生問題。

結論

的爆發(fā)啟示人類為實現(xiàn)人與動物及環(huán)境的和諧共生[9]，必須充分尊重自然規(guī)律，消除人與動物之間的對立。人與寵物及環(huán)境共生的實現(xiàn)，意味著完成人與寵物的生命共同體的構建。人與寵物之間處于一種相互聯(lián)系、相互作用、相互影響的共生關系之中。因此在疫情危機下人類必須發(fā)揮主觀能動性，改善流浪寵物的生存條件，努力實現(xiàn)人與寵物及環(huán)境的和諧共生。實驗對比表明LED紫外線技術在消毒效果上更具有優(yōu)勢，將其技術運用到寵物投喂產品中，使其具備喂、水喂食以及自動消毒功能。通過實例證明LED紫外線消毒功能的寵物投喂器具有使用成本低、安全性高、消毒效果好等優(yōu)勢，能夠解決疫情下流浪寵物飲食的健康衛(wèi)生的問題，促進人與動物及環(huán)境的和諧共生。

作者：曹煜佳 蘇晨 單位：湖北工業(yè)大學工業(yè)設計學院