疫情下的宠物消毒产品设计分析

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摘要：本文以宠物猫为例，重点解决疫情下宠物饮食健康问题，促使人与宠物和谐共生。运用文献调查法收集宠物投喂器的产品不足之处。运用类比设计法分析研究LED紫外线技术运用在宠物产品的可行性。LED紫外线技术更适合用于宠物的消毒产品。LED紫外线技术运用到宠物投喂器上是可行的。LED紫外线更适用于宠物投喂器的消毒功能，能够解决疫情背景下宠物饮食的健康卫生问题。

关键词：宠物投喂器;LED紫外线;健康卫生;和谐共生;疫情

引言

随着疫情的爆发，宠物感染的案例逐步增多。会因不确定因素复发。人为了自身的健康不得已选择遗弃宠物，宠物离开人类只能自己觅食。例如：垃圾桶中翻找食物。垃圾桶是人们生活垃圾的聚集地，其中滋生大量的病菌，宠物食用带有病菌的食物难免会导致疾病。宠物在日常中与人接触有可能将大量病菌带给人，对人的健康产生危害，因此宠物的饮食健康与卫生不可忽视。

一、宠物现状及投喂产品的调查分析

随着中国社会经济的大力发展，宠物相关行业也迅猛发展。人们饲养宠物的目的由单纯的娱乐而改变为人们精神的寄托，宠物的角色也悄然转变。宠物与人成为密不可分的生活伴侣。在促进和谐社会的发展中起到不可代替的作用。根据《2019年中国宠物行业白皮书》的相关文字表明，2019年全国城镇养宠（犬猫）人士高达6120万人，2019年全国城镇养宠物猫人数为2451万人。相比较近几年的相关数据可知宠物猫的数量增幅远超过宠物犬的数量增幅[1-3]。

（一）疫情后宠物猫感染病毒案例分析：2020年3月份后，香港出现了全国首例宠物狗的案例。随后世界各地纷纷出现类似情况。抗疫中的中国团队发表在《微生物与感染》杂志上的一项研究称，武汉地区感染病毒的猫数量可能被低估。来自华中农业大学的研究人员共采集141个猫类样本，其中疫情前采集的猫类样本有39个，疫情后采集的猫类样本有102个。其中46只猫来自于3所动物收容所，41只猫来自于5家宠物医院，15只猫来自于已确诊的患者家中。结果发现15只猫体内检测出抗体，11只猫体内检测出的中和抗体。产生最多病毒抗体的3只猫的主人，是已确诊的患者。但感染病毒的猫并无明显症状。宠物猫与流浪猫相比，宠物猫的感染率要高于一般流浪猫。目前感染的宠物猫是否能够传播还尚不明确，但宠物猫能够感染毋庸置疑。因此宠物猫的健康卫生问题尤为重要。

（二）宠物与人的健康关系分析：宠物的健康与社会的公共健康是密不可分的。宠物感染上病菌，通过与人的直接或间接接触，能够使人感染上疾病。例如：有些病菌在猫身上不会发病，但在人身上会发病。比较常见猫的传染病有猫藓，它是一种由真菌引发的皮肤病。引发猫藓的真菌有5种，其中奥杜安小孢霉菌易通过器皿、梳子、剪刀等间接传染给人们。导致人感染猫藓。轻度患者皮肤瘙痒出现红疹。重度患者出现脱发和皮肤大面积病变的症状。因此宠物的健康与人的健康有着必然的联系。

（三）投喂产品调查分析：运用文献调查法收集现阶段宠物猫的产品功能。随着社会经济的大力发展，人们的工作节奏也逐步加快。宠物的喂养成为焦点问题。为保障宠物的喂养问题，宠物投食、投水机的相继出现。现阶段宠物投喂产品解决了宠物喂养的问题，但投喂产品功能的单一性不能满足疫情下人们的需求。通过查阅宠物产品论坛以及各大电商平台的用户评价。发现宠物投食器有以下问题：如何保证投食机器皿的卫生、未吃完的食物如何处理、停电情况下投食机无法工作、投喂食物种类单一、投食机系统功能单一等问题。宠物饮水机有以下问题：饮用水因长时间存放变差、有异味、宠物饮用后导致水体污染、需定期更换滤芯等问题。这一系列的问题暴露出宠物投喂产品有许多设计不足之处。科技改变生活，宠物智能产品本应为人节约时间，提升人的生活品质。现阶段的宠物产品恰恰相反。宠物智能产品在解决一些问题的同时又会带来新的问题。

二、LED紫外线在消毒领域的应用潜力及相关数据对比

紫外线是传统的消毒手段。当前工业化大规模使用的紫外线光源是汞灯。汞是一种重金属，具有毒性。一旦作为污染物进入环境中，将具有持久的影响。因此，汞污染受到国际社会的共同关注。2012年国际公约《关于汞的水俣公约》。依据公约，自2021年1月1日起禁止生产和进出口所列含汞的相关产品[4]。寻找汞灯的代替光源是必然趋势。因此以LED光源的紫外线技术备受关注。目前紫外线消毒理论、应用大多数都基于传统的紫外线灯，而LED紫外线灯有其自身特点。在应用领域上，LED紫外线杀菌灯的小巧型使其应用在便携式电子消毒产品、扫地机器人、电梯扶手杀菌机等。紫外线照射模块配合投喂功能保证宠物的饮食干净、卫生、健康。

（一）传统紫外线的消毒原理：紫外线消毒就是以光子攻击微生物的DNA，阻止微生物DNA的复制，使其失去繁殖能力[5]。失去繁殖能力的微生物具有自我修复的能力。高UV剂量可破坏修复酶。DNA的吸收光谱在波长260nm附近有最大吸收峰。高于或低于一定值的波长，消毒效果会弱一些。大于300nm波长的紫外线不具备消毒效果。各波长有效消毒剂量率是其实际剂量率乘以消毒效率有效系数。同时有多种波长照射，则总消毒剂量为[5]公式中E′g为剂量率，H′g为总消毒剂量率，gi（λ)为消毒有效系数，τ是时间。

（二）LED在消毒领域应用的可行性：运用类比法分析传统紫外线与LED紫外线实验数据，从而判断LED紫外线是否可行。随着半导体技术的发展，发光二极管能发射的波长已达到紫外区域。能发出紫外线的LED称为UV-LED。因此在新的应用突破点—消毒，LED具有更好的优势。LED紫外线的大规模生产应用主要因素有三：一是功率，二是价格，三是光电转化效率。1.LED与传统紫外线汞灯的参数对比：紫外线技术消毒是一种新型的有效的消毒手段，主要使用在饮用水、市政排水、空气消毒等方面。传统汞灯具有几大不足，分别是含汞、易碎、启动电压大等不足。相比较而言，LED具有、体积小、低启动电压、无需震流器、抗冲击、抗震动、高效率和长寿命等优势，且不含汞。如表1是LED和汞灯的一些参数对比。2.紫外线消毒的实验与消毒剂量：如表2提供了紫外线消毒的微生物相关实验数据。由于紫外线对不同生物会造成有不一样的影响。对紫外线抵抗力最强的病原菌确定消毒剂量。对于特定消毒对象，需要制定具有针对性的消毒效果指标标准。国家对于水体的消毒，依据水体特征设立了紫外线消毒剂量的使用标准[6-7]，如表3。

三、产品及系统设计

（一）产品整体设计：宠物的投喂器主要由单片机主控模块、电机驱动模块、无线网络控制模块、语音模块、监控模块、电源模块、LED紫外线照射模块、称重传感器检测模块8部分构成[8]如图1。产品可以通过远程网络设备控制并通过摄像头监控宠物的进食状态。设定投食时间、投食投水量及定时紫外线消毒。内部系统通过称重传感器检测器皿中食物和水的充裕程度，当重量高于预设值时，将不会继续补充，相反低于预设值时，内部系统将通过电机驱动补充食物和水源。产品在补水或食物前将播放预设声音，吸引宠物前来进食。食物存储在三个食品储藏盒中，每个储藏盒都是独立的密闭空间。三个储藏盒将食物分为三大类，分别是一般粮类、普通肉类、药用食品类。这三大类保证宠物食品类型的多样性，满足宠物饮食的营养均衡。每次投喂前将盛食物和盛水的器皿通过电机驱动模块收入产品的内部密闭空间，使用LED紫外线对器皿进行消毒处理，保证宠物的饮食健康卫生。1.产品造型设计：在产品设计的研究过程中，产品的外观造型是最直观的反映产品设计的形式要素。产品的外观造型能够被人所感知，使产品与人之间所产生的情感、理解、认知，并对人产生追直接的影响。在宠物投喂产品的形态设计研究过程中，产品不仅仅要满足功能、技术、环境等三个要素的相应需求，同时也需要考虑到产品和人之间的关系。因此对于产品成本的控制也是尤为重要的。目前市面上大部分宠物产品主要以一般塑料为主。但对于后期回收处理却存在问题，塑料的处理会对环境造成较大的污染，因此宠物产品的制造在材料上应把关。可以考虑环保性较强的可降解塑料。产品原型的体积大小决定着产品形态的设计方式。对于体积较小的宠物产品而言，造型上应追求整体性，设计过程中须做到结构明确。对于不同功能区间的造型要以整体风格的统一性为主。2.产品主要功能设计：根据市场调研的相关数据可知，市面上的宠物投喂产品大多功能单一，同时自动喂养产品的价格过高。现将投喂分为喂水、喂食两个方面，将喂水器与喂食器的功能整合化一，节约了功能所需的硬件开销，并满足了供给所需。受到疫情的影响宠物产品在无人照看情况下的持续喂养功能，需要设计出相对较大的储存粮食和水的空间盒。同时要考虑疫情导致的不卫生饮食的问题，运用LED紫外线灯对内置的宠物投喂器皿进行杀毒杀菌。因此宠物投喂器具有喂食、喂水、消毒等三个必须功能。3.产品配色：色彩对于产品而言非常重要的组成部分，颜色能在五十分之一秒对人产生情感的影响。同时色彩能够更直观地给人冲击感。对于投喂器的设计，要与考虑到人和环境及动物的相关因素。因此在产品的颜色上以黑、白、绿色为主。考虑到产品放置在较低位置，因此产品的底部颜色以深色为主，黑色给人一种稳重的感觉，使人在使用产品时会产生安全感。但过多的黑色会给人情绪上压抑、沉重的感觉。因此打破这种感觉，用白色相互区分，黑色与白色接壤部分加入自然元素“青草”。以青草在微风中摇曳的剪影为元素，给人一种动态感以及趣味感。再以白色为过渡逐渐形成一种绿中透蓝的颜色，这样的过渡给人一种自然、清新、层次，似乎是地面景色到天空景色的一幅画卷。因此这也的配色赋予产品很强的艺术性。4.产品效果图展示：结合上述内容，设计出的宠物投喂器具体如图2。

（二）产品硬件设计：宠物产品硬件设计主要由八个模块组成，具体如下。1.LED紫外线照射模块：紫外线照射模块主要使用LED紫外线杀菌。紫外线LED具有安全、环保、小巧、无化学残留等特点。LED紫外线灯直接照射物体表面，具有良好的灭菌效果，穿透性不强，安全性高。2.单片机主控模块：主控模板为单片机STM32系列，在整个系统中负责连接控制其他模块，包括电机驱动、无线控制模块、键位模块、语音模块、监控模块、电源模块、紫外线照射模块等。STM32具有高性能、低成本、低功耗，以最小的硬件变化来满足个性化的应用需求。3.电机驱动模块：步进电机将电脉冲信号变为线位移或角位移的开环控制元件。当没有超载时，脉冲信号的频率及脉冲数将决定步进电机转速大小以及停止位置。步进电机在低转速时正常运作。当速度高于预设值后，就停止工作。加入控制策略的脉冲信号，可以控制电机的转速，达到精准定位的目的。4.无线网络控制模块：宠物投喂系统的无线网络控制模块主要有接收和发射部分及集成电路芯片组成。手机远程控制主要通过互联网传递无线信号。家用WIFI与无线网络模块相连接。使用时手机APP发出控制指令，通过互联网传达到服务器，服务器将信号发射到无线网络模块接收处。从而达到投喂器的远程操作的功能。5.语音模块：语音模块主要有实时语音功能、录音播放功能、自动循环播放功能以及定时播放功能。实时语音功能是人通过手机叫喊宠物，拉近宠物与人的距离。同时配合投食功能，形成宠物的定时进餐的条件反射。当人无法按时去叫喊宠物进食时，语音模块会定时自动循环播放预设声音或录音。6.监控模块：监控模块主要是摄像头部分。监控摄像头可以自由摆动。人们通过手机查看宠物的状态。便于人实时监控宠物的饮食状况。7.称重传感器检测模块：电阻应变称重传感器结构简单、准确度高，适用面广，且能够在相对较差的环境下使用，因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。投喂器称重模块选用电阻应变式重力传感器。8电源模块：主要以储蓄电池为主，连接电源时对产品充电，当因停电等不可控原因发生时，电源由蓄电模式变为输出模式，从而供给宠物投喂产品的正常运行。

（三）系统设计：系统设计流程如图3所示。系统初始化前屏幕显示食物储备量、水源储备量、显示时间、故障灯、消毒时间等。系统初始化开始时，以北京时间为基准，设定投食投水时间、消毒时间。当达到定时时间后，步进电机进行运作，投入宠物粮和水。同时语音播放，播放预设声音，吸引宠物进食。进食完毕，器皿收入内部，LED紫外线模块对食物器皿和残留食物以及盛水器皿进行消毒处理。再次投食前，对食物器皿进行重力检测，供给系统根据重力检测数值识别食物量并补充器皿中的食物。根据每天设置的投食种类，将三个食物储藏盒的食物定时定量的投送。相关数据通过互联网传递给手机APP，例如：LED紫外线消毒次数及时间、食物和水源储备量、预计可供给天数。食物的多样性能够保证宠物的饮食营养及健康。定时定量的投食对宠物的饮食健康具有科学性、可靠性。食物及水源储藏盒可以保证两周内的供给需求，结合LED紫外线消毒模块，极大改善宠物的喂养的健康卫生问题。

结论

的爆发启示人类为实现人与动物及环境的和谐共生[9]，必须充分尊重自然规律，消除人与动物之间的对立。人与宠物及环境共生的实现，意味着完成人与宠物的生命共同体的构建。人与宠物之间处于一种相互联系、相互作用、相互影响的共生关系之中。因此在疫情危机下人类必须发挥主观能动性，改善流浪宠物的生存条件，努力实现人与宠物及环境的和谐共生。实验对比表明LED紫外线技术在消毒效果上更具有优势，将其技术运用到宠物投喂产品中，使其具备喂、水喂食以及自动消毒功能。通过实例证明LED紫外线消毒功能的宠物投喂器具有使用成本低、安全性高、消毒效果好等优势，能够解决疫情下流浪宠物饮食的健康卫生的问题，促进人与动物及环境的和谐共生。

作者：曹煜佳 苏晨 单位：湖北工业大学工业设计学院