一種便攜式空氣凈化器的創(chuàng)新設計與研究

徐和林

摘 ?要：該文對一種便攜式凈化器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進行了設計，對其硬件部分進行了選型，對軟件部分結(jié)合控制策略給出了具體的控制思路。采用自動識別與人工觸摸按鈕的方式作為控制輸入，采用活性炭層+HEPA高效空氣過濾器相結(jié)合的過濾方式對空氣進行過濾，活性氧+負離子技術(shù)對空氣的有害物進行分解的辦法，實現(xiàn)了空氣凈化功能。

關(guān)鍵詞：凈化器;過濾器;負離子凈化

中圖分類號： TM925 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

生存環(huán)境的空氣質(zhì)量是人們健康生活的基本條件，隨著經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，空氣污染問題頻發(fā)，進而成為影響人們身體健康的一大因素，引起人們越來越多的關(guān)注和重視。隨著各行業(yè)的競爭越發(fā)激烈，各種新材料特別是較多的廉價材料應用于日常生活的現(xiàn)象已經(jīng)越發(fā)凸顯，特別在家庭或辦公室裝修、車內(nèi)飾、汽車的塑料件等的應用上。雖然大多數(shù)材料或者產(chǎn)品都能夠滿足國家標準的規(guī)定，但這些材料都會在不同程度上散發(fā)甲醛、二甲苯等有害氣體。

據(jù)統(tǒng)計，2017年我國汽車的總銷量就已經(jīng)接近3 000萬輛，人們的出行方式較多的依賴汽車。除汽車部分零部件會散發(fā)的有害氣體外，由于汽車車身較矮，同時汽車行駛時通常速度較快，這樣進入車內(nèi)的灰塵也較多，甚至會有一些細菌。因此，通過車內(nèi)的空調(diào)通風系統(tǒng)或者開窗換氣很難獲得良好的車內(nèi)健康環(huán)境。另外，在辦公室或者家庭裝修時，由于材料釋放的有害氣體而引起人們的不適或者更嚴重的事故層出不窮。

為此，該文設計了一種便攜式空氣凈化器，主要用于車載、臥室和辦公室。能夠去除空氣中的一部分顆粒物、煙霧、甲醛或者其他有害氣體或者污染物，同時釋放負離子，提高其使用環(huán)境的空氣質(zhì)量。

1 凈化器總體方案設計

該空氣凈化器由硬件系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)組成，考慮其市場成本，主要由煙霧和顆粒檢測模塊、空氣過濾和凈化模塊、數(shù)據(jù)采集功能和人機交互、電源和控制模塊、氛圍燈等組成。

其總體設計方案為凈化器首先獲取所處環(huán)境下的空氣質(zhì)量狀態(tài)，并根據(jù)其結(jié)果確定凈化器的出風量;空氣通過負壓從進風口進入凈化器后，首先經(jīng)過活性炭層進行過濾，去除空氣中的較大顆粒物;再進過HEPA高效空氣過濾器深層過濾;然后通過活性氧+負離子技術(shù)對空氣中的有害物進行分解，再經(jīng)過出風口流出。其整體模型圖如圖1所示。

2 凈化器硬件系統(tǒng)構(gòu)成

該便攜式凈化器主要由外殼、過濾器、風機、負離子發(fā)生器、氛圍燈、電源控制系統(tǒng)等部件構(gòu)成。下面對主要零部件的選型、使用特征進行簡述。

過濾器采用活性炭+HEPA高效空氣過濾器的方式，其濾材主要由球狀活性礬土和高錳酸鉀組成，能夠有效去除空氣中的甲醛、笨、H2S等在內(nèi)的有害物。過濾器的形狀尺寸設計需滿足外殼及相配部件的尺寸。

風機是在凈化器里面形成負壓從而將風從進風口帶入凈化器內(nèi)，從成本及性能出發(fā)，該文選用深圳某公司生產(chǎn)的風扇，輸入電壓DC12V，轉(zhuǎn)速2 800 r/min;具有噪聲低、結(jié)果小巧、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。

負離子發(fā)生器，空氣負離子有大、中、小3種類型，對人體健康有益的是小粒徑負離子，實驗研究表明：生態(tài)級小粒徑負氧離子更易透過人體血腦屏障，起到醫(yī)療保健的作用。為此，該文選用國內(nèi)某知名品牌的低鈉負離子，輸入電壓DC12V，工作電流25 mA，負離子濃度測試值為15 cm測試500萬以上。

電源控制系統(tǒng)，為風機、負離子發(fā)生器、氛圍燈、控制板、氣味探測器等供電。電源控制系統(tǒng)須滿足供電穩(wěn)定、輸出電流電壓無畸變、波動范圍等技術(shù)要求。

3 凈化器控制系統(tǒng)

該型凈化器的控制單元選用8051單片機，其控制系統(tǒng)還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等。由于LM393具有響應速度快、傳輸延遲時間段等優(yōu)點，因此該文數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊選用LM393。整個控制系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

數(shù)模轉(zhuǎn)換LM393模塊是將煙霧探測、顆粒探測結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后傳輸至單片機進行處理。其轉(zhuǎn)換電路圖如圖3所示。

其中P1為51CPU控制器的4個控制引腳，VCC為電源正輸入、GND為電源負輸入、DOUT為TTL電平信號輸出口、AOUT為模擬信號輸出口。

該型凈化器除了自主識別并做出判斷和控制以外，還可以通過觸屏按鈕對其進行操作控制。其控制功能如下。

（1）上電全顯1 s，蜂鳴器響一聲，默認進入自動功能。

（2）LED指示燈通電常亮。

（3）觸摸按鍵：關(guān)機情況下，單擊按下此鍵進入自動功能，再按此鍵，則低、中、高速循環(huán)，工作狀態(tài)下，長按按鍵則關(guān)機。

（4）負離子功能：負離子功能開機啟動，關(guān)機關(guān)閉。

（5）自動功能：負離子啟動，空氣質(zhì)量優(yōu)良，風扇低速運行，空氣質(zhì)量中，風扇中速運行，空氣質(zhì)量差，風扇高速運行。

（6）高速功能：負離子啟動，風扇高速運行。

（7）中速功能：負離子啟動，風扇中速運行。

（8）低速功能：負離子啟動，風扇低速運行。

結(jié)合前述控制流程，同時將上述控制功能轉(zhuǎn)換成流程圖，如圖4所示。

4 結(jié)語

該文從硬件和軟件控制上對一種便攜式車載空氣凈化器進行設計，實現(xiàn)了空氣凈化功能。能夠有效去除車內(nèi)、辦公室、臥室等地方的空氣污染物，同時具有成本低、易推廣的優(yōu)點。

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