智能空气净化器的设计与开发

房金宝　韩宇光　张贤益　王宇帆　楼宇新

摘 要：针对目前的雾霾污染与人们对生活品质的要求，文章提出了智能空气净化器的设计。以Arduino单片机作为主控芯片，通过PM2.5粉尘传感器模块，风机模块，无线模块等控制净化模块的工作状态，从而带动指定环境空气对流，使空气通过专用的PM2.5滤网，从而达到过滤环境中PM2.5含量的目的。与此同时将空气质量信息显示在机身自带的液晶屏上，用户同时可通过移动终端上的App进行空气质量的实时监控与净化等级的调节，从而实现了空气净化的要求，给人们的生活带了极大的舒适。

关键词：空气净化器；物联网；PM2.5；负离子净化

随着社会的发展，雾霾问题极大的影响了人类的健康，给人类的生存发展带来了不容小觑的影响。其中，导致雾霾的罪魁祸首就是PM2.5，PM2.5体积小、但活性极强并且极易携带病毒和重金属物质，被人体吸入后，给人们的健康带来了巨大的危害。针对雾霾问题所带来的问题，本文设计了一款集多功能为一体的智能PM2.5空气净化器，旨在解决雾霾问题的同时，给人们的生活带来最大化的便利。

1 系统的总体设计方案

空气净化系统主要由七个部分组成，分别是单片机控制模块、PM2.5检测模块、电机模块、风机控制模块、显示模块、按键模块和电源电路模块。

PM2.5检测模块检测空气中的PM2.5值，输出的电压信号经过内部AD转换成数字量送入单片机。单片机每隔2分钟采集一次PM2.5信号，当所检测到的值高于设定值时，则由单片机控制风机进行调速运行，共分四个档位：优，良，中，差，根据不同的污染指数，启动不同的风机转速；显示模块用于实时显示PM2.5测量的值及环境舒适度。按键模块用于单片机的开关、复位以及调节PM2.5设定值和范围。电源电路模块用于整个装置的供电。

2 系统硬件电路的设计

2.1 单片机控制模块

本设计主控Arduino具有質廉价优，函数封装简单易用等特点，在智能家居设计领域也有所使用，本设计采用其做主控芯片，尤其是PWM输出功能以及软串口功能可以很好地满足本设计需求。

2.2 PM2.5检测模块

PM2.5检测模块采用云辉 PM2.5粉尘传感器GP2Y1051AU0F，工作雾霾检测模块采用光的散射原理检测颗粒物浓度，进而换算成为质量浓度，并以通用数字接口形式输出。PM2.5模块传感器测量出的电压信号传送给Arduino的模拟输入进行AD转换成数字信号，由单片机计算出实际的PM2.5值大小并进行判断是否需要启动风机进行转动，通常希望保持环境的PM2.5的值在30%左右。

2.3 风机调速模块

风机调速模块主要由编码器和电机组成，利用Arduino单片机PWM调速产生的脉冲宽度信号驱动风机，风机根据不同的脉冲宽度信号解码之后产生不同的风机转速，用来吸进雾霾和小颗粒污染。

2.4 PM2.5显示模块

PM2.5显示模块的主要功能是显示雾霾的实时指数，但它与按键模块相结合还有一个重要功能，由于不同的下环境所要求的粉尘环境是不同的，可以利用按键模块进行调节粉尘的限值，而显示模块则用于调节过程中的显示。此外，根据实际所采用的雾霾或粉尘的指数，也利用按键模块进行上下限范围的设定。

2.5 无线模块

Arduino单片机将利用ESP8266串口转Wifi模块将所采集的PM2.5数据通过无线上传到yeelink云平台，在yeelink云平台上将形成室内空气指数的历史曲线，同时所采集的地点也会被记录，由于yeelink有移动端的APP程序，所以我们可以随时随地的查看和了解环境的PM2.5指数。

3 软件程序设计

本项目采用C语言程序编写，程序包括系统初始化，开启负离子净化功能，检测污染指数，判定空气质量所属范围，然后调节风机转速，空气净化系统的程序流程图如图2所示。

4 结束语

本设计与传统净化器设计相比，该平台实现了自动控制、节约能源、实时反馈的作用，净化效果优良，将智能控制，物联网融入其中，该系统使用操作简单，人性化程度高。经过测试，具有良好的实用性和智能性，达到了较好的空气净化效果。

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