移动式室内空气净化器的设计与实现

文/党婵娟

移动式室内空气净化器的设计与实现

文/党婵娟

随着空气污染的日益严重，空气净化器应用而生。现有的室内空气净化器无法自行移动，净化范围有限，净化不彻底。本文主要研究设计可移动的室内空气净化器，在净化器的底座上设置了能够驱动车轮自由移动的左、右电机，使净化器能够自行到达室内的不同区域，从而扩大了净化范围。而且，在净化器上设置了有害物质探测器，使室内空气质量较差时净化器自动开启，净化装置更智能、更便捷。

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室内空气净化器是一种对室内的空气进行净化，以使室内空气处于干净清洁状态的设备。现有的室内空气净化器一般为固定式，其无法自行移动，而室内的空间一般较大，其只能对其周围的空气产生净化作用，因此现有的传统空气净化器的净化空间很有限。基于此，本文提出了可移动的室内空气净化器。

1 主要结构

如图1所示，室内空气净化器由两部分构成：底座（1）和设置在底座上的壳体（2）。

1.1 底座

底座的内腔中设有左电机（3）和右电机（4），左电机的输出轴、右电机的输出轴分别连接有车轮（5），通过左、右电机的驱动使车轮转动，车轮的底部穿过底座的侧壁并突伸出底座的下表面，底座的下表面上还设有多个支撑轮。

1.2 壳体

壳体的底端固定在底座上，壳体包括壳体上部（23）和壳体下部（24）。

壳体上部可拆卸地连接在壳体下部上。

壳体下部内设有上隔板（6）、中隔板（7）和下隔板（8），上隔板、中隔板、下隔板将壳体的内腔分隔为过渡腔（9）、雾化腔（10）、工作腔（11）和储水腔（12）。

图1：室内空气净化器结构图

1.2.1 过渡腔

图2为图1中A部分的局部放大图。

在过渡腔内设置有引风机（15）以及与引风机连通的出雾孔（16），通过引风机和出雾孔即可将净化器内部产生的雾气释放到室内的空气中。

壳体上部的内侧面与壳体下部的外侧面包围形成连接通道（25），连接通道分别与过渡腔、出雾孔连通。连接通道的设置，使得壳体上设置的多个出雾孔能够通过连接通道与过渡腔连通，从而使水雾从各个出雾孔排出。

1.2.2 雾化腔

图3为图1中B部分的局部放大图。

在中隔板上设置有对水进行雾化作用的雾化器（17），上隔板上设有与雾化腔相通的输雾孔（14），通过输雾孔可将雾化器产生的水雾从雾化腔传送到过渡腔中。

上隔板的下表面上开设有容置槽（26），容置槽内设有挡板（27）和定位管（28）。定位管的顶端与输雾孔连通，定位管的底端封闭，定位管的底端还设有突出定位管外侧面的凸缘（29），挡板套在定位管上，并且挡板的下表面与凸缘的上表面接触，挡板与容置槽的底面之间具有一定的间隙，挡板上设有第一传输孔（30），定位管的侧壁上设有与第一传输孔连通的第二传输孔（31），当挡板的上表面与容置槽的底面接触时，挡板的内侧面能够完全覆盖第二传输孔。本设计的目的在于防止水通过输雾孔进入过渡腔内，从而对过渡腔内的设备起到保护作用。当壳体倾倒时，挡板在重力作用下沿着定位管下滑，直至其与容置槽的底面接触，此时第一传输孔、第二传输孔分别被堵塞，从而防止了雾化腔内的水进入到过渡腔内。

1.2.3 工作腔

工作腔内设有控制板（18）、变频器（19）、电池（20）和水泵（21）。水泵的输入端通过管道与储水腔连通，水泵的输出端通过管道与雾化腔连通。变频器用于将电池提供的直流电转换为交流电。控制板包括微处理单元、通信单元、加速度传感器、第一驱动器和第二驱动器，其中微处理单元采用单片机或ARM芯片，通信单元采用Wi-Fi通信装置或4G通信装置，第一驱动器的输出端与左电机连接，第二驱动器的输出端与右电机连接。微处理单元分别与第一驱动器、第二驱动器、加速度传感器、通信单元、引风机、变频器、电池、水泵、雾化器等连接，控制各个模块的工作状态。

1.2.4 储水腔

储水腔的侧壁上设置有进水口(13)，外接水通过此口进入净化器，将水存在储水腔内，需要时在机器内部产生水雾。

1.3 其他模块

在空气净化器的壳体上安装有与微处理单元连接的显示单元电路，显示单元采用LCD显示屏，用于显示当前室内的空气质量等信息，使用户能够实时了解情况。

而且在壳体上还安装了摄像头（34），摄像头与微处理单元连接。摄像头的设置使得本室内空气净化装置能够作为移动的摄像装置使用，增加了其功能。

2 系统功能

2.1 运动系统

由于空气净化器的底座上设置了分别通过左电机和右电机驱动的车轮，使得壳体及底座能够在左电机和右电机的驱动下自由移动，从而实现了本移动式室内空气净化装置对室内不同区域环境的净化作用，扩大了其净化的范围。

具体工作时，使用者通过输入装置向控制板发送控制信号，控制信号经通信单元传送至微处理单元，微处理单元在接收到该控制信号后分别通过第一驱动器、第二驱动器发送驱动信号至左电机和右电机，使得车轮在左电机和右电机的驱动下转动，从而实现净化器的移动。微处理单元通过控制两个车轮的转速实现对净化器转弯的控制，其中加速度传感器的设置，使得净化器在遇到阻碍物而停止时，微处理单元能够发送信号至第一驱动器和第二驱动器，使其驱动净化器向不同方向移动，从而避开障碍物。

2.2 净化系统

当空气净化器移动到指定位置时，系统开启净化功能，工作腔内的变频器将电池提供的直流电转换为交流电后向水泵等部件供电，水泵在微处理单元的控制下将储水腔的水泵至雾化腔，设置在雾化腔中隔板上的雾化器对雾化腔内的水进行雾化作用，壳体上设有与雾化腔连通的通风孔，雾化后的水雾通过输雾孔进入过渡腔，水雾在过渡腔中引风机的作用下从出雾孔喷出到净化器外，从而实现了对室内空气的净化作用。此外，为了进一步加强该空气净化器的净化功能，在雾化腔内还设置了负离子发生器（33），负离子发生器与控制板连接。

净化系统的启动有两种模式，一种是用户通过输入装置人工启动，另一种方式是在壳体的外侧面上设有有害物质探测器（32），有害物质探测器与微处理单元连接。当室内空气质量较差时，室内空气净化装置能够自动开启，从而实现自动净化功能。

3 结论

本文提出了一种可移动的室内空气净化装置的设计。该设计在净化器的底座上安装左电机和右电机，左、右电机在第一驱动器、第二驱动器驱动信号的控制下驱动车轮自由移动，从而使本移动式空气净化器对室内不同的区域环境进行净化，扩大了净化器的净化范围，使净化更加彻底。而且净化器上有害物质探测器的设置使室内空气质量较差时净化装置能自行启动，自动化程度高，具有很高的利用价值。

图2：A局部放大图

图3：B局部放大图

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[2]张鹏,冯显英,霍睿.基于STM32的多功能空气净化器控制系统开发[J].电子技术应用,2017,43(03)：80-83.

[3]董玉德,徐伟,金运掌，黄开.柜式空气净化器硬件电路设计[J].电子测量技术,2013,36(11)：61-66,75.

[4]董亮,李春林,朱磊.基于单片机的便携式空气净化器[J].微计算机信息,2009,25(10-2)：108-109,87.

党婵娟(1989-)，女，山西省大同市人。硕士学位。主要研究方向为电子技术。

作者单位 山西大同大学物理与电子科学学院 山西省大同市 037009

山西大同大学校级青年科学研究项目（2015Q13）。