一种便携式空气净化器的创新设计与研究

徐和林

摘  要：该文对一种便携式净化器结构和控制系统进行了设计，对其硬件部分进行了选型，对软件部分结合控制策略给出了具体的控制思路。采用自动识别与人工触摸按钮的方式作为控制输入，采用活性炭层+HEPA高效空气过滤器相结合的过滤方式对空气进行过滤，活性氧+负离子技术对空气的有害物进行分解的办法，实现了空气净化功能。

关键词：净化器;过滤器;负离子净化

中图分类号： TM925                     文献标志码：A

0 前言

生存环境的空气质量是人们健康生活的基本条件，随着经济和社会的高速发展，空气污染问题频发，进而成为影响人们身体健康的一大因素，引起人们越来越多的关注和重视。随着各行业的竞争越发激烈，各种新材料特别是较多的廉价材料应用于日常生活的现象已经越发凸显，特别在家庭或办公室装修、车内饰、汽车的塑料件等的应用上。虽然大多数材料或者产品都能够满足国家标准的规定，但这些材料都会在不同程度上散发甲醛、二甲苯等有害气体。

据统计，2017年我国汽车的总销量就已经接近3 000万辆，人们的出行方式较多的依赖汽车。除汽车部分零部件会散发的有害气体外，由于汽车车身较矮，同时汽车行驶时通常速度较快，这样进入车内的灰尘也较多，甚至会有一些细菌。因此，通过车内的空调通风系统或者开窗换气很难获得良好的车内健康环境。另外，在办公室或者家庭装修时，由于材料释放的有害气体而引起人们的不适或者更严重的事故层出不穷。

为此，该文设计了一种便携式空气净化器，主要用于车载、卧室和办公室。能够去除空气中的一部分颗粒物、烟雾、甲醛或者其他有害气体或者污染物，同时释放负离子，提高其使用环境的空气质量。

1 净化器总体方案设计

該空气净化器由硬件系统和软件控制系统组成，考虑其市场成本，主要由烟雾和颗粒检测模块、空气过滤和净化模块、数据采集功能和人机交互、电源和控制模块、氛围灯等组成。

其总体设计方案为净化器首先获取所处环境下的空气质量状态，并根据其结果确定净化器的出风量;空气通过负压从进风口进入净化器后，首先经过活性炭层进行过滤，去除空气中的较大颗粒物;再进过HEPA高效空气过滤器深层过滤;然后通过活性氧+负离子技术对空气中的有害物进行分解，再经过出风口流出。其整体模型图如图1所示。

2 净化器硬件系统构成

该便携式净化器主要由外壳、过滤器、风机、负离子发生器、氛围灯、电源控制系统等部件构成。下面对主要零部件的选型、使用特征进行简述。

过滤器采用活性炭+HEPA高效空气过滤器的方式，其滤材主要由球状活性矾土和高锰酸钾组成，能够有效去除空气中的甲醛、笨、H2S等在内的有害物。过滤器的形状尺寸设计需满足外壳及相配部件的尺寸。

风机是在净化器里面形成负压从而将风从进风口带入净化器内，从成本及性能出发，该文选用深圳某公司生产的风扇，输入电压DC12V，转速2 800 r/min;具有噪声低、结果小巧、性能稳定的优点。

负离子发生器，空气负离子有大、中、小3种类型，对人体健康有益的是小粒径负离子，实验研究表明：生态级小粒径负氧离子更易透过人体血脑屏障，起到医疗保健的作用。为此，该文选用国内某知名品牌的低钠负离子，输入电压DC12V，工作电流25 mA，负离子浓度测试值为15 cm测试500万以上。

电源控制系统，为风机、负离子发生器、氛围灯、控制板、气味探测器等供电。电源控制系统须满足供电稳定、输出电流电压无畸变、波动范围等技术要求。

3 净化器控制系统

该型净化器的控制单元选用8051单片机，其控制系统还包括数模转换模块等。由于LM393具有响应速度快、传输延迟时间段等优点，因此该文数模转换模块选用LM393。整个控制系统示意图如图2所示。

数模转换LM393模块是将烟雾探测、颗粒探测结果转换成数字量，然后传输至单片机进行处理。其转换电路图如图3所示。

其中P1为51CPU控制器的4个控制引脚，VCC为电源正输入、GND为电源负输入、DOUT为TTL电平信号输出口、AOUT为模拟信号输出口。

该型净化器除了自主识别并做出判断和控制以外，还可以通过触屏按钮对其进行操作控制。其控制功能如下。

（1）上电全显1 s，蜂鸣器响一声，默认进入自动功能。

（2）LED指示灯通电常亮。

（3）触摸按键：关机情况下，单击按下此键进入自动功能，再按此键，则低、中、高速循环，工作状态下，长按按键则关机。

（4）负离子功能：负离子功能开机启动，关机关闭。

（5）自动功能：负离子启动，空气质量优良，风扇低速运行，空气质量中，风扇中速运行，空气质量差，风扇高速运行。

（6）高速功能：负离子启动，风扇高速运行。

（7）中速功能：负离子启动，风扇中速运行。

（8）低速功能：负离子启动，风扇低速运行。

结合前述控制流程，同时将上述控制功能转换成流程图，如图4所示。

4 结语

该文从硬件和软件控制上对一种便携式车载空气净化器进行设计，实现了空气净化功能。能够有效去除车内、办公室、卧室等地方的空气污染物，同时具有成本低、易推广的优点。

参考文献

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