智能空氣凈化器的設(shè)計與開發(fā)

房金寶　韓宇光　張賢益　王宇帆　樓宇新

摘 要：針對目前的霧霾污染與人們對生活品質(zhì)的要求，文章提出了智能空氣凈化器的設(shè)計。以Arduino單片機作為主控芯片，通過PM2.5粉塵傳感器模塊，風(fēng)機模塊，無線模塊等控制凈化模塊的工作狀態(tài)，從而帶動指定環(huán)境空氣對流，使空氣通過專用的PM2.5濾網(wǎng)，從而達到過濾環(huán)境中PM2.5含量的目的。與此同時將空氣質(zhì)量信息顯示在機身自帶的液晶屏上，用戶同時可通過移動終端上的App進行空氣質(zhì)量的實時監(jiān)控與凈化等級的調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了空氣凈化的要求，給人們的生活帶了極大的舒適。

關(guān)鍵詞：空氣凈化器；物聯(lián)網(wǎng)；PM2.5；負離子凈化

隨著社會的發(fā)展，霧霾問題極大的影響了人類的健康，給人類的生存發(fā)展帶來了不容小覷的影響。其中，導(dǎo)致霧霾的罪魁禍?zhǔn)拙褪荘M2.5，PM2.5體積小、但活性極強并且極易攜帶病毒和重金屬物質(zhì)，被人體吸入后，給人們的健康帶來了巨大的危害。針對霧霾問題所帶來的問題，本文設(shè)計了一款集多功能為一體的智能PM2.5空氣凈化器，旨在解決霧霾問題的同時，給人們的生活帶來最大化的便利。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

空氣凈化系統(tǒng)主要由七個部分組成，分別是單片機控制模塊、PM2.5檢測模塊、電機模塊、風(fēng)機控制模塊、顯示模塊、按鍵模塊和電源電路模塊。

PM2.5檢測模塊檢測空氣中的PM2.5值，輸出的電壓信號經(jīng)過內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入單片機。單片機每隔2分鐘采集一次PM2.5信號，當(dāng)所檢測到的值高于設(shè)定值時，則由單片機控制風(fēng)機進行調(diào)速運行，共分四個檔位：優(yōu)，良，中，差，根據(jù)不同的污染指數(shù)，啟動不同的風(fēng)機轉(zhuǎn)速；顯示模塊用于實時顯示PM2.5測量的值及環(huán)境舒適度。按鍵模塊用于單片機的開關(guān)、復(fù)位以及調(diào)節(jié)PM2.5設(shè)定值和范圍。電源電路模塊用于整個裝置的供電。

2 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計

2.1 單片機控制模塊

本設(shè)計主控Arduino具有質(zhì)廉價優(yōu)，函數(shù)封裝簡單易用等特點，在智能家居設(shè)計領(lǐng)域也有所使用，本設(shè)計采用其做主控芯片，尤其是PWM輸出功能以及軟串口功能可以很好地滿足本設(shè)計需求。

2.2 PM2.5檢測模塊

PM2.5檢測模塊采用云輝 PM2.5粉塵傳感器GP2Y1051AU0F，工作霧霾檢測模塊采用光的散射原理檢測顆粒物濃度，進而換算成為質(zhì)量濃度，并以通用數(shù)字接口形式輸出。PM2.5模塊傳感器測量出的電壓信號傳送給Arduino的模擬輸入進行AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由單片機計算出實際的PM2.5值大小并進行判斷是否需要啟動風(fēng)機進行轉(zhuǎn)動，通常希望保持環(huán)境的PM2.5的值在30%左右。

2.3 風(fēng)機調(diào)速模塊

風(fēng)機調(diào)速模塊主要由編碼器和電機組成，利用Arduino單片機PWM調(diào)速產(chǎn)生的脈沖寬度信號驅(qū)動風(fēng)機，風(fēng)機根據(jù)不同的脈沖寬度信號解碼之后產(chǎn)生不同的風(fēng)機轉(zhuǎn)速，用來吸進霧霾和小顆粒污染。

2.4 PM2.5顯示模塊

PM2.5顯示模塊的主要功能是顯示霧霾的實時指數(shù)，但它與按鍵模塊相結(jié)合還有一個重要功能，由于不同的下環(huán)境所要求的粉塵環(huán)境是不同的，可以利用按鍵模塊進行調(diào)節(jié)粉塵的限值，而顯示模塊則用于調(diào)節(jié)過程中的顯示。此外，根據(jù)實際所采用的霧霾或粉塵的指數(shù)，也利用按鍵模塊進行上下限范圍的設(shè)定。

2.5 無線模塊

Arduino單片機將利用ESP8266串口轉(zhuǎn)Wifi模塊將所采集的PM2.5數(shù)據(jù)通過無線上傳到y(tǒng)eelink云平臺，在yeelink云平臺上將形成室內(nèi)空氣指數(shù)的歷史曲線，同時所采集的地點也會被記錄，由于yeelink有移動端的APP程序，所以我們可以隨時隨地的查看和了解環(huán)境的PM2.5指數(shù)。

3 軟件程序設(shè)計

本項目采用C語言程序編寫，程序包括系統(tǒng)初始化，開啟負離子凈化功能，檢測污染指數(shù)，判定空氣質(zhì)量所屬范圍，然后調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，空氣凈化系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示。

4 結(jié)束語

本設(shè)計與傳統(tǒng)凈化器設(shè)計相比，該平臺實現(xiàn)了自動控制、節(jié)約能源、實時反饋的作用，凈化效果優(yōu)良，將智能控制，物聯(lián)網(wǎng)融入其中，該系統(tǒng)使用操作簡單，人性化程度高。經(jīng)過測試，具有良好的實用性和智能性，達到了較好的空氣凈化效果。

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