智能空氣凈化器的設計與開發

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的要求，文章提出了智能空氣凈化器的設計。以Arduino單片機作為主控芯片，通過PM2.5粉塵傳感器模塊，風機模塊，無線模塊等控制凈化模塊的工作狀態，從而帶動指定環境空氣對流，使空氣通過專用的PM2.5濾網，從而達到過濾環境中PM2.5含量的目的。與此同時將空氣質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進行空氣質量的實時監控與凈化等級的調節，從而實現了空氣凈化的要求，給人們的生活帶了極大的舒適。

關鍵詞：空氣凈化器；物聯網；PM2.5；負離子凈化

隨著社會的發展，霧霾問題極大的影響了人類的健康，給人類的生存發展帶來了不容小覷的影響。其中，導致霧霾的罪魁禍首就是PM2.5，PM2.5體積小、但活性極強并且極易攜帶病毒和重金屬物質，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 系統的總體設計方案

空氣凈化系統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，輸出的電壓信號經過內部AD轉換成數字量送入單片機。單片機每隔2分鐘采集一次PM2.5信號，當所檢測到的值高于設定值時，則由單片機控制風機進行調速運行，共分四個檔位：優，良，中，差，根據不同的污染指數，啟動不同的風機轉速；顯示模塊用于實時顯示PM2.5測量的值及環境舒適度。按鍵模塊用于單片機的開關、復位以及調節PM2.5設定值和范圍。電源電路模塊用于整個裝置的供電。

2 系統硬件電路的設計

2.1 單片機控制模塊

本設計主控Arduino具有質廉價優，函數封裝簡單易用等特點，在智能家居設計領域也有所使用，本設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，進而換算成為質量濃度，并以通用數字接口形式輸出。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轉換成數字信號，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機進行轉動，通常希望保持環境的PM2.5的值在30%左右。

2.3 風機調速模塊

風機調速模塊主要由編碼器和電機組成，利用Arduino單片機PWM調速產生的脈沖寬度信號驅動風機，風機根據不同的脈沖寬度信號解碼之后產生不同的風機轉速，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，但它與按鍵模塊相結合還有一個重要功能，由于不同的下環境所要求的粉塵環境是不同的，可以利用按鍵模塊進行調節粉塵的限值，而顯示模塊則用于調節過程中的顯示。此外，根據實際所采用的霧霾或粉塵的指數，也利用按鍵模塊進行上下限范圍的設定。

2.5 無線模塊

Arduino單片機將利用ESP8266串口轉Wifi模塊將所采集的PM2.5數據通過無線上傳到yeelink云平臺，在yeelink云平臺上將形成室內空氣指數的歷史曲線，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境的PM2.5指數。

3 軟件程序設計

本項目采用C語言程序編寫，程序包括系統初始化，開啟負離子凈化功能，檢測污染指數，判定空氣質量所屬范圍，然后調節風機轉速，空氣凈化系統的程序流程圖如圖2所示。

4 結束語

本設計與傳統凈化器設計相比，該平臺實現了自動控制、節約能源、實時反饋的作用，凈化效果優良，將智能控制，物聯網融入其中，該系統使用操作簡單，人性化程度高。經過測試，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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