便攜式綠色呼吸PM2.5檢測(cè)凈化一體機(jī)的設(shè)計(jì)

威海海洋職業(yè)學(xué)院 王華超 孫婷婷

威海市水產(chǎn)學(xué)校 王麗紅

便攜式綠色呼吸PM2.5檢測(cè)凈化一體機(jī)的設(shè)計(jì)

威海海洋職業(yè)學(xué)院 王華超 孫婷婷

威海市水產(chǎn)學(xué)校 王麗紅

目前大氣顆粒物已經(jīng)成為我國(guó)大氣污染的主要污染物，尤其以PM2．5對(duì)于大氣環(huán)境的影響和人體健康的危害最大。本文以AT89C51單片機(jī)為核心，充分調(diào)研市場(chǎng)上主要的空氣凈化技術(shù)，采用HEPA網(wǎng)過(guò)濾PM2．5顆粒，在檢測(cè)環(huán)境的pm2．5的基礎(chǔ)上，可去除空氣中的顆粒物，包括過(guò)敏原、室內(nèi)的PM2．5等空氣污染問(wèn)題，為我們的健康保駕護(hù)航。

PM2．5；HEPA；檢測(cè)；空氣凈化

0 引言

2015年4月22日清華大學(xué)發(fā)布首個(gè)室內(nèi)Pm2.5公益調(diào)研報(bào)告顯示，由于人處在室內(nèi)時(shí)間更長(zhǎng)，從日均累積水平看，室內(nèi)吸入的PM2.5是室外吸入量的4倍，相對(duì)比室外，室內(nèi)PM2.5污染對(duì)人的影響更顯著。現(xiàn)代人約有70%-90%的時(shí)間處于室內(nèi)，室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人體健康的影響很有必要關(guān)注。

隨著霧霾天氣的肆虐[1]，我們有理由且必要的做一些措施來(lái)注意我們身邊空氣的PM2.5，而本設(shè)計(jì)這是基于這點(diǎn)，應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，制作一個(gè)經(jīng)濟(jì)，簡(jiǎn)單，實(shí)用的多功能綠色呼吸PM2.5檢測(cè)凈化一體機(jī)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案

PM2.5檢測(cè)凈化一體機(jī)的原理圖如圖1所示，以AT89C51單片機(jī)為核心，包含LCD顯示模塊、溫度檢測(cè)、HEPA過(guò)濾、粉塵傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、按鍵電路、報(bào)警電路、污染級(jí)別提醒電路，在檢測(cè)環(huán)境的pm2.5的基礎(chǔ)上，可去除空氣中的顆粒物，包括過(guò)敏原、室內(nèi)的PM2.5等空氣污染問(wèn)題，同時(shí)可實(shí)時(shí)顯示周?chē)沫h(huán)境溫度，超越溫度界限值會(huì)自動(dòng)報(bào)警。

1.1 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊主要由AT89C51單片機(jī)組成。由該單片機(jī)連接并控制其余模塊工作。PM2.5采集模塊發(fā)送信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理，并發(fā)送信號(hào)給LCD模塊和報(bào)警模塊、Pm2.5濾除模塊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)凈化預(yù)警等功能。

圖1 PM2.5檢測(cè)凈化一體機(jī)的設(shè)計(jì)方案

1.2 PM2.5濾除模塊HEPA的選用

調(diào)研市場(chǎng)主流的空氣凈化器的外觀、原理、價(jià)位等，通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)上主要常用的空氣凈化技術(shù)有：低溫非對(duì)稱(chēng)等離子體空氣凈化技術(shù)、吸附技術(shù)、負(fù)離子技術(shù)、負(fù)氧離子技術(shù)、分子絡(luò)合技術(shù)、光觸媒技術(shù)、HEPA高效過(guò)濾技術(shù)、靜電集塵技術(shù)、活性氧技術(shù)等； 可以用于適合DIY空氣凈化器的過(guò)濾裝置有三種，分別是紫外線過(guò)濾器、活性炭和HEPA網(wǎng)。其中紫外線過(guò)濾器只針對(duì)細(xì)菌，而且效果并不理想；活性炭善于過(guò)濾的的是有機(jī)的碳基雜物，對(duì)顆粒污染無(wú)效；HEPA網(wǎng)則可以過(guò)濾PM2.5甚至更小的顆粒污染，因此DIY空氣凈化器首選的過(guò)濾裝置是HEPA網(wǎng)。它對(duì)微粒的捕捉能力較強(qiáng)，孔徑微小，吸附容量大，凈化效率高，并具備吸水性，針對(duì)0.3微米的粒子凈化率為99.97%，作為本系統(tǒng)的重要材料。

1.3 數(shù)據(jù)采集模塊-灰塵傳感器GP2Y1010AU

日本夏普公司灰塵傳感器GP2Y1010AU[3]，體積小巧，靈敏度高，可以用來(lái)測(cè)量0.8微米以上的微小粒子，可用于室內(nèi)環(huán)境中煙氣、粉塵、花粉等濃度的檢測(cè)。此款產(chǎn)品不但可以檢測(cè)出單位體積粒子的絕對(duì)個(gè)數(shù)，而且內(nèi)置氣流發(fā)生器，可以自行吸入外部空氣。灰塵傳感器GP2Y1010AU安裝保養(yǎng)方便，使用壽命長(zhǎng)，精度高，穩(wěn)定性好。其內(nèi)部對(duì)角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測(cè)到空氣中塵埃反射光，即使非常細(xì)小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測(cè)到，通常在空氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用。

1.4 數(shù)據(jù)顯示模塊

系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路。

1.5 溫度檢測(cè)模塊

溫度檢測(cè)模塊選用DS18B20溫度傳感器，能夠通過(guò)編程方式實(shí)現(xiàn)9-12位的數(shù)字溫度直讀，測(cè)溫范圍為-55～125。C，滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需要。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

按復(fù)位鍵后，可以根據(jù)通過(guò)按鍵S4修改當(dāng)前的報(bào)警值，灰塵傳感器根據(jù)當(dāng)前環(huán)境采集的信號(hào)值，通過(guò)單片機(jī)處理，為了增強(qiáng)可讀性，以LCD1602顯示屏顯示當(dāng)前的pm2.5的濃度值和警報(bào)值；如果當(dāng)前環(huán)境的pm2.5的濃度超過(guò)75ug/m3,將根據(jù)濃度值，100以下啟動(dòng)低速的HEPA過(guò)濾，100-150ug/m3啟動(dòng)中速的HEPA過(guò)濾，對(duì)于200ug/m3以上啟用高速的HEPA過(guò)濾。同時(shí)可以實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)的溫度，非常方便。

3 生活常用場(chǎng)景數(shù)據(jù)測(cè)試

表1 生活常用場(chǎng)景數(shù)據(jù)測(cè)試

圖3 PM2.5檢測(cè)凈化整機(jī)

由于測(cè)試地點(diǎn)位于海邊城市榮成，環(huán)境比較好，污染指數(shù)低，所以測(cè)試效果好，相對(duì)于越小平米的房間內(nèi)凈化效果越好。

4 結(jié)束語(yǔ)

本 文 介 紹 了基于AT89C51單片機(jī)、灰塵傳感器GP2Y1010AU、LCD液晶顯示、HEPA過(guò)濾網(wǎng)、蜂鳴器開(kāi)發(fā)的PM2.5檢測(cè)凈化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，是一種價(jià)格低廉、體積小、攜帶方便、便于使用的PM2.5檢測(cè)凈化一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PM2.5的檢測(cè)、顯示、預(yù)警、凈化，為我們健康保駕護(hù)航。

[1]劉宏斌．我國(guó)PM2．5的現(xiàn)狀與防治對(duì)策[J]．武漢:湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院學(xué)報(bào),2012．

[2]王幸之,鐘愛(ài)琴．AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004．

[3]夏普粉塵傳感器GP2Y1010AU0F使用說(shuō)明[S]．

[4]王嘯東．一種新型PM2．5檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[J]．電氣時(shí)代,2014(4): 82-84．

At present，the atmospheric particulate matter has become the main pollutants of air pollution，especially the impact of PM2.5 on atmospheric environment and human health.This paper takes AT89C51 microcontroller as the core technology of air purifcation full investigation on the market，using the HEPA flter PM2.5 particles，based on the detection of environmental PM2.5 on the removal of particles in the air，allergens，indoor PM2.5 air pollution problems，for our health escort.

PM2.5；HEPA；detection；air purifcation

王華超（1975—），男，大學(xué)本科，講師，研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。