便攜式綠色呼吸PM2.5檢測凈化一體機的設計

威海海洋職業(yè)學院 王華超 孫婷婷

威海市水產學校 王麗紅

便攜式綠色呼吸PM2.5檢測凈化一體機的設計

威海海洋職業(yè)學院 王華超 孫婷婷

威海市水產學校 王麗紅

目前大氣顆粒物已經成為我國大氣污染的主要污染物，尤其以PM2．5對于大氣環(huán)境的影響和人體健康的危害最大。本文以AT89C51單片機為核心，充分調研市場上主要的空氣凈化技術，采用HEPA網過濾PM2．5顆粒，在檢測環(huán)境的pm2．5的基礎上，可去除空氣中的顆粒物，包括過敏原、室內的PM2．5等空氣污染問題，為我們的健康保駕護航。

PM2．5；HEPA；檢測；空氣凈化

0 引言

2015年4月22日清華大學發(fā)布首個室內Pm2.5公益調研報告顯示，由于人處在室內時間更長，從日均累積水平看，室內吸入的PM2.5是室外吸入量的4倍，相對比室外，室內PM2.5污染對人的影響更顯著。現代人約有70%-90%的時間處于室內，室內空氣質量對人體健康的影響很有必要關注。

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注意我們身邊空氣的PM2.5，而本設計這是基于這點，應用所學的知識，制作一個經濟，簡單，實用的多功能綠色呼吸PM2.5檢測凈化一體機。

1 系統硬件設計方案

PM2.5檢測凈化一體機的原理圖如圖1所示，以AT89C51單片機為核心，包含LCD顯示模塊、溫度檢測、HEPA過濾、粉塵傳感器、A/D轉換、按鍵電路、報警電路、污染級別提醒電路，在檢測環(huán)境的pm2.5的基礎上，可去除空氣中的顆粒物，包括過敏原、室內的PM2.5等空氣污染問題，同時可實時顯示周圍的環(huán)境溫度，超越溫度界限值會自動報警。

1.1 數據處理模塊

數據處理模塊主要由AT89C51單片機組成。由該單片機連接并控制其余模塊工作。PM2.5采集模塊發(fā)送信號給單片機，單片機完成數據處理，并發(fā)送信號給LCD模塊和報警模塊、Pm2.5濾除模塊，實現整個系統的檢測凈化預警等功能。

圖1 PM2.5檢測凈化一體機的設計方案

1.2 PM2.5濾除模塊HEPA的選用

調研市場主流的空氣凈化器的外觀、原理、價位等，通過調研發(fā)現，市場上主要常用的空氣凈化技術有：低溫非對稱等離子體空氣凈化技術、吸附技術、負離子技術、負氧離子技術、分子絡合技術、光觸媒技術、HEPA高效過濾技術、靜電集塵技術、活性氧技術等； 可以用于適合DIY空氣凈化器的過濾裝置有三種，分別是紫外線過濾器、活性炭和HEPA網。其中紫外線過濾器只針對細菌，而且效果并不理想；活性炭善于過濾的的是有機的碳基雜物，對顆粒污染無效；HEPA網則可以過濾PM2.5甚至更小的顆粒污染，因此DIY空氣凈化器首選的過濾裝置是HEPA網。它對微粒的捕捉能力較強，孔徑微小，吸附容量大，凈化效率高，并具備吸水性，針對0.3微米的粒子凈化率為99.97%，作為本系統的重要材料。

1.3 數據采集模塊-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，可以用來測量0.8微米以上的微小粒子，可用于室內環(huán)境中煙氣、粉塵、花粉等濃度的檢測。此款產品不但可以檢測出單位體積粒子的絕對個數，而且內置氣流發(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，精度高，穩(wěn)定性好。其內部對角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測到空氣中塵埃反射光，即使非常細小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測到，通常在空氣凈化系統中應用。

1.4 數據顯示模塊

系統中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統的LED數碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富等優(yōu)點，而且不需要外加驅動電路。

1.5 溫度檢測模塊

溫度檢測模塊選用DS18B20溫度傳感器，能夠通過編程方式實現9-12位的數字溫度直讀，測溫范圍為-55～125。C，滿足本設計的需要。

2 系統軟件設計方案

圖2 系統工作流程圖

按復位鍵后，可以根據通過按鍵S4修改當前的報警值，灰塵傳感器根據當前環(huán)境采集的信號值，通過單片機處理，為了增強可讀性，以LCD1602顯示屏顯示當前的pm2.5的濃度值和警報值；如果當前環(huán)境的pm2.5的濃度超過75ug/m3,將根據濃度值，100以下啟動低速的HEPA過濾，100-150ug/m3啟動中速的HEPA過濾，對于200ug/m3以上啟用高速的HEPA過濾。同時可以實時顯示室內的溫度，非常方便。

3 生活常用場景數據測試

表1 生活常用場景數據測試

圖3 PM2.5檢測凈化整機

由于測試地點位于海邊城市榮成，環(huán)境比較好，污染指數低，所以測試效果好，相對于越小平米的房間內凈化效果越好。

4 結束語

本 文 介 紹 了基于AT89C51單片機、灰塵傳感器GP2Y1010AU、LCD液晶顯示、HEPA過濾網、蜂鳴器開發(fā)的PM2.5檢測凈化系統的軟硬件設計，是一種價格低廉、體積小、攜帶方便、便于使用的PM2.5檢測凈化一體機，實現了對PM2.5的檢測、顯示、預警、凈化，為我們健康保駕護航。

[1]劉宏斌．我國PM2．5的現狀與防治對策[J]．武漢:湖北經濟學院學報,2012．

[2]王幸之,鐘愛琴．AT89系列單片機原理與接口技術[M]．北京:北京航空航天大學出版社,2004．

[3]夏普粉塵傳感器GP2Y1010AU0F使用說明[S]．

[4]王嘯東．一種新型PM2．5檢測儀的設計[J]．電氣時代,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，大學本科，講師，研究方向：機電一體化技術。