智能中草藥空氣凈化裝置

胡浩 何勝蘭

摘要：據調查顯示，人們在室內生活的時間遠遠高于室外，室內空氣質量已經成為人們不可忽略的重中之重，室內空氣質量往往難以保證。因此在該背景下研究出一種新型的、利用中草藥來提高空氣質量，并且針對學生群體設計出一款便捷可靠的空氣凈化裝置。對于空氣凈化裝置將中醫文化與過濾裝置相結合，把多種天然中草藥的有機物質提取融合，與現代空氣凈化裝置組合，在裝置材料和結構的設計上采用便攜可靠的思想，盡可能地使裝置簡易化。最后采用中醫藥熏療法將中藥成分揮發至空氣，發揮其凈化空氣、殺毒抑菌、調理健康、固本養生的功效，最大限度地改善室內環境，做到對人體有益。

關鍵詞：中草藥;智能控制;熏療過濾;便攜高效

中圖分類號：TU834.8+41 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）11-0037-03

1研究背景

在如今這個提倡環保、健康、綠色的年代，“室內空氣污染”正成為人們越來越關注的話題。而作為學生群體，每天待在室內的時間更是室外時間的四倍以上，因此室內空氣環境對于學生的健康來說是不可忽略的。現如今市場上絕大部分凈化器產品，由于大功率，操作煩瑣，費用高等因素均不適合學生群體。據市場調研顯示，目前市場上的凈化器多采用大功率電離法電離空氣，從而達到空氣凈化的效果，但對于學生群體而言，這一類凈化器顯然不能在宿舍中進行使用，因此此文旨在設計一款真正適合學生群體的產品，同時加入中藥調理元素，首先使用單向碳循環技術將外界的空氣吸入裝置進行凈化，然后使用裝置內部的加熱系統讓內部存放的中草藥液揮發到空氣中，從而在凈化空氣的同時通過中草藥來消滅空氣中的各種病菌，以此起到保護用戶健康的作用。所以，通過對中草藥空氣凈化裝置的研究與應用，可以更好地服務于學生群體，改善學生住宿的空氣質量問題。同時，通過對中草藥空氣凈化裝置與研究還能夠大力推行中藥，弘揚中醫藥文化，利用中藥有效保障學生們的健康，環保綠色地為他人帶來健康上的幫助。

2中草藥凈化的應用

2.1中醫藥結合

中醫認為，人體是一個有機的整體，人體的結構互相聯系，不可分割嘲;人體的各種功能互相協調，彼此為用。同時，中醫認為人和環境之間相互影響，是一對不可分割的整體。中醫藥熏療法是防治疾病的中醫療法之一。可有效地預防傳染病菌的侵害，也是呼吸道疾病重要的輔助療法之一。自黃帝內經以來，中醫對于疾病發生的預防，最主要的思想就是斷絕邪氣的傳播，而邪氣的主要傳播途徑就是人體的各個與外界相通的器官，故人體的口、耳、鼻、皮膚等則為重要的保護點，古人曾言“溫邪上受，首先犯肺”“肺朝百脈，次呼吸”“肺開竅于鼻”。所以本產品的最大亮點就是將中藥學與其相結合，將中草藥對人體有益的效果結合到凈化器上。

2.2中草藥的選擇

2.2.1蒼術

1）功能主治：燥濕健脾，祛風散寒，明目。用于濕阻中焦，脘腹脹滿，泄瀉，水腫，腳氣痿蹙，風濕痹痛，風寒感冒，夜盲，眼目昏澀。

2）相關配伍：

（1）用于治療脾虛濕聚，水濕內停的痰飲、泄瀉或外溢的水腫者：與茯苓、澤瀉、豬苓等利水滲濕藥同用。（《證治準繩》）

（2）用于祛濕，治痹證濕勝：可與薏苡仁、獨活等祛風濕藥同用。（《類證治載》）

（3）用于治風寒表證挾濕：常于羌活、白芷、防風等同用。（《和劑局方》）

2.2.2貫眾

1）功能主治：殺蟲;清熱;解毒;涼血止血。用于風熱感冒;溫熱癍疹;吐血;咳血;衄血;便血;崩漏;血痢;帶下及鉤、蛔、絳蟲等腸寄生蟲病。

2）本品苦寒，既能清氣分之實熱，有能解血分之熱毒，凡溫熱毒邪所致之癥皆可用之，常與黃連、大青葉、甘草等同用，如貫眾散（《普濟方》）。單品或配桑葉、金銀花等可防治風熱感冒;若與板藍根、大青葉、紫草等配伍，又可用于痄腮、溫毒發斑、發疹等病。

2.3中草藥熏療

綜上，主要應用的中草藥成分為蒼術、貫中、板藍根以及金銀花，其中板藍根和金銀花起到殺菌去味的作用。具體的應用是利用萃取取各種中藥的成分，以液體的形式通過加熱蒸發散發而出。

3基于智能控制的空氣凈化裝置

通過對產品各個功能的分析來研究裝置的總體設計布局，研究采用STM32單片機來作為智能控制系統中最主要的芯片部分，主要包括了系統的檢測模塊、凈化模塊、數據加密、通信模塊和手機終端，如圖1所示。

3.1微處理器STM32

STM32F103VET6，是采用ARM 32位Cor tex-M3內核的微控制器，該芯片的外設豐富，芯片具有可擴展性，可以高效地實現各種功能。處理器與其他芯片相比較具有低功耗的特點，相同工作的處理，STM32的處理更加節能與高效，可以進行兩種模式的高效處理。

休眠模式：只有CPU停止工作，所有外設繼續運行，在中斷/事件發生時喚醒CPU;

停止模式：允許以最小的功耗來保持SRAM和寄存器的內容。處理器通過檢測模塊獲取環境信息，也可通過處理無線模塊發過來的數據控制空氣凈化器。

3.2通信模塊和手機終端

通信模塊的控制分為兩種方式，一種是用戶手動控制，裝置結合芯片嵌入的程序在外部設置相應的控制按鍵，如一鍵啟動，模式選擇等。同時裝置外面連接有顯示屏可以反映裝置的工作參數和當前所處環境的空氣質量。另一種方式是手機端實時控制，通過手機網絡來無線訪問裝置。選用的無線模塊為TLG10UA03串口無線模塊，是第三代嵌入式Uart-Wifi模塊。Uart-Wifi是基于Uart接口的符合無線網絡標準的嵌入式模塊內置無線網絡協議IEEE802.11協議棧以及TCP/IP協議棧，能夠實現用戶串口數據到無線網絡之間的轉換。

用戶可以在手機端下載App，通過App智能實時地對凈化器進行啟動、關閉和定時操作。通過App來獲取當前凈化器工作環境的空氣質量，包括對空氣成分的測定，是否存在有害氣體，以及凈化器當前存儲和釋放的中藥成分含量。

4簡化結構，便攜高效

4.1高壓電路轉換為普通交流電路

對于控制系統的電源模塊，由于學生群體的使用環境不可使用高功率的電器產品，故擬將高功率的電源控制系統通過降壓、整流、濾波等步驟轉變為低功率的電壓模塊。首先將電網中的220V交流電通過外部變壓器轉變為110V的輸入電壓，再通過變壓器降壓輸出為12V，由于降壓后的電壓并不穩定，故經橋式整流和濾波段得到9V直流電，來為裝置外部的傳感器電路供電，同時使用三端穩壓芯片L7805將12V的交流電壓降壓為5V交流電來給微機、氣體傳感器及其他器件供電，由此完成高壓電路轉換為普通交流電路的設計。

4.2濾芯及結構設計

眾所周知，濾芯在凈化裝置中有著十分重要的作用，傳統市場上的凈化器所使用的濾芯大多分為兩種：分層式濾芯和復合式濾芯。分層式濾芯是將過濾物質固化在固定的位置，缺乏活動性，且更換濾芯極不方便。因此本文考慮采用復合式濾芯，同時結合裝置的結構設計，進行相應的優化，結構圖如圖2所示。

4.3傳感器數據采集的實現

傳感器的數據采集主要是將傳感器采集到的外界模擬信號通過一系列的處理轉換成裝置內部芯片可以識別處理的數字信號。

首先通過裝置的外部紅外傳感器采集外界空氣的模擬信號，經預處理后轉換成電壓模擬信號輸入給內部芯片。輸入的信號經過濾波器除噪后，進入放大器進行信號的放大。放大的信號進入S/H電路進行信號的采樣和保持，最后經過ADC模塊轉換成計算機可以識別的數字信號輸出。

4.4氣敏傳感器測空氣濃度

本裝置采用以氧化錫為材料的半導體型氣體傳感器，當傳感器工作在400攝氏度的環境下，氧化錫顆粒中的自由電子會保持活躍的流動。而在正常潔凈的空氣環境中，氧化錫的表面開始吸附氧，自由電子的活動降低，在晶粒邊界會形成勢壘電容，傳感器的電阻值隨之增加。

如果凈化器的工作環境中存在還原性氣體，如一氧化碳等，傳感器內部吸附的氧會和該氣體結合，吸附氧的量減少。造成勢壘電容間的存電量降低，自由電子的移動變的活躍，傳感器的電阻值減小。故通過對傳感器阻值變化的觀察便可以初步測定空氣的潔凈程度，如圖3所示嘲。

5結束語

綜上所述，市場上的空氣凈化器產品雖然很多，但由于國家目前沒有相應的標準，因此產品質量參差不齊，同時高端檔次的空氣凈化器僅僅適合于部分消費群體，并不能很好地針對學生群體;另一方面，目前市場上還沒有將中草藥與凈化裝置結合起來的產品。因此，設計一個適合學生使用，且充分運用中草藥與其相結合的凈化裝置是很有市場前景的。