移動式室內空氣凈化器的設計與實現

文/黨嬋娟

移動式室內空氣凈化器的設計與實現

文/黨嬋娟

隨著空氣污染的日益嚴重，空氣凈化器應用而生。現有的室內空氣凈化器無法自行移動，凈化范圍有限，凈化不徹底。本文主要研究設計可移動的室內空氣凈化器，在凈化器的底座上設置了能夠驅動車輪自由移動的左、右電機，使凈化器能夠自行到達室內的不同區域，從而擴大了凈化范圍。而且，在凈化器上設置了有害物質探測器，使室內空氣質量較差時凈化器自動開啟，凈化裝置更智能、更便捷。

移動 空氣凈化 智能

室內空氣凈化器是一種對室內的空氣進行凈化，以使室內空氣處于干凈清潔狀態的設備。現有的室內空氣凈化器一般為固定式，其無法自行移動，而室內的空間一般較大，其只能對其周圍的空氣產生凈化作用，因此現有的傳統空氣凈化器的凈化空間很有限。基于此，本文提出了可移動的室內空氣凈化器。

1 主要結構

如圖1所示，室內空氣凈化器由兩部分構成：底座（1）和設置在底座上的殼體（2）。

1.1 底座

底座的內腔中設有左電機（3）和右電機（4），左電機的輸出軸、右電機的輸出軸分別連接有車輪（5），通過左、右電機的驅動使車輪轉動，車輪的底部穿過底座的側壁并突伸出底座的下表面，底座的下表面上還設有多個支撐輪。

1.2 殼體

殼體的底端固定在底座上，殼體包括殼體上部（23）和殼體下部（24）。

殼體上部可拆卸地連接在殼體下部上。

殼體下部內設有上隔板（6）、中隔板（7）和下隔板（8），上隔板、中隔板、下隔板將殼體的內腔分隔為過渡腔（9）、霧化腔（10）、工作腔（11）和儲水腔（12）。

圖1：室內空氣凈化器結構圖

1.2.1 過渡腔

圖2為圖1中A部分的局部放大圖。

在過渡腔內設置有引風機（15）以及與引風機連通的出霧孔（16），通過引風機和出霧孔即可將凈化器內部產生的霧氣釋放到室內的空氣中。

殼體上部的內側面與殼體下部的外側面包圍形成連接通道（25），連接通道分別與過渡腔、出霧孔連通。連接通道的設置，使得殼體上設置的多個出霧孔能夠通過連接通道與過渡腔連通，從而使水霧從各個出霧孔排出。

1.2.2 霧化腔

圖3為圖1中B部分的局部放大圖。

在中隔板上設置有對水進行霧化作用的霧化器（17），上隔板上設有與霧化腔相通的輸霧孔（14），通過輸霧孔可將霧化器產生的水霧從霧化腔傳送到過渡腔中。

上隔板的下表面上開設有容置槽（26），容置槽內設有擋板（27）和定位管（28）。定位管的頂端與輸霧孔連通，定位管的底端封閉，定位管的底端還設有突出定位管外側面的凸緣（29），擋板套在定位管上，并且擋板的下表面與凸緣的上表面接觸，擋板與容置槽的底面之間具有一定的間隙，擋板上設有第一傳輸孔（30），定位管的側壁上設有與第一傳輸孔連通的第二傳輸孔（31），當擋板的上表面與容置槽的底面接觸時，擋板的內側面能夠完全覆蓋第二傳輸孔。本設計的目的在于防止水通過輸霧孔進入過渡腔內，從而對過渡腔內的設備起到保護作用。當殼體傾倒時，擋板在重力作用下沿著定位管下滑，直至其與容置槽的底面接觸，此時第一傳輸孔、第二傳輸孔分別被堵塞，從而防止了霧化腔內的水進入到過渡腔內。

1.2.3 工作腔

工作腔內設有控制板（18）、變頻器（19）、電池（20）和水泵（21）。水泵的輸入端通過管道與儲水腔連通，水泵的輸出端通過管道與霧化腔連通。變頻器用于將電池提供的直流電轉換為交流電。控制板包括微處理單元、通信單元、加速度傳感器、第一驅動器和第二驅動器，其中微處理單元采用單片機或ARM芯片，通信單元采用Wi-Fi通信裝置或4G通信裝置，第一驅動器的輸出端與左電機連接，第二驅動器的輸出端與右電機連接。微處理單元分別與第一驅動器、第二驅動器、加速度傳感器、通信單元、引風機、變頻器、電池、水泵、霧化器等連接，控制各個模塊的工作狀態。

1.2.4 儲水腔

儲水腔的側壁上設置有進水口(13)，外接水通過此口進入凈化器，將水存在儲水腔內，需要時在機器內部產生水霧。

1.3 其他模塊

在空氣凈化器的殼體上安裝有與微處理單元連接的顯示單元電路，顯示單元采用LCD顯示屏，用于顯示當前室內的空氣質量等信息，使用戶能夠實時了解情況。

而且在殼體上還安裝了攝像頭（34），攝像頭與微處理單元連接。攝像頭的設置使得本室內空氣凈化裝置能夠作為移動的攝像裝置使用，增加了其功能。

2 系統功能

2.1 運動系統

由于空氣凈化器的底座上設置了分別通過左電機和右電機驅動的車輪，使得殼體及底座能夠在左電機和右電機的驅動下自由移動，從而實現了本移動式室內空氣凈化裝置對室內不同區域環境的凈化作用，擴大了其凈化的范圍。

具體工作時，使用者通過輸入裝置向控制板發送控制信號，控制信號經通信單元傳送至微處理單元，微處理單元在接收到該控制信號后分別通過第一驅動器、第二驅動器發送驅動信號至左電機和右電機，使得車輪在左電機和右電機的驅動下轉動，從而實現凈化器的移動。微處理單元通過控制兩個車輪的轉速實現對凈化器轉彎的控制，其中加速度傳感器的設置，使得凈化器在遇到阻礙物而停止時，微處理單元能夠發送信號至第一驅動器和第二驅動器，使其驅動凈化器向不同方向移動，從而避開障礙物。

2.2 凈化系統

當空氣凈化器移動到指定位置時，系統開啟凈化功能，工作腔內的變頻器將電池提供的直流電轉換為交流電后向水泵等部件供電，水泵在微處理單元的控制下將儲水腔的水泵至霧化腔，設置在霧化腔中隔板上的霧化器對霧化腔內的水進行霧化作用，殼體上設有與霧化腔連通的通風孔，霧化后的水霧通過輸霧孔進入過渡腔，水霧在過渡腔中引風機的作用下從出霧孔噴出到凈化器外，從而實現了對室內空氣的凈化作用。此外，為了進一步加強該空氣凈化器的凈化功能，在霧化腔內還設置了負離子發生器（33），負離子發生器與控制板連接。

凈化系統的啟動有兩種模式，一種是用戶通過輸入裝置人工啟動，另一種方式是在殼體的外側面上設有有害物質探測器（32），有害物質探測器與微處理單元連接。當室內空氣質量較差時，室內空氣凈化裝置能夠自動開啟，從而實現自動凈化功能。

3 結論

本文提出了一種可移動的室內空氣凈化裝置的設計。該設計在凈化器的底座上安裝左電機和右電機，左、右電機在第一驅動器、第二驅動器驅動信號的控制下驅動車輪自由移動，從而使本移動式空氣凈化器對室內不同的區域環境進行凈化，擴大了凈化器的凈化范圍，使凈化更加徹底。而且凈化器上有害物質探測器的設置使室內空氣質量較差時凈化裝置能自行啟動，自動化程度高，具有很高的利用價值。

圖2：A局部放大圖

圖3：B局部放大圖

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黨嬋娟(1989-)，女，山西省大同市人。碩士學位。主要研究方向為電子技術。

作者單位 山西大同大學物理與電子科學學院 山西省大同市 037009

山西大同大學校級青年科學研究項目（2015Q13）。