移動式室內(nèi)空氣凈化器的設(shè)計與實現(xiàn)

文/黨嬋娟

移動式室內(nèi)空氣凈化器的設(shè)計與實現(xiàn)

文/黨嬋娟

隨著空氣污染的日益嚴重，空氣凈化器應(yīng)用而生?，F(xiàn)有的室內(nèi)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(shè)計可移動的室內(nèi)空氣凈化器，在凈化器的底座上設(shè)置了能夠驅(qū)動車輪自由移動的左、右電機，使凈化器能夠自行到達室內(nèi)的不同區(qū)域，從而擴大了凈化范圍。而且，在凈化器上設(shè)置了有害物質(zhì)探測器，使室內(nèi)空氣質(zhì)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(nèi)空氣凈化器是一種對室內(nèi)的空氣進行凈化，以使室內(nèi)空氣處于干凈清潔狀態(tài)的設(shè)備。現(xiàn)有的室內(nèi)空氣凈化器一般為固定式，其無法自行移動，而室內(nèi)的空間一般較大，其只能對其周圍的空氣產(chǎn)生凈化作用，因此現(xiàn)有的傳統(tǒng)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(nèi)空氣凈化器。

1 主要結(jié)構(gòu)

如圖1所示，室內(nèi)空氣凈化器由兩部分構(gòu)成：底座（1）和設(shè)置在底座上的殼體（2）。

1.1 底座

底座的內(nèi)腔中設(shè)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(qū)動使車輪轉(zhuǎn)動，車輪的底部穿過底座的側(cè)壁并突伸出底座的下表面，底座的下表面上還設(shè)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(nèi)設(shè)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(nèi)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(nèi)空氣凈化器結(jié)構(gòu)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(nèi)設(shè)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(nèi)部產(chǎn)生的霧氣釋放到室內(nèi)的空氣中。

殼體上部的內(nèi)側(cè)面與殼體下部的外側(cè)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(shè)置，使得殼體上設(shè)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(shè)置有對水進行霧化作用的霧化器（17），上隔板上設(shè)有與霧化腔相通的輸霧孔（14），通過輸霧孔可將霧化器產(chǎn)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(shè)有容置槽（26），容置槽內(nèi)設(shè)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(shè)有突出定位管外側(cè)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(shè)有第一傳輸孔（30），定位管的側(cè)壁上設(shè)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(nèi)側(cè)面能夠完全覆蓋第二傳輸孔。本設(shè)計的目的在于防止水通過輸霧孔進入過渡腔內(nèi)，從而對過渡腔內(nèi)的設(shè)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(nèi)的水進入到過渡腔內(nèi)。

1.2.3 工作腔

工作腔內(nèi)設(shè)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(zhuǎn)換為交流電?？刂瓢灏ㄎ⑻幚韱卧⑼ㄐ艈卧⒓铀俣葌鞲衅鳌⒌谝或?qū)動器和第二驅(qū)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(qū)動器的輸出端與左電機連接，第二驅(qū)動器的輸出端與右電機連接。微處理單元分別與第一驅(qū)動器、第二驅(qū)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(tài)。

1.2.4 儲水腔

儲水腔的側(cè)壁上設(shè)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(nèi)，需要時在機器內(nèi)部產(chǎn)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(nèi)的空氣質(zhì)量等信息，使用戶能夠?qū)崟r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(shè)置使得本室內(nèi)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(tǒng)功能

2.1 運動系統(tǒng)

由于空氣凈化器的底座上設(shè)置了分別通過左電機和右電機驅(qū)動的車輪，使得殼體及底座能夠在左電機和右電機的驅(qū)動下自由移動，從而實現(xiàn)了本移動式室內(nèi)空氣凈化裝置對室內(nèi)不同區(qū)域環(huán)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(fā)送控制信號，控制信號經(jīng)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(qū)動器、第二驅(qū)動器發(fā)送驅(qū)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(qū)動下轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)凈化器的移動。微處理單元通過控制兩個車輪的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對凈化器轉(zhuǎn)彎的控制，其中加速度傳感器的設(shè)置，使得凈化器在遇到阻礙物而停止時，微處理單元能夠發(fā)送信號至第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器，使其驅(qū)動凈化器向不同方向移動，從而避開障礙物。

2.2 凈化系統(tǒng)

當空氣凈化器移動到指定位置時，系統(tǒng)開啟凈化功能，工作腔內(nèi)的變頻器將電池提供的直流電轉(zhuǎn)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(shè)置在霧化腔中隔板上的霧化器對霧化腔內(nèi)的水進行霧化作用，殼體上設(shè)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(xiàn)了對室內(nèi)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(nèi)還設(shè)置了負離子發(fā)生器（33），負離子發(fā)生器與控制板連接。

凈化系統(tǒng)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(cè)面上設(shè)有有害物質(zhì)探測器（32），有害物質(zhì)探測器與微處理單元連接。當室內(nèi)空氣質(zhì)量較差時，室內(nèi)空氣凈化裝置能夠自動開啟，從而實現(xiàn)自動凈化功能。

3 結(jié)論

本文提出了一種可移動的室內(nèi)空氣凈化裝置的設(shè)計。該設(shè)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(qū)動器、第二驅(qū)動器驅(qū)動信號的控制下驅(qū)動車輪自由移動，從而使本移動式空氣凈化器對室內(nèi)不同的區(qū)域環(huán)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(zhì)探測器的設(shè)置使室內(nèi)空氣質(zhì)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

[1]李 文 明,李 紅 然,付 大 友.空氣凈化器研究進展[J].廣東化工,2010,37(11)：84,86.

[2]張鵬,馮顯英,霍睿.基于STM32的多功能空氣凈化器控制系統(tǒng)開發(fā)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2017,43(03)：80-83.

[3]董玉德,徐偉,金運掌，黃開.柜式空氣凈化器硬件電路設(shè)計[J].電子測量技術(shù),2013,36(11)：61-66,75.

[4]董亮,李春林,朱磊.基于單片機的便攜式空氣凈化器[J].微計算機信息,2009,25(10-2)：108-109,87.

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(shù)。

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）。