室內空氣凈化器的研究與設計

錢佳佳　張健

摘要：在日常生活中凈化器顯然已經得到了廣泛的應用，但產品太多，有的功能也比較單一，所以要設計出功能更齊全的凈化器，掌握更多的技術去研究，制作出更低廉，更受大眾青睞的凈化產品。各種空氣凈化技術有力地解決了室內空氣污染問題。該文主要講述采用負離子發生器這一重要的裝置，即通過高壓電源和加熱電源組合控制來達到凈化空氣的效果，通過代碼來檢測在有人或無人的情況下，自動改變工作方式，即清新和消毒的工作方式。

關鍵詞：電暈線加熱；負離子；STC89C52；負離子空氣凈化器

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）02-0252-02

1 緒論

室內空氣污染現象目前廣泛存在于居室等各種封閉的場所中，室內的空氣質量在無形之中給人類的身心健康帶來了嚴重的危害。人們現在基本上都待在室內，因此人們的身心健康指標部分取決于室內空氣質量的好與壞。懸浮顆粒物和氣態污染源是造成室內空氣污染的主要來源，裝修居室產生的污染物（如甲醛、霧霾、細菌等），這些肉眼看不到的細小微粒潛伏在我們身邊時刻危害著我們的身心健康?？諝鈨艋魇钱斀襁@個社會主流的產品，在改善空氣環境方面的確很有效，值得我們每個人擁有，確實很受大多數家庭的青睞。不過現在市場上凈化器的種類比較多，而且價格相對來說都比較昂貴，還有就是有的凈化器功能不是很完善，需要更多的人去設計更好，更實惠的產品。

本論題通過采用電暈線加熱的方法來控制負電暈放電時產生的臭氧濃度以及盡量保持負離子發生器的臭氧濃度在國家安全標準之下，使得O3濃度在安全范圍之內，是一款能夠產生高負離子濃度以及凈化效率極高的負離子發生器。

2 需求分析

2.1 功能需求

室內負離子空氣凈化器的主要工作原理是指在放電的作用下，一些自由電子與另外的氣體結合就生成了負離子，而此時負離子與顆粒污染物組合在一起就構成了“重離子”，它會沉降或者附著在物體外表層，可以起到殺滅細菌的效果。設計的這款室內負離子空氣凈化器，首先能夠吸附，分解或轉化各種空氣污染物。其次，產品在工作過程中可以保證不會產生過多的臭氧，確保在安全范圍內。并且，產品的操作要簡單方便，適用于廣大需求群體。

2.2 安全需求

室內經常會存在各種對我們身體有害的物質（如甲醛，苯等），這個時候就可以通過空氣凈化器產生的負氧離子有效的去控制，盡量消除對我們有害的物質?？諝庵械呢撾x子濃度越大，對我們的身體越有益處。凈化器在工作的時候，由于工作時間過長，會導致產生過多的臭氧，對我們身體產生傷害，所以就采用兩種工作方式，即有人的時候使用清新方式，沒有人的時候就轉變為消毒的工作方式，確保對身體健康沒有影響。如今，隨著人們生活水平的提高，人們越來越注重養生，空氣凈化器正好迎合了人們的需求。

3 室內空氣凈化器的設計

3.1 負離子空氣凈化器的設計實現

3.1.1 電暈放電在空氣凈化器設計中的實現

如圖1所示，為負離子空氣凈化器的結構，通過電暈放電方法生成負離子。因為高壓電源給電暈線供電，所以電暈線得最高電位是在-9KV左右，產生電暈放電，這樣就完成了負離子空氣凈化器生成負離子的目的[1]。

3.1.2 加熱電暈線降低產生臭氧濃度的實現

通過采用電暈線加熱這一舉措，可有效抑制負電暈在放電的時候生成更多的O3以及盡量減少負離子發生器產生的臭氧，保證其濃度不會超標 [2][3]，使得負離子發生器既有更高的效率，又有更高的安全度。

根據臭氧的三體反應速率為[4]：K=2.5×10﹣35exp（970/kT）可以看出，臭氧形成的三體反應速率與溫度有關，隨著溫度的上升，速率會慢慢降低。

Oh kubo 等人通過對正電暈放電的研究，得出了臭氧（O?）的生成會在電暈線附近產生較多，說明了臭氧的形成區是在電暈線周圍。通過電暈線加熱的方法可以盡量減少臭氧的產生，既負離子發生器的臭氧濃度也會隨之降低。

3.2 室內空氣凈化器的電路設計

3.2.1 控制電路的實現

以STC89C52型單片機為中心設計了負高壓電源和加熱電源對電源主電路起到了主要的作用。如圖2所示為控制電路框圖。

3.2.2 負離子發生器

負離子同細菌組合在一起之后，細菌的結構會發生一系列的變化，細菌會被消滅掉，最終被分解，飄落在地表，空氣中的細菌數會迅速縮小，空氣中的塵埃碰撞到負離子之后，會發生反應，從而減少了空氣中的塵埃。

圖3為負離子發生器的簡單電路：

3.2.3 臭氧發生器

如圖4所示為臭氧發生器電路圖，分別由振蕩和功率放大電路、“清新”控制電路、“消毒”控制電路以及遙控電路組成。

通過代碼來檢測在有人或無人的情況下，自動改變工作方式。通過晶振電路和復位電路來實現時間的自動轉換。

主程序如下：

int man =person；

{

if（1 == man） // man字節檢測到有人時為1，無人時為0

{ while（man） //凈化器采用“清新”的工作方式

{//控制振蕩器工作

Thread.currentThread（）.sleep（300000）； //毫秒

//控制振蕩器工作5min

//控制振蕩器停止

Thread.currentThread（）.sleep（1800000）； //毫秒

//停止30min，交替工作

//控制振蕩器工作

} }

else //凈化器采用“消毒”的工作方式endprint

{Thread.currentThread（）.sleep（3600000）； //毫秒

//凈化器采用“消毒”的工作當控制振蕩器連續工作1h后停止}

}

3.2.4 人體感應模塊電路

如圖5所示，為人體感應模塊電路圖。

由于人體溫度特殊這一表象，使得紅外傳感器可以通過波長來判斷是否有人，通過人本身的特征，來識別，既方便又準確。此電路圖通過人體感應模塊的輸出信號端，采用三極管的放大原理，使信號慢慢變大，促使發射模塊能夠成功發射信號。

3.2.5 空氣質量檢測模塊

空氣質量檢測模塊由STC89C52單片機組成的最小系統以及溫濕度傳感器DHT11和DSM501粉塵傳感器構成的。如圖6所示，為DHT11模塊原理圖，如圖7所示，為粉塵傳感器DSM501的原理結構圖。

粉塵傳感器根據光的散射理論，微小的顆粒和分子會產生散射光，而且光的吸收能量。在顆粒物較多的環境下，一束平行單色光射入到該環境下時，會受到顆粒物的影響，光的強度會相應的減弱，這樣的話就可以計算出光經過顆粒物較多的環境下所對應的相對衰減率，通過衰減率大概就可以反映出粉塵的相對濃度。

4 總結

設計的這款室內負離子空氣凈化器有一些功能已經大致完成，其效果就是負離子能夠吸附，分解或轉化各種空氣污染物。單片機使用的是STC89C52來完成設計，來完成整體電路的設計。是一款節能，智能，清新持久的凈化器。外加輔助電路，如復位電路，時鐘電路以及人體感應器電路，空氣質量檢測模塊等，即實現清新和消毒兩種工作方式的自動轉化。該系統不足之處，凈化部分預算較大，沒有實現，只實現了部分模塊，即溫濕度檢測以及PM2.5檢測模塊。

參考文獻：

[1] 孫欽.電極加熱型室內負離子空氣凈化器電源的優化設計[D].大連：大連理工大學，電工理論與新技術，2007.

[2] 李杰.電暈線加熱降低負離子空氣凈化器臭氧濃度的實驗研究[J].環境科學學報.1996，3（16）：372.

[3] 李杰，劉林茂，王海軍等.電暈線加熱情況負電暈放電特性研究[J].東北師范大學學報.1996（2）：53-57.

[4] 梁平.低臭氧負離子發生器優化實驗研究及其電源的設計[D].大連：大連理工大學，2005.

[5] 吳忠標，趙偉榮.室內空氣污染及凈化技術[M].北京：化學工業出版社，2005.

[6] 阿秋. 能產生負離子的空氣凈化器簡介[N].電子報，2015.endprint