自啟動吸附甲醛過濾PM2.5復合型空氣凈化器設計

沈星宇，谷敏章，吳夢洋，趙佳穎

（東南大學成賢學院 電子與計算機工程學院，江蘇 南京 210088）

1 硬件架構分析

（1）本項目凈化器的硬件部分使用了ATMEL公司生產的AT89S51芯片作為主控芯片。該CMOS8單片機具有速度快、功率低、性能高、抗干擾能力超強等優點[1]。它的代碼與指令與傳統使用的8051能夠做到完全兼容，但與之相比，速度為后者的8～12倍。在本項目中該主控芯片實現了甲醛模塊和PM2.5模塊的啟動，成功使用一二級口令語音模塊進行開關設置，硬件方面聯動了風扇的啟動和LCD1602的顯示。

（2）甲醛模塊：本項目使用了嵐寶甲醛檢測模塊。工作流程如圖1所示。

圖1 ZE08-CH20型甲醛模組結構

該甲醛檢測模塊是一個便攜式模快，具有通用型、模組小型化的特點。該傳感器模塊的工作原理是使用電化學原理，對所選取測量環境中的甲醛進行探測與處理。在溫度補償這方面，該內部放置一個溫度傳感器來實現此功能，而另一方面利用了其模擬電壓輸出的方式，使用較為便利。綜合來說，這是一款靈敏度及分辨率高、功耗低、壽命長、穩定性良好、抗干擾能力強等優點的模塊。

（3）PM2.5監測模塊：本項目在這方面采用了GP2Y-1010AU0F傳感器。這是一款用來感應空氣中的微小顆粒的光學空氣質量檢測器，本項目利用其內部的紅外線Diode與光電晶體管phototransistor，空氣中存在的PM2.5能夠借此反射光，如非常細小的煙霧顆粒與煙草顆粒也可以被察覺檢測到，通過該空氣凈化器進行吸附處理[2]。本產品正適合于這種小體積、質量小、更加輕便、易于安裝的小模塊。

（4）語音模塊：LD3320。這是一款建立于“關鍵詞表”的聲調語音識別技術。工作流程如圖2所示。

圖2 語音識別芯片工作流程

該LD3320語音模塊芯片是一款囊括語音處理器與AD轉換器、咪頭（聲音輸出與麥克風接口）等外部電路，無需包括Flash與RAM在內的其他輔助芯片，直接在集成度高的電路板上實現語音交互等相關功能，極其適合類似于此項目的小規模產品的開發與生產[3]。在本項目的空氣凈化器中語音說出一級口令“凈化器”，指示燈亮起，繼續說出“開啟”“關閉”二詞即可自動實現開啟和關閉的功能。

（5）風扇模塊：5 V 12 W大功率風扇。當空氣中甲醛或PM2.5濃度高于設定值時，風扇自動反轉，將所吸的空氣通過HEPA高能活性炭吸附過濾網，通過吸附來實現空氣的凈化；直至甲醛或PM2.5濃度低于程序內設的閾值時，風扇停止轉動。

（6）顯示模塊：1602LCD。本項目使用這種點陣型液晶來顯示字母與數字等[4]。它由大量點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。該顯示模塊每一行有16個字符液晶模塊。通過我們的編程，主控芯片利用甲醛和PM2.5模塊收集信號數據，再發送到LCD顯示模塊，模塊可依次顯示實時甲醛濃度、PM2.5，以及自己設置的可控空氣中甲醛濃度、PM2.5含量的范圍并且實時產生變化。

2 性能測試及應用

實際應用中，基于上述方案設計了一個實現顯示當前甲醛濃度、PM2.5，超過設定值自啟動風扇通過過濾網進行吸附并且能夠通過語音控制開關的空氣凈化器。

1、提高對往來賬款管理的重視。為更好地從源頭完善往來賬款的管理環境，應從高層到業務部門全面提高對往來賬款的重視，從制度管理和實際操作中建立完整的管理體系，進行分級、分工操作。建立以公司經理為組長、財務負責人為副組長、相關部門負責人為成員的往來款管理小組，負責全公司往來款管理的考核和督導。基本原則是全公司業務部門以財務部為首，以財務部每月公布的往來款數據為準，按照業務歸口負責的管理制度，進行每月的管理情況通報，并對未能及時完成往來款催繳和清理工作的部門進行績效扣罰。

操作步驟如下。

啟動設備：語音輸入一級口令“凈化器”以及二級口令“開啟”。

顯示屏上顯示實時空氣中的甲醛濃度與PM2.5。

使用烙鐵觸碰潮濕的紙模擬PM2.5的變化。

數值顯示：PM2.5傳感器檢測到PM2.5升高，自啟動開啟風扇，凈化空氣，空氣通過HEPA高效過濾網之后，PM2.5檢測到低于標準值，風扇關閉。

使用油漆產生的甲醛氣體觀察顯示屏上甲醛濃度的變化。

數值顯示：甲醛傳感器檢測到甲醛濃度升高，自啟動開啟風扇，凈化空氣，空氣通過HEPA高效過濾網之后，甲醛濃度檢測到低于標準值，風扇關閉。

關閉設備：語音輸入一級口令“凈化器”以及二級口令“關閉”。

本文為了直觀地顯示檢測甲醛與PM2.5含量的準確度，通過采用試驗中的幾組代表性數據進行測試。測試結果如表1—2所示。

表1 起始甲醛濃度、PM2.5數值與誤差

表2 凈化后甲醛濃度、PM2.5

實驗結果證明用帶煙烙鐵靠近前后和噴油漆前后甲醛濃度、PM2.5有明顯變化，并自啟動風扇轉動，恢復預設濃度以下后再自動關閉，經過市場上已出售的可靠的甲醛含量檢測儀和空氣凈化監測儀檢測，結果完全符合人體健康要求。

本系統具備以下幾個主要性能特點：（1）結構簡單，各個模塊分割合理，易于制作與生產。（2）成本低廉，與市場上昂貴的空氣凈化設備相比，該系統的價格更加親民。（3）功能多樣化，可以實時監測空氣中甲醛、PM2.5濃度，并通過1602液晶屏幕顯示，做到實時查看，實時凈化，具備報警功能。

3 結語

本文介紹了一個自啟動吸附甲醛過濾PM2.5復合型空氣凈化器的設計方案，雖然市場中已經出現很多類似的空氣凈化器，但相比之下此設計方案中自啟動為最大的特色，實現成本更低且加工制造工藝簡單，此方案對于解決現代人忽視空氣質量問題具有積極意義，也十分符合如今注重健康、生活智能的新理念。

[1]何立民.單片機高級教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]謝云輝.基于單片機和GP2Y1010AU粉塵傳感器的空氣質量檢測儀設計[D].合肥：安徽理工大學，2014.

[3]朱楠.基于單片機的語音控制開關設計[D].西安：陜西理工學院，2015.

[4]趙曉安.MCS-51單片機原理及應用[M].天津：天津大學出版社，2001.