電子焊接煙霧吸濾處理裝置

朱石明 傅澄朋 陳柏傳

使用電烙鐵進行電子焊接是電子愛好者的一項必備技能，但焊接時經(jīng)常會產(chǎn)生一些煙霧，其中不僅含有松香、重金屬氧化物、異氰酸鹽、硫化物等固體顆粒，還有乙醛、氣化松香酸、氮氧化物、碳氫化合物等刺激性氣體。

焊接時產(chǎn)生的煙霧對身體危害很大，如果不做任何防護，長期吸入這種煙霧，可能引起頭暈、咳嗽、胸悶、氣短等癥狀，不僅損害操作者的肺通氣功能，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致中毒或塵肺病。

為解決以上問題，曾有人發(fā)明了電子焊接吸煙儀。目前市面上的電子焊接吸煙儀有兩種處理煙霧的方式，一種是吸煙后直接將其排放到室外，另一種是吸煙后對煙氣進行凈化。后者相對于前者來說更環(huán)保，但帶凈化裝置的吸煙儀在工作過程中噪聲較大，且多數(shù)不具備自動控制功能，使用不便。

我們想設(shè)計一款智能煙霧吸濾處理裝置，當(dāng)檢測到有電子焊接的煙霧時會自動開啟風(fēng)扇，主動吸收、凈化煙霧。當(dāng)煙霧濃度降低后，風(fēng)扇自動停止轉(zhuǎn)動。如果加上液晶屏，它還能監(jiān)測人們居住環(huán)境的PM2.5。

一、設(shè)計方案

首先需要一個能檢測焊接時產(chǎn)生有害氣體的傳感器，通過程序設(shè)計，當(dāng)有害氣體的濃度達到一定值時，啟動繼電器，自動控制風(fēng)扇工作。通過專用過濾芯片攔截固體顆粒，并用活性炭去除有害氣體，再將空氣排出。

PM2.5顆粒物傳感器可以獲取單位體積內(nèi)空氣中懸浮顆粒物的數(shù)量及質(zhì)量，并以數(shù)字接口形式輸出，具有零錯誤報警率、實時響應(yīng)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、最小分辨粒直徑0.3um等特點，所以，本裝置選用了性價比極好的顆粒物傳感器。

二、準(zhǔn)備材料

Arduino單片機開源主板1塊，日本夏普GP2Y1014AU0F光學(xué)顆粒物傳感器1個，可吸附有毒氣體的活性炭顆粒3包，PM2.5口罩專用過濾片10片，面包板1塊，150Ω的電阻1個，220uF的電容1個，6pin連接線1根等。

三、設(shè)計原理

電子焊接煙霧吸濾處理裝置使用夏普GP2Y1014AU0F光學(xué)顆粒物傳感器，由該傳感器檢測焊接煙霧的濃度，當(dāng)單片機判斷顆粒物濃度值過高時，通過繼電器打開風(fēng)扇、凈化空氣;當(dāng)顆粒物濃度降低時，關(guān)閉風(fēng)扇。

為提升測量效果，應(yīng)在傳感器內(nèi)置的紅外發(fā)光二極管的供電端即傳感器1號腳處，添加一個150Ω的電阻和一個220uF的電容。電容另一端接地，電阻另一端與單片機5V電壓相連，以提供穩(wěn)定的光源參考基準(zhǔn)。

四、組裝調(diào)試

使用12V/0.65A、15W的軸流風(fēng)扇。為防止風(fēng)扇卷入較大的物體而造成堵轉(zhuǎn)，我們制作了風(fēng)扇金屬防護網(wǎng)，用臺式電腦電源盒的外殼進行改裝，并固定金屬防護網(wǎng)。再根據(jù)風(fēng)扇的尺寸，用激光切割藍色透明亞克力板，并將其組裝成一個正方形的出風(fēng)孔洞。將PM2.5過濾片、活性炭吸附層依次安裝在出風(fēng)通道內(nèi)，并用熱熔膠固定、密封，如圖1。

再根據(jù)電路原理圖，接好與開源單片機及面包板的相關(guān)連接線，如圖2，并向Arduino單片機上傳編程代碼。

接通電源后，由顆粒物傳感器讀入光強數(shù)據(jù)，再由單片機計算出顆粒物的濃度。這時，可從與Arduino單片機連接的電腦中，通過對串口的監(jiān)測直接查看當(dāng)前的顆粒物濃度數(shù)值，再通過判斷語句控制繼電器的閉、合，從而控制風(fēng)扇的工作狀態(tài)。

經(jīng)過測試，電子焊接時，PM2.5的濃度會大于200ug/m3，所以設(shè)置顆粒物濃度數(shù)值大于150ug/m3時開啟風(fēng)扇，小于等于150ug/m3時關(guān)閉風(fēng)扇。

Arduino單片機接收十六進制的數(shù)據(jù)后，將其轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，得到當(dāng)前空氣的顆粒物濃度。在焊接過程中，顆粒物濃度值升高，單片機比較后再從數(shù)字腳3提供風(fēng)扇的開啟信號。

五、美化改進

顆粒物傳感器被固定在軸流風(fēng)扇的上方，為了方便進行電子焊接操作，我們在顆粒物傳感器的下方設(shè)計了一個電烙件固定支架座，并在操作平臺中安裝了一個帶放大鏡支架的磁吸式萬向夾具和方便電路板平放的磁吸固板夾具，它們都可在下方的鐵板上自由移動。

萬向夾具上的兩只鱷魚夾便于連接兩根導(dǎo)線間的焊接操作，在裝置右側(cè)隔板上設(shè)計了除錫鋼絲盒及焊接用松香的放置空間。

該裝置只需接通12V的直流電源，便可檢測空氣中焊接煙霧的濃度。當(dāng)單片機檢測出顆粒物濃度值過高時，就會通過控制繼電器打開軸流風(fēng)扇、凈化空氣;當(dāng)顆粒物濃度降低時，則會自動關(guān)閉軸流風(fēng)扇，可避免電烙鐵因空燒造成的氣體逸散問題。

本裝置既可以實現(xiàn)自動控制，又可通過開關(guān)手動控制軸流風(fēng)扇的啟、停，低碳環(huán)保，方便電子愛好者們使用。