基于單片機(jī)技術(shù)的太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王正優(yōu)，趙建川，黃菊香，蔡鵬霄，劉 鮮，楊 澳

（貴州師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與大數(shù)據(jù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018）

0 引言

騎行車(chē)輛離不開(kāi)保護(hù)人們頭部安全的頭盔，現(xiàn)有騎行頭盔分為全罩式與半罩式兩種。半罩式頭盔雖然透氣性強(qiáng)，但是不能過(guò)濾空氣中對(duì)人體有害的粉塵及細(xì)菌，且安全性低；全罩式頭盔相較于半罩式安全性變高，但是也存在頭盔內(nèi)部的空氣流通性變差，且空氣沒(méi)有進(jìn)行過(guò)濾等不足。本文因此將改善上述頭盔的不足及對(duì)綠色可再生能源的利用作為研發(fā)的主方向。太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔是一款集太陽(yáng)能供電、電源管理、頭盔內(nèi)部溫度檢測(cè)、主動(dòng)式進(jìn)氣、空氣過(guò)濾為一體的多功能全面罩騎行頭盔，在保護(hù)頭部的同時(shí)還能過(guò)濾空氣中的有害物質(zhì)[1-2]。

1 太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔的原理

太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔的原理設(shè)計(jì)[3]由供電管理以及降溫處理兩大部分組成。光伏發(fā)電板、電源管理電路、蓄電池構(gòu)成充電管理模塊。光伏發(fā)電板將光能轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存在蓄電池中，電源管理電路給降溫處理系統(tǒng)供電；降溫處理系統(tǒng)以STC系列芯片為主控，溫度傳感器塊將檢測(cè)到的頭盔內(nèi)部溫度與設(shè)定的溫度對(duì)比，當(dāng)達(dá)到開(kāi)啟降溫處理的條件時(shí)開(kāi)啟風(fēng)扇，增加空氣流動(dòng)性，以達(dá)到主動(dòng)進(jìn)氣及降低溫度的效果，同時(shí)頭盔內(nèi)部的溫度通過(guò)OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示。太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔原理如圖1所示。

2 太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔的硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的電源電路[4]由光伏發(fā)電板、BQ2057充電管理芯片、PNP三極管、電池、電阻、LED等元器件組成。光伏發(fā)電板將光能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)對(duì)綠色能源的有效利用。通過(guò)BQ2057以及外電路構(gòu)成電源充電管理電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電管理；蓄電池電力不足時(shí)開(kāi)啟充電模式，當(dāng)蓄電池充滿(mǎn)電后自行結(jié)束充電模式。電源電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 電源電路設(shè)計(jì)

2.2 主動(dòng)換氣控制電路設(shè)計(jì)

本換氣控制電路利用DS18B20檢測(cè)頭盔內(nèi)部溫度，當(dāng)檢測(cè)到頭盔內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇P1、P2，將外界空氣由換氣罩側(cè)部的換氣孔抽入換氣罩內(nèi)，經(jīng)濾棉活性炭過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后，再由風(fēng)扇的出風(fēng)口導(dǎo)出，然后進(jìn)入頭盔本體內(nèi)腔空氣。主動(dòng)換氣控制電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 主動(dòng)換氣控制電路設(shè)計(jì)

3 太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔包括基礎(chǔ)組件和換氣組件。

基礎(chǔ)組件包括頭盔本體和護(hù)目鏡，頭盔本體上開(kāi)設(shè)有觀察口，護(hù)目鏡鉸接在所述觀察口外側(cè)。換氣組件包括太陽(yáng)能軟板、蓄電池、溫控開(kāi)關(guān)、換氣罩、活性炭過(guò)濾網(wǎng)、固定架和風(fēng)扇；頭盔本體側(cè)部貫穿開(kāi)設(shè)有開(kāi)口，換氣罩固定在開(kāi)口外側(cè)；換氣罩側(cè)部貫穿開(kāi)設(shè)有換氣孔，活性炭過(guò)濾網(wǎng)和固定架固定在換氣罩內(nèi)腔，風(fēng)扇安裝在固定架上。

整個(gè)系統(tǒng)利用活性炭過(guò)濾網(wǎng)與換氣孔和外界進(jìn)行空氣交換。在換氣過(guò)程中，利用活性炭濾網(wǎng)層吸附汽車(chē)廢氣中的有機(jī)揮發(fā)物以及過(guò)濾空氣中對(duì)人體有害的粉塵及細(xì)菌，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部搭微型風(fēng)扇，在對(duì)吸入空氣進(jìn)行凈化的同時(shí)能夠增大頭盔內(nèi)部空氣流通量。太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能主動(dòng)式空氣過(guò)濾頭盔可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)頭盔內(nèi)部進(jìn)行空氣交換，在空氣交換的過(guò)程中還能過(guò)濾粉塵，同時(shí)將太陽(yáng)光儲(chǔ)存起來(lái)作為蓄電裝置，這樣既達(dá)到環(huán)保低碳的效果又能很好地保障人們的健康和安全，從而更有利于人們的出行，所以本文的研究將有很好的實(shí)用意義和前景。