車載空氣凈化器控制板開發(fā)

已有研究表明，與城市空氣污染程度相比較，車內(nèi)空氣的污染程度更加嚴(yán)重，車內(nèi)裝飾所產(chǎn)生的苯、甲醛等各類有害氣體與車內(nèi)空氣混雜在一起，給乘車人的身體健康造成嚴(yán)重的危害。并且，因?yàn)檐噧?nèi)環(huán)境通常是比較潮濕溫暖的，這便極易產(chǎn)生非常多的細(xì)菌，進(jìn)一步使車內(nèi)空氣環(huán)境惡化，這在影響乘客身心健康的同時(shí)，還會(huì)使車輛駕駛?cè)藛T容易產(chǎn)生疲勞，從而造成較大的行車安全隱患。鑒于此，有必要積極采取科學(xué)有效的防范措施，對(duì)當(dāng)前主流的車載空氣凈化器技術(shù)展開梳理研究，并且指明將來(lái)車載凈化器的發(fā)展方向。

一、我國(guó)車載空氣凈化器發(fā)展背景

根據(jù)我國(guó)在2013年的空氣質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，在目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大約70多個(gè)重點(diǎn)城市，其中約67個(gè)城市的空氣污染指數(shù)已經(jīng)超標(biāo)，超標(biāo)城市數(shù)量所占比例為96%。在這些污染程度嚴(yán)重超標(biāo)的城市中，主要的空氣污染物為PM2.5，隨著空氣中PH2.5濃度的不斷增加，人們因患心肺疾病而導(dǎo)致死亡的幾率也大大增加，并且PH2.5還會(huì)引發(fā)較大范圍的霧霾，給人們的身體健康與機(jī)體免疫力造成嚴(yán)重的危害。在城市空氣環(huán)境日益惡化的今天，有越來(lái)越多的人選擇乘車出行，因此，我國(guó)的汽車保有量在近幾年呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。車內(nèi)皮革類、塑料類裝飾物會(huì)散發(fā)出甲醛、苯等有害有毒物質(zhì)，尤其對(duì)于剛剛購(gòu)買的新車，車內(nèi)的甲醛濃度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)使用年限比較久的車。嚴(yán)重的城市空氣污染與車內(nèi)裝飾物所產(chǎn)生的污染對(duì)車內(nèi)空氣均產(chǎn)生極大的影響，因車載凈化器能在很大程度上濾除空氣中的甲醛、PH2.5等有害氣體，所以其獲得了較大的發(fā)展與應(yīng)用，并且因其健康環(huán)保的功能與理念，進(jìn)一步促進(jìn)了人們對(duì)車載空氣凈化器的市場(chǎng)需求。

二、車載空氣凈化器主流技術(shù)分析

（1）常溫甲醛催化氧化技術(shù)：常溫甲醛催化氧化技術(shù)的原理為利用金屬碳酸鹽或金屬硝酸鹽等進(jìn)行氧化沉淀，從而獲得金屬類氧化物，而在形成的金屬類氧化物上負(fù)載少量的銪金等貴金屬，在常溫下，銪金會(huì)和甲醛發(fā)生催化氧化反應(yīng)而生產(chǎn)水分、CO2。利用常溫甲醛催化氧化技術(shù)能夠有效地將車內(nèi)的甲醛氣體轉(zhuǎn)化為水分、CO2，并且空氣凈化效率比較高，凈化模塊可永久性使用。

（2）靜電除塵技術(shù)：靜電除塵技術(shù)的主要工作原理是使高壓靜電場(chǎng)氣體發(fā)生電離作用，從而使帶有電荷的塵粒逐漸沉積到陽(yáng)極表面，進(jìn)而起到凈化空氣的效果。由于靜電型車載空氣凈化器只能處理車內(nèi)的細(xì)菌、粉塵等空氣雜質(zhì)，而無(wú)法有效分解車內(nèi)的有毒有害化學(xué)氣體，不能夠消除車內(nèi)的異味，所以要配合其他器材才能夠?qū)崿F(xiàn)較好的車內(nèi)空氣凈化效果。并且，在利用靜電除塵技術(shù)凈化車內(nèi)空氣時(shí)，當(dāng)車內(nèi)懸浮顆粒增加，凈化效果會(huì)大大降低。

（3）濾網(wǎng)吸附技術(shù)：濾網(wǎng)吸附技術(shù)的主要原理為利用制成的玻璃纖維材料或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)塑料將空氣內(nèi)的顆粒物節(jié)流在其表面，從而起到凈化空氣的目的，通常比較常用的濾網(wǎng)有活性炭濾網(wǎng)、初效濾網(wǎng)以及HEPA濾網(wǎng)三種。利用濾網(wǎng)吸附技術(shù)制成的車載空氣凈化器能夠?qū)④噧?nèi)的細(xì)菌、苯、甲醛等有害物質(zhì)進(jìn)行有效的清除。然而，因?yàn)V網(wǎng)使用壽命有限，且該類型的車載空氣凈化器的功率一般較小，不具備足夠的風(fēng)機(jī)動(dòng)力，所以不能將車內(nèi)的空氣進(jìn)行徹底的凈化。

（4）臭氧殺菌分解技術(shù)：與其他的車載空氣凈化器空氣凈化技術(shù)相比較，臭氧殺菌分解技術(shù)具有非常強(qiáng)的滅菌效果。因?yàn)槌粞鯙閺?qiáng)氧化劑，其具有非常強(qiáng)的氧化能力，尤其是對(duì)細(xì)菌、煙堿以及胺的氧化效果非常突出。此外，臭氧也可以氧化分解苯、VOC等。然而，利用臭氧殺菌分解技術(shù)來(lái)凈化車內(nèi)空氣也存在一定的局限性，因?yàn)槌粞鯇儆趯?duì)人體有害的氣體，國(guó)家對(duì)其使用有非常嚴(yán)格的要求，所以，使用臭氧車載空氣凈化器的時(shí)候要保證車內(nèi)無(wú)人。

（5）負(fù)離子技術(shù)：負(fù)離子帶有一定的電荷，其能夠使空氣中的微小灰塵顆粒聚結(jié)在一起形成較大的顆粒而發(fā)生沉降，進(jìn)而起到凈化空氣的效果。此外，負(fù)離子在發(fā)生電離的時(shí)候還會(huì)在空氣中產(chǎn)生極少量的臭氧，能夠?qū)⒖諝庵兴祀s的各種微生物與細(xì)菌殺死，從而使空氣變得更加的新鮮清爽，這對(duì)提升人的機(jī)體免疫力是非常有利的。利用負(fù)離子技術(shù)制成的車載空氣凈化器的凈化效果非常顯著，但是其也存在明顯的弊端，即其濃度較高時(shí)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的副作用，且其對(duì)車內(nèi)空氣中的甲醛與VOC等雜質(zhì)的分解效果不明顯。

（6）納米光觸媒技術(shù)：納米光觸媒技術(shù)是近幾年才興起的一種空氣凈化技術(shù)，利用該技術(shù)所制成的車載空氣凈化器通常也稱為紫外光車載空氣凈化器，其是利用紫外線的照射作用，將車內(nèi)空氣中存在的各種微生物與細(xì)菌殺死，以此來(lái)起到消毒殺菌的效果。一般而言，紫外光車載空氣凈化器將納米光觸媒技術(shù)、負(fù)離子技術(shù)等集為一身，其具有殺菌徹底的顯著優(yōu)點(diǎn)。

三、車載空氣凈化器發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)深入調(diào)研可知，未來(lái)的車載空氣凈化器的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在智能化與互聯(lián)網(wǎng)化兩個(gè)方面，具體情況如下：

（1）車載空氣凈化器的智能化。傳統(tǒng)的車載空氣凈化器因受自身硬件條件的制約，其在算法處理以及人機(jī)交互能力方面的表現(xiàn)不盡如人意。將來(lái)，隨著智能硬件的不斷進(jìn)步以及短距離通信技術(shù)的逐步普及，人們可以把車載空氣凈化器的所有數(shù)據(jù)與手機(jī)進(jìn)行綁定，屆時(shí)人們使用手機(jī)即可對(duì)車載空氣凈化器的各個(gè)監(jiān)測(cè)、凈化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施跟蹤與控制。而在車載空氣凈化器的智能化過(guò)程中，如何有效實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線通信技術(shù)對(duì)交互數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（2）車載空氣凈化器的互聯(lián)網(wǎng)化。在將來(lái)逐步推進(jìn)車載空氣凈化器的智能化的過(guò)程中，手機(jī)作為互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，其必然會(huì)帶動(dòng)車載空氣凈化器朝著互聯(lián)網(wǎng)化方向發(fā)展。在實(shí)現(xiàn)利用互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)對(duì)車載空氣凈化器的各個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤與控制的功能外，勢(shì)必會(huì)衍生出更為豐富多元化的互聯(lián)網(wǎng)化服務(wù)，比如說(shuō)，結(jié)合車內(nèi)污染物特征為用戶推送空氣清潔劑廣告等。

隨著我國(guó)汽車家庭普及率的上升，汽車內(nèi)塵屑、揮發(fā)性有機(jī)物以及汽車空調(diào)運(yùn)行從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的大氣污染物對(duì)人體影響問(wèn)題被重視起來(lái)。而且汽車內(nèi)相對(duì)封閉，會(huì)導(dǎo)致小區(qū)域內(nèi)廢氣量過(guò)高，供氧不足，容易引發(fā)駕駛員注意力不能集中、疲倦等現(xiàn)象。長(zhǎng)期處于這種環(huán)境下，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生健康威脅。現(xiàn)有的車載空氣凈化器多為濾網(wǎng)式家用凈化器演變而來(lái)，這種凈化器通常小巧，擺放于車內(nèi)。這種凈化器雖然能有效凈化細(xì)菌、灰塵等有害物質(zhì)，但因?yàn)轶w型小巧，所以產(chǎn)品功能少、凈化效率低。

四、車載凈化器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以STC15W401AS單片機(jī)為核心，結(jié)合溫濕度傳感器、臭氧凈化器、靜電除塵器、負(fù)離子凈化器和加濕裝置，設(shè)計(jì)了車載空氣凈化器。硬件部分采用模塊設(shè)計(jì)，采用繼電器控制各模塊的開啟與關(guān)閉。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

該系統(tǒng)采用STC15W401AS單片機(jī)，該單片機(jī)采用8051內(nèi)核，它具有2K字節(jié)的存儲(chǔ)空間，擁有兩個(gè)獨(dú)立的串口，擁有高速10位轉(zhuǎn)換器，8通道，高速、可靠。該單片機(jī)屬于1T單片機(jī)，比傳統(tǒng)12T單片機(jī)快8到12倍。采用該處理器滿足低成本、速度快、可靠性好的要求。

4.1電源轉(zhuǎn)化模塊

由于STC15W401AS單片機(jī)的額定工作電壓為3.3V，同時(shí)繼電器需要5V直流電供電。因此，電源轉(zhuǎn)化模塊采用了LM2576，將汽車直流12V電壓經(jīng)LM2576轉(zhuǎn)化為3.3V和5V直流電，經(jīng)過(guò)濾波后分別提供給單片機(jī)和繼電器使用，如圖2所示。

LM2576是常用的穩(wěn)壓芯片，其最大電流可達(dá)3A，完全能夠推動(dòng)繼電器工作。LM2576能制作出高可靠性的單片機(jī)電源。因此通過(guò)采用3.3V和5V兩個(gè)型號(hào)的穩(wěn)壓芯片，滿足系統(tǒng)的供電需求。

4.2溫濕度傳感器模塊

DHT11是一款較常用溫濕度檢測(cè)模塊，DHT11在內(nèi)部集成了控制和校準(zhǔn)電路，外部不需要其他任何元件。與此同時(shí)，DHT11在精確的濕度校驗(yàn)室進(jìn)行過(guò)校準(zhǔn)，在使用中不需要進(jìn)行校準(zhǔn)工作，簡(jiǎn)化了制作車載空氣凈化器的使用過(guò)程。由此可見(jiàn)DHT11具有非常好的穩(wěn)定性和可靠性，非常適合此控制系統(tǒng)使用。

DHT11中的DATA腳作為串行總線與單片機(jī)通信，為了解決單片機(jī)引腳的驅(qū)動(dòng)能力不足的問(wèn)題，采用4.7k上拉電阻作為補(bǔ)償。

4.3繼電器驅(qū)動(dòng)模塊

繼電器經(jīng)SN7404N與單片機(jī)的I/O輸出相連接，單片機(jī)輸出指令控制繼電器的開合進(jìn)而控制各個(gè)工作模塊的開啟與關(guān)閉。SN7404N的設(shè)置起著隔離作用，能夠有效保護(hù)單片機(jī)，防止芯片被意外燒毀。

五、車載空氣凈化器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)車內(nèi)空氣的更新、凈化和除塵的效果，就要讓主程序?qū)崿F(xiàn)換氣、臭氧殺菌、負(fù)離子和靜電除塵循環(huán)工作。并且為了滿足車內(nèi)舒適感，需要滿足車內(nèi)人員的自由設(shè)置，比如送風(fēng)的風(fēng)速、濕度。

空氣凈化器開機(jī)后，等待選擇自動(dòng)模式或手動(dòng)模式。若選擇自動(dòng)模式后，機(jī)器等待人工輸入?yún)?shù)，如風(fēng)速、濕度和溫度等要求。等待參數(shù)載入后，凈化器依據(jù)溫濕度傳感器DHT11采集的數(shù)據(jù)為依據(jù)完成加濕等工作。在進(jìn)行換氣工作時(shí)，通過(guò)臭氧殺菌模塊和靜電除塵模塊，保證進(jìn)入車內(nèi)空氣潔凈清新。之后在車內(nèi)空氣小循環(huán)的過(guò)程中，持續(xù)執(zhí)行除塵凈化的功能。完成整個(gè)工作狀態(tài)后，對(duì)參數(shù)進(jìn)行檢查對(duì)比，如果參數(shù)無(wú)更新代表著凈化器完成了一開始的預(yù)先設(shè)置，可以結(jié)束整個(gè)程序。參數(shù)若更新，將重新載入?yún)?shù)，繼續(xù)執(zhí)行換氣、凈化等功能。

如果選擇手動(dòng)模式，那么機(jī)器等待使用者的設(shè)定，如送風(fēng)的大小、加濕等的程度，直到使用者關(guān)閉，一直維持設(shè)定狀態(tài)。

總結(jié)

該車載空氣凈化器的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)基于STC15W401AS系列單片機(jī)，有著工作穩(wěn)定、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)多模塊配合工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車內(nèi)空氣的更新、凈化、除塵、殺菌和加濕功能，有著功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，能為車內(nèi)提供了一個(gè)良好的環(huán)境。另外，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)人性化，參數(shù)由使用者設(shè)定，風(fēng)速、溫濕度都可調(diào)。有著手動(dòng)和自動(dòng)模式可供選擇，供使用者自行調(diào)節(jié)。如果選用自動(dòng)模式，能夠自動(dòng)完成對(duì)車內(nèi)空氣及進(jìn)入車內(nèi)的空氣進(jìn)行凈化，不但能夠減少室外污染氣體、細(xì)菌等進(jìn)入車內(nèi)，還可以實(shí)現(xiàn)車內(nèi)自循環(huán)、車內(nèi)凈化。這是多數(shù)車載空氣凈化器所不擁有的功能。該系統(tǒng)通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，可以通過(guò)增加模塊實(shí)現(xiàn)更多功能。例如，增加獨(dú)立電源后可以在汽車熄火后繼續(xù)工作，通過(guò)換氣防止夏季汽車車內(nèi)氣溫過(guò)高引發(fā)的火災(zāi)問(wèn)題等。

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