便携式绿色呼吸PM2.5检测净化一体机的设计

威海海洋职业学院 王华超 孙婷婷

威海市水产学校 王丽红

便携式绿色呼吸PM2.5检测净化一体机的设计

威海海洋职业学院 王华超 孙婷婷

威海市水产学校 王丽红

目前大气颗粒物已经成为我国大气污染的主要污染物，尤其以PM2．5对于大气环境的影响和人体健康的危害最大。本文以AT89C51单片机为核心，充分调研市场上主要的空气净化技术，采用HEPA网过滤PM2．5颗粒，在检测环境的pm2．5的基础上，可去除空气中的颗粒物，包括过敏原、室内的PM2．5等空气污染问题，为我们的健康保驾护航。

PM2．5；HEPA；检测；空气净化

0 引言

2015年4月22日清华大学发布首个室内Pm2.5公益调研报告显示，由于人处在室内时间更长，从日均累积水平看，室内吸入的PM2.5是室外吸入量的4倍，相对比室外，室内PM2.5污染对人的影响更显著。现代人约有70%-90%的时间处于室内，室内空气质量对人体健康的影响很有必要关注。

随着雾霾天气的肆虐[1]，我们有理由且必要的做一些措施来注意我们身边空气的PM2.5，而本设计这是基于这点，应用所学的知识，制作一个经济，简单，实用的多功能绿色呼吸PM2.5检测净化一体机。

1 系统硬件设计方案

PM2.5检测净化一体机的原理图如图1所示，以AT89C51单片机为核心，包含LCD显示模块、温度检测、HEPA过滤、粉尘传感器、A/D转换、按键电路、报警电路、污染级别提醒电路，在检测环境的pm2.5的基础上，可去除空气中的颗粒物，包括过敏原、室内的PM2.5等空气污染问题，同时可实时显示周围的环境温度，超越温度界限值会自动报警。

1.1 数据处理模块

数据处理模块主要由AT89C51单片机组成。由该单片机连接并控制其余模块工作。PM2.5采集模块发送信号给单片机，单片机完成数据处理，并发送信号给LCD模块和报警模块、Pm2.5滤除模块，实现整个系统的检测净化预警等功能。

图1 PM2.5检测净化一体机的设计方案

1.2 PM2.5滤除模块HEPA的选用

调研市场主流的空气净化器的外观、原理、价位等，通过调研发现，市场上主要常用的空气净化技术有：低温非对称等离子体空气净化技术、吸附技术、负离子技术、负氧离子技术、分子络合技术、光触媒技术、HEPA高效过滤技术、静电集尘技术、活性氧技术等； 可以用于适合DIY空气净化器的过滤装置有三种，分别是紫外线过滤器、活性炭和HEPA网。其中紫外线过滤器只针对细菌，而且效果并不理想；活性炭善于过滤的的是有机的碳基杂物，对颗粒污染无效；HEPA网则可以过滤PM2.5甚至更小的颗粒污染，因此DIY空气净化器首选的过滤装置是HEPA网。它对微粒的捕捉能力较强，孔径微小，吸附容量大，净化效率高，并具备吸水性，针对0.3微米的粒子净化率为99.97%，作为本系统的重要材料。

1.3 数据采集模块-灰尘传感器GP2Y1010AU

日本夏普公司灰尘传感器GP2Y1010AU[3]，体积小巧，灵敏度高，可以用来测量0.8微米以上的微小粒子，可用于室内环境中烟气、粉尘、花粉等浓度的检测。此款产品不但可以检测出单位体积粒子的绝对个数，而且内置气流发生器，可以自行吸入外部空气。灰尘传感器GP2Y1010AU安装保养方便，使用寿命长，精度高，稳定性好。其内部对角安放着红外线发光二极管和光电晶体管，使得其能够探测到空气中尘埃反射光，即使非常细小的如烟草烟雾颗粒也能够被检测到，通常在空气净化系统中应用。

1.4 数据显示模块

系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路。

1.5 温度检测模块

温度检测模块选用DS18B20温度传感器，能够通过编程方式实现9-12位的数字温度直读，测温范围为-55～125。C，满足本设计的需要。

2 系统软件设计方案

图2 系统工作流程图

按复位键后，可以根据通过按键S4修改当前的报警值，灰尘传感器根据当前环境采集的信号值，通过单片机处理，为了增强可读性，以LCD1602显示屏显示当前的pm2.5的浓度值和警报值；如果当前环境的pm2.5的浓度超过75ug/m3,将根据浓度值，100以下启动低速的HEPA过滤，100-150ug/m3启动中速的HEPA过滤，对于200ug/m3以上启用高速的HEPA过滤。同时可以实时显示室内的温度，非常方便。

3 生活常用场景数据测试

表1 生活常用场景数据测试

图3 PM2.5检测净化整机

由于测试地点位于海边城市荣成，环境比较好，污染指数低，所以测试效果好，相对于越小平米的房间内净化效果越好。

4 结束语

本 文 介 绍 了基于AT89C51单片机、灰尘传感器GP2Y1010AU、LCD液晶显示、HEPA过滤网、蜂鸣器开发的PM2.5检测净化系统的软硬件设计，是一种价格低廉、体积小、携带方便、便于使用的PM2.5检测净化一体机，实现了对PM2.5的检测、显示、预警、净化，为我们健康保驾护航。

[1]刘宏斌．我国PM2．5的现状与防治对策[J]．武汉:湖北经济学院学报,2012．

[2]王幸之,钟爱琴．AT89系列单片机原理与接口技术[M]．北京:北京航空航天大学出版社,2004．

[3]夏普粉尘传感器GP2Y1010AU0F使用说明[S]．

[4]王啸东．一种新型PM2．5检测仪的设计[J]．电气时代,2014(4): 82-84．

At present，the atmospheric particulate matter has become the main pollutants of air pollution，especially the impact of PM2.5 on atmospheric environment and human health.This paper takes AT89C51 microcontroller as the core technology of air purifcation full investigation on the market，using the HEPA flter PM2.5 particles，based on the detection of environmental PM2.5 on the removal of particles in the air，allergens，indoor PM2.5 air pollution problems，for our health escort.

PM2.5；HEPA；detection；air purifcation

王华超（1975—），男，大学本科，讲师，研究方向：机电一体化技术。