电子焊接烟雾吸滤处理装置

■ 江苏省兴化中学 朱石明 傅澄朋 陈柏传

使用电烙铁进行电子焊接是电子爱好者的一项必备技能，但焊接时经常会产生一些烟雾，其中不仅含有松香、重金属氧化物、异氰酸盐、硫化物等固体颗粒，还有乙醛、气化松香酸、氮氧化物、碳氢化合物等刺激性气体。

焊接时产生的烟雾对身体危害很大，如果不做任何防护，长期吸入这种烟雾，可能引起头晕、咳嗽、胸闷、气短等症状，不仅损害操作者的肺通气功能，严重时还会导致中毒或尘肺病。

为解决以上问题，曾有人发明了电子焊接吸烟仪。目前市面上的电子焊接吸烟仪有两种处理烟雾的方式，一种是吸烟后直接将其排放到室外，另一种是吸烟后对烟气进行净化。后者相对于前者来说更环保，但带净化装置的吸烟仪在工作过程中噪声较大，且多数不具备自动控制功能，使用不便。

我们想设计一款智能烟雾吸滤处理装置，当检测到有电子焊接的烟雾时会自动开启风扇，主动吸收、净化烟雾。当烟雾浓度降低后，风扇自动停止转动。如果加上液晶屏，它还能监测人们居住环境的PM2.5。

一、设计方案

首先需要一个能检测焊接时产生有害气体的传感器，通过程序设计，当有害气体的浓度达到一定值时，启动继电器，自动控制风扇工作。通过专用过滤芯片拦截固体颗粒，并用活性炭去除有害气体，再将空气排出。

PM2.5颗粒物传感器可以获取单位体积内空气中悬浮颗粒物的数量及质量，并以数字接口形式输出，具有零错误报警率、实时响应、数据准确、最小分辨粒直径0.3um等特点，所以，本装置选用了性价比极好的颗粒物传感器。

二、准备材料

Arduino单片机开源主板1块，日本夏普GP2Y1014AU0F光学颗粒物传感器1个，可吸附有毒气体的活性炭颗粒3包，PM2.5口罩专用过滤片10片，面包板1块，150Ω的电阻1个，220uF的电容1个，6pin连接线1根等。

三、设计原理

电子焊接烟雾吸滤处理装置使用夏普GP2Y1014AU0F光学颗粒物传感器，由该传感器检测焊接烟雾的浓度，当单片机判断颗粒物浓度值过高时，通过继电器打开风扇、净化空气；当颗粒物浓度降低时，关闭风扇。

为提升测量效果，应在传感器内置的红外发光二极管的供电端即传感器1号脚处，添加一个150Ω的电阻和一个220uF的电容。电容另一端接地，电阻另一端与单片机5V电压相连，以提供稳定的光源参考基准。

四、组装调试

使用12V/0.65A、15W的轴流风扇。为防止风扇卷入较大的物体而造成堵转，我们制作了风扇金属防护网，用台式电脑电源盒的外壳进行改装，并固定金属防护网。再根据风扇的尺寸，用激光切割蓝色透明亚克力板，并将其组装成一个正方形的出风孔洞。将PM2.5过滤片、活性炭吸附层依次安装在出风通道内，并用热熔胶固定、密封，如图1。

再根据电路原理图，接好与开源单片机及面包板的相关连接线，如图2，并向Arduino单片机上传编程代码。

接通电源后，由颗粒物传感器读入光强数据，再由单片机计算出颗粒物的浓度。这时，可从与Arduino单片机连接的电脑中，通过对串口的监测直接查看当前的颗粒物浓度数值，再通过判断语句控制继电器的闭、合，从而控制风扇的工作状态。

经过测试，电子焊接时，PM2.5的浓度会大于200ug/m3，所以设置颗粒物浓度数值大于150ug/m3时开启风扇，小于等于150ug/m3时关闭风扇。

Arduino单片机接收十六进制的数据后，将其转换成十进制数据，通过数据处理，得到当前空气的颗粒物浓度。在焊接过程中，颗粒物浓度值升高，单片机比较后再从数字脚3提供风扇的开启信号。

图1

图2

五、美化改进

颗粒物传感器被固定在轴流风扇的上方，为了方便进行电子焊接操作，我们在颗粒物传感器的下方设计了一个电烙件固定支架座，并在操作平台中安装了一个带放大镜支架的磁吸式万向夹具和方便电路板平放的磁吸固板夹具，它们都可在下方的铁板上自由移动。

万向夹具上的两只鳄鱼夹便于连接两根导线间的焊接操作，在装置右侧隔板上设计了除锡钢丝盒及焊接用松香的放置空间。

图3 实物图

该装置只需接通12V的直流电源，便可检测空气中焊接烟雾的浓度。当单片机检测出颗粒物浓度值过高时，就会通过控制继电器打开轴流风扇、净化空气；当颗粒物浓度降低时，则会自动关闭轴流风扇，可避免电烙铁因空烧造成的气体逸散问题。

本装置既可以实现自动控制，又可通过开关手动控制轴流风扇的启、停，低碳环保，方便电子爱好者们使用。