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客户成功故事与项目成功案例

车载空气净化器控制板开发


已有研究表明,与城市空气污染程度相比较,车内空气的污染程度更加严重,车内装饰所产生的苯、甲醛等各类有害气体与车内空气混杂在一起,给乘车人的身体健康造成严重的危害。并且,因为车内环境通常是比较潮湿温暖的,这便极易产生非常多的细菌,进一步使车内空气环境恶化,这在影响乘客身心健康的同时,还会使车辆驾驶人员容易产生疲劳,从而造成较大的行车安全隐患。鉴于此,有必要积极采取科学有效的防范措施,对当前主流的车载空气净化器技术展开梳理研究,并且指明将来车载净化器的发展方向。

一、我国车载空气净化器发展背景

根据我国在2013年的空气质量调查统计数据可知,在目前我国经济快速发展的大约70多个重点城市,其中约67个城市的空气污染指数已经超标,超标城市数量所占比例为96%。在这些污染程度严重超标的城市中,主要的空气污染物为PM2.5,随着空气中PH2.5浓度的不断增加,人们因患心肺疾病而导致死亡的几率也大大增加,并且PH2.5还会引发较大范围的雾霾,给人们的身体健康与机体免疫力造成严重的危害。在城市空气环境日益恶化的今天,有越来越多的人选择乘车出行,因此,我国的汽车保有量在近几年呈现逐年递增的趋势。车内皮革类、塑料类装饰物会散发出甲醛、苯等有害有毒物质,尤其对于刚刚购买的新车,车内的甲醛浓度会远远超过使用年限比较久的车。严重的城市空气污染与车内装饰物所产生的污染对车内空气均产生极大的影响,因车载净化器能在很大程度上滤除空气中的甲醛、PH2.5等有害气体,所以其获得了较大的发展与应用,并且因其健康环保的功能与理念,进一步促进了人们对车载空气净化器的市场需求。

二、车载空气净化器主流技术分析

(1)常温甲醛催化氧化技术:常温甲醛催化氧化技术的原理为利用金属碳酸盐或金属硝酸盐等进行氧化沉淀,从而获得金属类氧化物,而在形成的金属类氧化物上负载少量的铕金等贵金属,在常温下,铕金会和甲醛发生催化氧化反应而生产水分、CO2。利用常温甲醛催化氧化技术能够有效地将车内的甲醛气体转化为水分、CO2,并且空气净化效率比较高,净化模块可永久性使用。

(2)静电除尘技术:静电除尘技术的主要工作原理是使高压静电场气体发生电离作用,从而使带有电荷的尘粒逐渐沉积到阳极表面,进而起到净化空气的效果。由于静电型车载空气净化器只能处理车内的细菌、粉尘等空气杂质,而无法有效分解车内的有毒有害化学气体,不能够消除车内的异味,所以要配合其他器材才能够实现较好的车内空气净化效果。并且,在利用静电除尘技术净化车内空气时,当车内悬浮颗粒增加,净化效果会大大降低。

(3)滤网吸附技术:滤网吸附技术的主要原理为利用制成的玻璃纤维材料或者网状结构塑料将空气内的颗粒物节流在其表面,从而起到净化空气的目的,通常比较常用的滤网有活性炭滤网、初效滤网以及HEPA滤网三种。利用滤网吸附技术制成的车载空气净化器能够将车内的细菌、苯、甲醛等有害物质进行有效的清除。然而,因滤网使用寿命有限,且该类型的车载空气净化器的功率一般较小,不具备足够的风机动力,所以不能将车内的空气进行彻底的净化。

(4)臭氧杀菌分解技术:与其他的车载空气净化器空气净化技术相比较,臭氧杀菌分解技术具有非常强的灭菌效果。因为臭氧为强氧化剂,其具有非常强的氧化能力,尤其是对细菌、烟碱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,利用臭氧杀菌分解技术来净化车内空气也存在一定的局限性,因为臭氧属于对人体有害的气体,国家对其使用有非常严格的要求,所以,使用臭氧车载空气净化器的时候要保证车内无人。

(5)负离子技术:负离子带有一定的电荷,其能够使空气中的微小灰尘颗粒聚结在一起形成较大的颗粒而发生沉降,进而起到净化空气的效果。此外,负离子在发生电离的时候还会在空气中产生极少量的臭氧,能够将空气中所混杂的各种微生物与细菌杀死,从而使空气变得更加的新鲜清爽,这对提升人的机体免疫力是非常有利的。利用负离子技术制成的车载空气净化器的净化效果非常显著,但是其也存在明显的弊端,即其浓度较高时会对人体产生一定的副作用,且其对车内空气中的甲醛与VOC等杂质的分解效果不明显。

(6)纳米光触媒技术:纳米光触媒技术是近几年才兴起的一种空气净化技术,利用该技术所制成的车载空气净化器通常也称为紫外光车载空气净化器,其是利用紫外线的照射作用,将车内空气中存在的各种微生物与细菌杀死,以此来起到消毒杀菌的效果。一般而言,紫外光车载空气净化器将纳米光触媒技术、负离子技术等集为一身,其具有杀菌彻底的显著优点。

三、车载空气净化器发展趋势

通过深入调研可知,未来的车载空气净化器的发展趋势主要体现在智能化与互联网化两个方面,具体情况如下:(1)车载空气净化器的智能化。传统的车载空气净化器因受自身硬件条件的制约,其在算法处理以及人机交互能力方面的表现不尽如人意。将来,随着智能硬件的不断进步以及短距离通信技术的逐步普及,人们可以把车载空气净化器的所有数据与手机进行绑定,届时人们使用手机即可对车载空气净化器的各个监测、净化数据进行实施跟踪与控制。而在车载空气净化器的智能化过程中,如何有效实现短距离无线通信技术对交互数据的稳定传输是关键环节。(2)车载空气净化器的互联网化。在将来逐步推进车载空气净化器的智能化的过程中,手机作为互联网产品,其必然会带动车载空气净化器朝着互联网化方向发展。在实现利用互联网手机对车载空气净化器的各个监测数据进行跟踪与控制的功能外,势必会衍生出更为丰富多元化的互联网化服务,比如说,结合车内污染物特征为用户推送空气清洁剂广告等。

随着我国汽车家庭普及率的上升,汽车内尘屑、挥发性有机物以及汽车空调运行从进风口进入的大气污染物对人体影响问题被重视起来。而且汽车内相对封闭,会导致小区域内废气量过高,供氧不足,容易引发驾驶员注意力不能集中、疲倦等现象。长期处于这种环境下,会对人体产生健康威胁。现有的车载空气净化器多为滤网式家用净化器演变而来,这种净化器通常小巧,摆放于车内。这种净化器虽然能有效净化细菌、灰尘等有害物质,但因为体型小巧,所以产品功能少、净化效率低。

四、车载净化器控制系统硬件设计

本设计以STC15W401AS单片机为核心,结合温湿度传感器、臭氧净化器、静电除尘器、负离子净化器和加湿装置,设计了车载空气净化器。硬件部分采用模块设计,采用继电器控制各模块的开启与关闭。系统的结构图如图1所示。

图 1 车载空气净化器系统结构图

该系统采用STC15W401AS单片机,该单片机采用8051内核,它具有2K字节的存储空间,拥有两个独立的串口,拥有高速10位转换器,8通道,高速、可靠。该单片机属于1T单片机,比传统12T单片机快8到12倍。采用该处理器满足低成本、速度快、可靠性好的要求。

4.1电源转化模块

由于STC15W401AS单片机的额定工作电压为3.3V,同时继电器需要5V直流电供电。因此,电源转化模块采用了LM2576,将汽车直流12V电压经LM2576转化为3.3V和5V直流电,经过滤波后分别提供给单片机和继电器使用,如图2所示。

LM2576是常用的稳压芯片,其最大电流可达3A,完全能够推动继电器工作。LM2576能制作出高可靠性的单片机电源。因此通过采用3.3V和5V两个型号的稳压芯片,满足系统的供电需求。

图 2 车载空气净化器电源模块图

4.2温湿度传感器模块

DHT11是一款较常用温湿度检测模块,DHT11在内部集成了控制和校准电路,外部不需要其他任何元件。与此同时,DHT11在精确的湿度校验室进行过校准,在使用中不需要进行校准工作,简化了制作车载空气净化器的使用过程。由此可见DHT11具有非常好的稳定性和可靠性,非常适合此控制系统使用。

DHT11中的DATA脚作为串行总线与单片机通信,为了解决单片机引脚的驱动能力不足的问题,采用4.7k上拉电阻作为补偿。

4.3继电器驱动模块

继电器经SN7404N与单片机的I/O输出相连接,单片机输出指令控制继电器的开合进而控制各个工作模块的开启与关闭。SN7404N的设置起着隔离作用,能够有效保护单片机,防止芯片被意外烧毁。

五、车载空气净化器控制系统软件设计

为了实现对车内空气的更新、净化和除尘的效果,就要让主程序实现换气、臭氧杀菌、负离子和静电除尘循环工作。并且为了满足车内舒适感,需要满足车内人员的自由设置,比如送风的风速、湿度。

空气净化器开机后,等待选择自动模式或手动模式。若选择自动模式后,机器等待人工输入参数,如风速、湿度和温度等要求。等待参数载入后,净化器依据温湿度传感器DHT11采集的数据为依据完成加湿等工作。在进行换气工作时,通过臭氧杀菌模块和静电除尘模块,保证进入车内空气洁净清新。之后在车内空气小循环的过程中,持续执行除尘净化的功能。完成整个工作状态后,对参数进行检查对比,如果参数无更新代表着净化器完成了一开始的预先设置,可以结束整个程序。参数若更新,将重新载入参数,继续执行换气、净化等功能。

如果选择手动模式,那么机器等待使用者的设定,如送风的大小、加湿等的程度,直到使用者关闭,一直维持设定状态。

总结

该车载空气净化器的系统控制设计基于STC15W401AS系列单片机,有着工作稳定、成本低廉的优势。通过多模块配合工作,能够实现对车内空气的更新、净化、除尘、杀菌和加湿功能,有着功能强大的优点,能为车内提供了一个良好的环境。另外,该系统设计人性化,参数由使用者设定,风速、温湿度都可调。有着手动和自动模式可供选择,供使用者自行调节。如果选用自动模式,能够自动完成对车内空气及进入车内的空气进行净化,不但能够减少室外污染气体、细菌等进入车内,还可以实现车内自循环、车内净化。这是多数车载空气净化器所不拥有的功能。该系统通过模块化设计,可以通过增加模块实现更多功能。例如,增加独立电源后可以在汽车熄火后继续工作,通过换气防止夏季汽车车内气温过高引发的火灾问题等。

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