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，因為車內(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，還會使車輛駕駛?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，并且指明將來車載凈化器的發(fā)展方向。

一、我國車載空氣凈化器發(fā)展背景

根據(jù)我國在2013年的空氣質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，在目前我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大約70多個重點城市，其中約67個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，有越來越多的人選擇乘車出行，因此，我國的汽車保有量在近幾年呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。車內(nèi)皮革類、塑料類裝飾物會散發(fā)出甲醛、苯等有害有毒物質(zhì)，尤其對于剛剛購買的新車，車內(nèi)的甲醛濃度會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過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)了人們對車載空氣凈化器的市場需求。

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，當(dāng)車內(nèi)懸浮顆粒增加，凈化效果會大大降低。

（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，因濾網(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。因為臭氧為強(qiáng)氧化劑，其具有非常強(qiáng)的氧化能力，尤其是對細(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)來凈化車內(nèi)空氣也存在一定的局限性，因為臭氧屬于對人體有害的氣體，國家對其使用有非常嚴(yán)格的要求，所以，使用臭氧車載空氣凈化器的時候要保證車內(nèi)無人。

（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)生電離的時候還會在空氣中產(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，即其濃度較高時會對人體產(chǎn)生一定的副作用，且其對車內(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。

三、車載空氣凈化器發(fā)展趨勢

通過深入調(diào)研可知，未來的車載空氣凈化器的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在智能化與互聯(lián)網(wǎng)化兩個方面，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，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，屆時人們使用手機(jī)即可對車載空氣凈化器的各個監(jiān)測、凈化數(shù)據(jù)進(jìn)行實施跟蹤與控制。而在車載空氣凈化器的智能化過程中，如何有效實現(xiàn)短距離無線通信技術(shù)對交互數(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。在將來逐步推進(jìn)車載空氣凈化器的智能化的過程中，手機(jī)作為互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，其必然會帶動車載空氣凈化器朝著互聯(lián)網(wǎng)化方向發(fā)展。在實現(xiàn)利用互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)對車載空氣凈化器的各個監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤與控制的功能外，勢必會衍生出更為豐富多元化的互聯(lián)網(wǎng)化服務(wù)，比如說，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)運行從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的大氣污染物對人體影響問題被重視起來。而且汽車內(nèi)相對封閉，會導(dǎo)致小區(qū)域內(nèi)廢氣量過高，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。長期處于這種環(huán)境下，會對人體產(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，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)，但因為體型小巧，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

本設(shè)計以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)計了車載空氣凈化器。硬件部分采用模塊設(shè)計，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)的存儲空間，擁有兩個獨立的串口，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。因此通過采用3.3V和5V兩個型號的穩(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，DHT11在精確的濕度校驗室進(jìn)行過校準(zhǔn)，在使用中不需要進(jìn)行校準(zhǔn)工作，簡化了制作車載空氣凈化器的使用過程。由此可見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)動能力不足的問題，采用4.7k上拉電阻作為補(bǔ)償。

4.3繼電器驅(qū)動模塊

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

為了實現(xiàn)對車內(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，等待選擇自動模式或手動模式。若選擇自動模式后，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，通過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)的過程中，持續(xù)執(zhí)行除塵凈化的功能。完成整個工作狀態(tài)后，對參數(shù)進(jìn)行檢查對比，如果參數(shù)無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)計基于STC15W401AS系列單片機(jī)，有著工作穩(wěn)定、成本低廉的優(yōu)勢。通過多模塊配合工作，能夠?qū)崿F(xiàn)對車內(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，能為車內(nèi)提供了一個良好的環(huán)境。另外，該系統(tǒng)設(shè)計人性化，參數(shù)由使用者設(shè)定，風(fēng)速、溫濕度都可調(diào)。有著手動和自動模式可供選擇，供使用者自行調(diào)節(jié)。如果選用自動模式，能夠自動完成對車內(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)通過模塊化設(shè)計，可以通過增加模塊實現(xiàn)更多功能。例如，增加獨立電源后可以在汽車熄火后繼續(xù)工作，通過換氣防止夏季汽車車內(nèi)氣溫過高引發(fā)的火災(zāi)問題等。

以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的車載空氣凈化器開發(fā)示例。如果您有車載凈化器控制板設(shè)計需求，可以放心交給我們。我們代理多種單片機(jī)、語音芯片、雙模藍(lán)牙IC、wifi芯片。品牌有松翰單片機(jī)、應(yīng)廣單片機(jī)、杰理藍(lán)牙、安凱藍(lán)牙、全志、瑞昱（realtek）。我們的技術(shù)服務(wù)范圍有：PCB設(shè)計、單片機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙方案、軟硬件定制開發(fā)、APP開發(fā)、小程序開發(fā)、微信公眾號開發(fā)等。還可以承接智能電子產(chǎn)品方案設(shè)計、生活電器開發(fā)、美容儀器研發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用、智能家居控制系統(tǒng)、TWS耳機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童益智玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品方案設(shè)計等。