ZR370负离子空气优化系统设计

ZR370负离子空气优化系统设计

李晨旭乔家合赵婷婷叶俊杰高辉张立锋指导老师

宿州学院 机械与电子工程学院   安徽宿州  234000

摘要：为解决传统能源中的不可再生问题，传统能源在利用时，大多通过燃烧，但在燃烧的过程中又会产生不同的气体、烟尘微粒、污染的空气以及排放温室气体等，严重影响了人类的身体健康以及生产生活，为此借助新能源技术为系统提供用电，并进一步通过系统的优化作用，净化循环所处环境的空气。为提高系统对所处环境情况判断的准确性与稳定性，降低误判概率，拟采用空气质量传感器与温度传感器等多传感器结合，通过多个阈值共同分析处理所处环境空气的参数情况，从而提高系统判断以及运作的稳定性与准确性。

关键词：负离子；STM32微处理器；DHT11传感器；光敏电阻传感器；光伏发电

一、项目实施的目的、意义

1、项目实施的目的：

科学的发展以及先进的技术促进了工业迅速发展，而工业给人类生活带来便利的同时，也使得生态环境变得越来越恶劣，对于人类及其生活在地球村的各种各样的生物来说，最为严重的影响就是空气质量的恶化，其中细小的颗粒物、挥发性有机物、二氧化硫、氮氧化物等污染物对生物的健康影响越来越大。

在人们生活的环境中，含有大量的病毒、细菌等多种疾病的诱发因素，它们会对人类免疫系统造成破坏，使得人类的免疫机制减退。同时在相对静止的室内空间，它们可以漂浮存活很长时间。带有负电荷的空气负离子， 能有效中和微生物表面的正电荷，使其丧失活动空间。空气负离子对于人体健康的作用主要在于它能够调控大脑皮层的活动，使其维持在一个相对正常的状态。

鉴于此，本项目组研究设计了一种采用太阳能发电技术进行自动空气优化的系统，该系统主要利用空气负离子来解决早期封闭空间中对人体生命健康造成威胁的微小有害颗粒物，如甲醛等小分子。

本设计通过光敏传感器、温湿度传感器、空气质量传感器等传感器对环境参数进行采集，根据所采集的数据人为设定一个阈值，并根据参数判断是否可以利用太阳能技术来用于维持用电器的正常工作，以及用于电池充电的输入。

同时，我们可以通过控制继电器和负离子发生器对空气进优化，并通过HC-05蓝牙模块进行数据的传输监测与反馈。无需人力，便可以通过系统自动对所处环境的空气质量进行优化提升。

并且，空气负离子即负氧离子，其本身有弱电性，可以吸附空气中的微小污染物或其他带电污染物，致使污染物质量和体积增大，由于重力作用沉降或因体积增大而被拦截。尤其是对于0.01um的微粒和飘尘，如香烟烟尘、油烟、致敏微粒等的凝并和沉降作用效果显著。此外，负离子还具有杀菌、分解某些有害化学物质和挥发性有机化合物VOCs等作用。当空气中的负离子的浓度不低于1000～1500个/cm³时，这样的空气被称为清空气，当负离子浓度超过1000/cm³时，对人体最有利。

2、项目实施的意义：

目前生态环境的急剧变化所带来的一系列负面影响，对生物的生存繁衍造成了极大的危害，伴随着空气污染的加剧，其对生态环境以及人们的生产生活造成重大影响。

随着人们对空气质量要求的不断提高，室内空气中的二氧化氮、甲醛、苯、氡的要求限幅也在大幅的收紧；此外，由于室内空气长期的不流通，以及堆积的各种各样的食品、用品等的腐烂变质，使得空气中弥漫着大量的污染气体，为此，我们将对室内的空气进行净化与循环，这将会使得人们的身体健康得到保障。

室内空气来源一般为新风和室内空气的混合物。新风因室外环境有尘土或者室外气体受环境影响而被污染，室内空气则因室内人的行为而被污染。为了节省能源，设计者往往会选择使用少量的新风，这将直接导致室内空气被污染的程度增加。目前，中央空调系统和市面上的一些净化装置采用的过滤方式通常安装为初效或中效过滤器，只能过滤空气中的较大悬浮颗粒物，不能去除对人体更具危害性的可吸入颗粒物病源微生物和有害气体。对室内空气进行净化处理，在传统初效过滤、中效过滤的基础上增加负离子净化装置，充分发挥空气负离子对可吸入颗粒物、VOCs 等的净化作用，并使得带有一定浓度负离子空气进入室内，以保障良好的室内空气品质。

采用负离子净化，能够避免传统的气体的内循环和不洁净新风与旧空气混合的不健康做法。选用气泵作为动力，将空气通入净化装置的风管内。在风机选用时考虑到气流要风速平稳，低噪音等问题。对于所需风量，通过计算使用房间的面积来确定，换气次数等选取功率适宜的风机。新风进入风管后，经过初效过滤( 如油浸后的细铁丝网) 去除粗大颗粒物，从而延长其后过滤装置的使用寿命。再经过中效过滤( 如无纺布) 去除较大颗粒物，既保护负离子净化 装置，又可以提高对颗粒物的捕捉效率。最后经过负离子净化和活性炭吸附结合的净化处理后，将含有一定浓度负离子的洁净新风通入室内，达到使室内受污染空气得到进一步净化的目的。

同时，随着国家的不断发展以及能源结构的转型升级，可持续发展、绿色发展理念将会成为我们的发展主流。而太阳能技术的投入使用，无疑是践行了这一绿色发展理念，同时也将会影响日后能源的结构占比。由此可见，以太阳能技术为例的新能源技术，将会在日后的空气质量循环净化占有重要的地位，并且随着新能源的应用，我们对于环境的保护将会达到新的层面。

二、项目实施方案

1、项目实施原理概述：

本项目中空气优化所采用的是负离子，它能够有效降低可吸入颗粒物和悬浮菌的浓度、促进VOC的转化，随着空气负离子发生技术日趋成熟，气晕电压得以下降，控制了臭氧的产生，增加了负离子的发生量，使得其对空气净化的效果明显提升，应用范围也迅速扩大，以较低成本的负离子净化作用来达到对室内空气的优化。

电晕放电法制备空气负离子，将高压直流电的负极连接到一根很细的针状导线或者曲率半径非常小的其他导体上，这样就会在电极附近产生强电场从而释放高速电子，其速度足以驱使电子撞击气体分子，进一步电离生成新的自由电子和正离子。新生成的自由电子会重复上一过程，由碰撞电离生成新的空气负离子，这一过程会循环往复多次，形成“电子雪崩”现象。

在电极附近的区域内会均等的分布着 相同电荷的正离子和负离子，由于电荷间的相互作用，带有正电荷的离子会向负极迁移，这样在某一瞬时内局部空间中的负离子会相对过量。由于同性电荷相互排斥作用， 会使空气负离子向周围扩散，从而空气负离子源源不断的从尖端电极释放出来。

2、总体设计：

本系统由STM32F103C8T6单片机作为核心板，由多传感器、蓝牙模块、微型气泵、液晶显示屏、负离子发生器、太阳能电池片及充电板、升压稳压模块等共同组成。

3、项目硬件概述：

在该系统中，可对温度参数进行采集，以此来降低气体分子运动的状态，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

在该系统中，光照强度可作为继电器的控制参数，以此来控制系统的工作状态，其工作原理是基于内光电效应，对环境光强最敏感，一般用来检测周围环境的亮度和光强。模块在无光条件或者光强达不到设定阈值时，D0口输出高电平，当外界环境光强超过设定阈值时，模块D0 输出低电平。小板数字量输出D0 可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光强改变。

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项目名称：ZR370负离子空气优化系统设计