汽车内空气质量检测与净化系统设计范文

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《电子技术杂志》2016年第9期

摘要：

文章基于汽车内空气污染背景下设计了一款车载空气检测与净化装置。该系统以STC89C52单片机为控制核心，采用模块化设计思想，系统根据QS-01空气质量传感器对有害气体浓度的精确测量，通过采用HEPA前过滤网、活性炭、光触媒等对车内空气进行净化。试验测试结果表明，该系统能够准确测试车内有害气体浓度，并能有效净化。

关键词：

QS-01空气质量传感器；AD7705模数转换器；负离子发生器；蓝牙传输；GSM通信

引言

随着空气污染问题的加重，设计开发环保低碳的车载空气净化设备已经成为汽车用品行业的一个趋势。长时间待在车内的驾乘者通常会有不同程度的疲倦感和昏昏欲睡的感觉，究其原因，主要是由车内空气缺少流通，氧气不足，废气含量过高引起，因此，车载空气净化器应运而生，本文正是基于车内空气污染背景下设计了一款车载空气检测与净化装置。

1系统设计

1.1系统总体框图

综合考虑现有的各种空气检测与净化方案，我们决定以STC89C52为控制核心，设计了一种汽车内空气质量检测与净化系统。本系统以STC89C52单片机为控制核心，采用模块化设计思想，由控制模块、报警模块、传感器模块、A/D转换模块、空气净化模块、短信发送GSM模块、蓝牙无线传输模块和LED12864液晶显示等模块组成。系统采用QS-01空气质量传感器对有害气体浓度进行精确测量，通过16位∑-△A/D转换器AD7705实现对数据的精确处理，利用LED12864液晶将所测数据呈现出来，最后通过蓝牙传输功能将所测数据以及空气质量状况传输到基于安卓的平板电脑上，并利用GSM模块将空气质量指标发送到目标手机上。系统组成框图如图1所示。

1.2硬件部分设计

1.2.1空气质量检测模块

空气质量检测模块我们采用的QS—01空气质量传感器是一种二氧化锡半导体气体传感器，对各种空气污染源有较高的灵敏度，并具有疾速响应的特点，它的振动频率是100cmp，振动的垂直高度是4nm，二氧化锡是其感应部位。在传感器收集到数据后，会经过由AD7705组成的模数转换模块，进行模拟信号的数字化处理，此A/D转换芯片由缓冲器、增益可编程放大器、∑-△调节器、可编程数字滤波器等组成，能够直接将传感器检测到的微弱小信号进行A/D转换，它具有高分辨率，宽动态范围，自动校准，优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，适合于空气质量测试中微机信号处理的需要。A/D模块电路连接如下图所示。

1.2.2空气净化模块

空气净化模块采用物理净化与化学净化相结合的方式，在鼓风机的带动下能够最大程度的加快空气流动速度，并且达到姣好的净化效果。

（1）物理净化部分

采用多层滤网设计。第一层采用初效过滤网，能够有效的阻挡大颗粒灰尘、毛发等污染物；第二层采用HEPA过滤网，用来除去PM2.5、尘螨、粉尘等较大颗粒物；第三层为活性炭过滤层，能够有效地吸附甲苯、二甲苯等污染物；最后一层为光触媒层，能够在紫外线的照射下产生强烈催化降解作用，从而降解了空气中有毒有害的气体并且能够有效的杀灭多种细菌。

（2）化学净化部分

在单片机的驱动下，采用全新的负离子发生器，发射头使用不锈钢针连接到一个排式发射极上，能够更大程度的使负离子均匀发射到空气中，克服传统负离子发生器只具有单一普通碳纤维发射头易沾灰尘且负离子释放量少的缺点。

1.2.3无线通信模块GSM模块

将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。本文使用52单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令将汽车内的空气质量全部发送到指定的手机上。

1.2.4无线传输蓝牙模块

蓝牙是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。利用“蓝牙”技术能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，使数据传输变得更加迅速高效，其数据速率为1Mbps，采用时分双工传输方案实现全双工传输。核心模块使用HC-06模块。接口电平3.3V，可以直接连接单片机，无需MAX232，配对以后当全双工串口使用。通过此模块可方便的将测量数据传送给平板电脑，避免了传统需有线传输的缺陷。

2系统测试使用万用电压表

直流电源专用空气质量测试仪对该空气质量检测与净化系统进行测试。测得在不同温度下的误差如表1所示：在最佳工作温度下测得不同汽车内系统的测试误差如表2所示：在最佳工作温度下测得不同汽车内系统的测试误差如表2所示：对比验测得净化前后有害气体浓度，发现该系统能够较好的完成轿车内的空气质量检测与净化任务。

3结束语

本文从现有汽车内空气质量问题之处入手，设计了一套汽车内空气质量检测与净化系统。该系统能够通过QS-01模块获取空气质量信息，其精度达到秒级小数点后三位，从而可以精确判断其具体污染程度；采用循环检测模式，及时检测处理有害气体，当车内空气污染度超标时，装置自动开启报警模块，提醒用户开窗通风，流通车内空气；采用HEPA前过滤网、活性炭、光触媒等简单易操作装置吸收空气中有害气体，并且加入负离子发生器产生具有杀菌作用的活性负氧离子，最终清新车内空气，使用户健康出行。并为下一步车载检测净化系统的研究奠定了技术基础和理论基础。

参考文献：

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[4]王骐,何嘉斌.单片机控制GSM模块实现短信收发的软件设计[J].单片机与嵌入式系统应用.2005(01).

[5]李莉，一种蓝牙无线传感器网络的实现[J]，微计算机信息，2006(2):246-248.

作者:代凌云 孙百慧 兰艳慧 苟金华 单位:曲阜师范大学信息科学与工程学院