基于激光型pm2.5传感器的空气净化器设计

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1、基于激光型PM2.5传感器的空气净化器设计　　摘要：从激光型PM2.5传感器的特性入手，根据环境中PM2.5浓度的标准值设计一款激光型PM2.5传感器空气净化器。以STM32系列芯片为主控芯片，利用激光型PM2.5传感器对环境中的PM2.5浓度进行实时采集，根据采集到的PM2.5的浓度，自动调节电机转速，从而带动指定环境空气对流，使空气通过专用的PM2.5滤网，从而达到过滤环境中PM2.5含量的目的。与此同时将空气质量信息以及其他一些辅助信息显示在机身自带的液晶屏上，用户可通过蓝牙利用移动终端上的App进行空气质量的实时监控与净化等级的调节。从

2、而简单、可靠地净化了空气中的可吸入微颗粒物，得到了良好的净化效果。　　关键词：激光型PM2.5传感器；STM32；PWM；无刷直流电机　　中图分类号：TN108+.5文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）11-00-04　　0引言　　近些年伴随着现代科技的发展和工业化进程，环境污染的问题愈发严重。而一项新的污染指标――“PM2.5”逐渐引起人们的重视，即空气中直径小于等于2.58m的颗粒物。这种往往被忽视的颗粒物也正因其粒径小，面积大，活性强，更易附带有毒、有害物质如重金属、微生物等特性，在大气中的停留时间长、输送距离远，从而对

3、大气质量造成了很大的影响[1]。同时这些微颗粒物对人体的危害极大，并且PM2.5也广泛存在于我们日常生活的室内环境中。因此必须寻找一种有效的方式，从技术入手，检测某指定环境下PM2.5的浓度指标，并在浓度超过预定阈值时及时反馈至用户随身携带的电子设备，同时允许用户通过蓝牙远程控制电机以有效降低PM2.5的浓度，从而解除某指定环境中PM2.5浓度过高带来的威胁。传统的空气净化器多采用红外线传感器，无法灵敏及时地采集空气中PM2.5的浓度值。但随着激光技术的发展，激光型传感器也普遍应用于各个领域。同样，把激光型PM2.5传感器应用于空气净化器领域，

4、我们将更加准确及时地了解到当前环境中PM2.5的浓度参数。同时我们还可将温湿度传感器等加入该设计中，使采集到的信息更加多样化，也使得产品更加人性化。　　1设计方案　　本文所述产品主要实现的功能有如下几项：　　（1）激光型PM2.5传感器对环境中的PM2.5浓度进行实时采集，让用户能及时了解到净化器所在环境中的微颗粒物污染情况。　　（2）根据采集到的PM2.5的浓度，自动调节电机转速，带动空气对流以过滤PM2.5，从而实现空气的智能净化。　　（3）将空气质量信息及其他一些辅助信息显示在机身自带的液晶屏上，用户可以直观地了解到环境中PM2.5的浓度

5、、温度以及湿度信息。　　（4）蓝牙模块与移动终端进行信息互传，实现空气质量的显示并通过移动终端控制空气净化器。8　　本文所述产品选用高性价比的STM32系列芯片为主控芯片实现本设计的功能。因要求设计基于激光型PM2.5传感器的空气净化器，因此不考虑传统的红外传感器。虽然两种传感器同样都利用光散射的原理，但由于激光型传感器采用频谱窄、能量强的激光作为光源，所以灵敏度更高，所设计出的产品采集到的数据也更加准确、及时，能够满足当前要求[2]。同样由于工作重心在于硬件功能，蓝牙模块仅用于无线数据传输，将工作量更多的投入在硬件功能的设计方面，因此选择HC

6、-06蓝牙模块以避免复杂的栈协议带来庞大的工作量。而在电机的选择上，虽然交流电的电源条件容易满足，但交流电源难以控制，能耗大。在考虑到用户的维护成本时，有刷电机的缺点显而易见，虽然成本相对无刷电机低廉很多，但能耗大、机械损耗大不可忽视。通过多方面考虑，最终选用无刷直流电机。其硬件系统设计框图如图1所示。　　2硬件设计　　2.1主控芯片　　本设计采用STM32F103C8T6芯片作为主芯片，该芯片的工作频率最高可达72MHz，RAM容量为20K×8，高达20K字节的SRAM。同时，该芯片含有睡眠、停机和待机这三种低功耗模式，其VBAT为RTC和后

7、备寄存器供电，更加符合节能低功耗的要求。该芯片可兼容USB、USART和CAN等多种串行通讯方式。而且其工作电压为2.0V～3.6V，在电路上容易实现，且价格便宜合理。　　2.2PM2.5传感器　　本设计采用激光型PM2.5传感器――CP15-A31e。CP15-A31的输入电压为5V，输出信号的电压为3.3V。8　　由于现在激光传感器已大量投入使用，国内许多厂家也开始生产激光传感器，因此其成本已大大降低。经初步查阅，将本设计采用的国产激光型PM2.5传感器范围锁定在攀腾科技的PMSX、武汉四方的PM2005和益杉科技的CP15-A3这三种低能

8、耗传感器中。这三种激光型传感器工作室电流均小于120mA。在精度方面，CP15-A3的精度为±5%，远高于PM2005和PMSX的±15%。而且在成本