Desarrollo del tablero de control del purificador de aire del automóvil

2020-08-03 15:59:18 fandoukeji

Los estudios han demostrado que, en comparación con el grado de contaminación del aire urbano, la contaminación del aire en el automóvil es más grave: el benceno, el formaldehído y otros gases nocivos producidos por el interior del automóvil se mezclan con el aire del automóvil, lo que puede causar el cuerpo de los pasajeros. Graves daños a la salud. Además, debido a que el ambiente en el automóvil generalmente es húmedo y cálido, es fácil producir muchas bacterias, lo que deteriora aún más el ambiente del aire en el automóvil, lo que afecta la salud física y mental de los pasajeros, y también hace que los conductores del vehículo sean propensos a la fatiga. Esto causará mayores riesgos de seguridad en la conducción. En vista de esto, es necesario tomar activamente medidas preventivas científicas y efectivas, clasificar la tecnología actual de purificadores de aire para automóviles y señalar la dirección de desarrollo futuro de los purificadores de aire para automóviles.


1. Los antecedentes del desarrollo del purificador de aire para automóviles de China

Según las estadísticas de la encuesta de calidad del aire de China en 2013, en el rápido desarrollo económico actual de más de 70 ciudades clave en China, el índice de contaminación del aire de aproximadamente 67 ciudades ha excedido el estándar, y el número de ciudades que exceden el estándar representa el 96%. En estas ciudades con niveles de contaminación graves, el principal contaminante del aire es PM2.5. A medida que la concentración de PH2.5 en el aire continúa aumentando, la probabilidad de muerte por enfermedades cardiopulmonares también ha aumentado considerablemente, y el PH2.5 También causará una gran variedad de smog, lo que causará graves daños a la salud y la inmunidad de las personas. Hoy en día, cuando el ambiente aéreo urbano se está deteriorando, cada vez más personas eligen viajar en automóvil, por lo tanto, el número de automóviles en China ha mostrado una tendencia creciente en los últimos años. Las decoraciones de cuero y plástico en el automóvil emiten sustancias nocivas y tóxicas como el formaldehído y el benceno.Especialmente para un automóvil nuevo que se acaba de comprar, la concentración de formaldehído en el automóvil superará con creces la de un automóvil con una larga vida útil. La contaminación severa del aire urbano y la contaminación causada por las decoraciones del automóvil tienen un gran impacto en el aire del automóvil, ya que el purificador del automóvil puede filtrar gases nocivos como formaldehído y PH2.5 en el aire en gran medida, por lo que Ha obtenido un mayor desarrollo y aplicación, y debido a sus funciones y conceptos de protección de la salud y el medio ambiente, ha promovido aún más la demanda del mercado de purificadores de aire para automóviles.


2. Análisis de la tecnología principal del purificador de aire del automóvil

(1) Tecnología de oxidación catalítica de formaldehído a temperatura normal: El principio de la tecnología de oxidación catalítica de formaldehído a temperatura normal es utilizar carbonato metálico o nitrato metálico para la oxidación y precipitación para obtener óxidos metálicos, y se carga una pequeña cantidad de óxidos metálicos en los óxidos metálicos formados. Para metales preciosos como Europium Gold, a temperatura ambiente, Europium Gold sufrirá una reacción de oxidación catalítica con formaldehído para producir humedad y CO2. El uso de la tecnología de oxidación catalítica de formaldehído a temperatura ambiente puede convertir efectivamente el gas de formaldehído en el automóvil en humedad y CO2, y la eficiencia de purificación del aire es relativamente alta, y el módulo de purificación puede usarse de forma permanente.


(2) Tecnología de eliminación de polvo electrostático: el principio de funcionamiento principal de la tecnología de eliminación de polvo electrostático es ionizar el gas de campo electrostático de alto voltaje, de modo que las partículas de polvo cargadas se depositen gradualmente en la superficie del ánodo, purificando así el aire. Dado que el purificador de aire electrostático del automóvil solo puede tratar las impurezas del aire, como las bacterias y el polvo en el automóvil, no puede descomponer efectivamente los gases químicos tóxicos y dañinos en el automóvil, y no puede eliminar el olor peculiar en el automóvil, por lo que se puede realizar mejor con otros equipos El efecto de purificación del aire en el automóvil. Además, cuando se utiliza la tecnología de eliminación de polvo electrostático para purificar el aire en el automóvil, cuando aumentan las partículas suspendidas en el automóvil, el efecto de purificación se reducirá considerablemente.


(3) Tecnología de adsorción de filtro: El principio principal de la tecnología de adsorción de filtro es utilizar el material de fibra de vidrio o plástico de estructura de malla para estrangular el material particulado en el aire en su superficie, a fin de purificar el aire. Hay tres tipos de filtros: filtro de carbón activado, filtro de efecto primario y filtro HEPA. El purificador de aire a bordo hecho con tecnología de adsorción de filtro puede eliminar eficazmente sustancias nocivas como bacterias, benceno y formaldehído en el automóvil. Sin embargo, debido a la vida útil limitada del filtro, y la potencia de este tipo de purificador de aire a bordo es generalmente pequeña, no tiene suficiente potencia del ventilador, por lo que el aire en el automóvil no puede purificarse completamente.


(4) Tecnología de esterilización y descomposición de ozono: en comparación con otras tecnologías de purificación de aire de purificadores de aire montados en vehículos, la tecnología de esterilización y descomposición de ozono tiene un efecto de esterilización muy fuerte. Debido a que el ozono es un oxidante fuerte, tiene una capacidad oxidante muy fuerte, especialmente para bacterias, nicotina y aminas. Además, el ozono también puede descomponer oxidativamente benceno y VOC. Sin embargo, el uso de la tecnología de esterilización y descomposición del ozono para purificar el aire en el automóvil también tiene ciertas limitaciones. Debido a que el ozono es un gas nocivo para el cuerpo humano, el país tiene requisitos muy estrictos para su uso. Por lo tanto, al usar purificadores de aire para automóviles con ozono, debe asegurarse Nadie en el auto.


(5) Tecnología de iones negativos: los iones negativos llevan una cierta carga eléctrica, lo que puede hacer que pequeñas partículas de polvo en el aire se unan para formar partículas más grandes y sedimentar, purificando así el aire. Además, los iones negativos también producirán una cantidad muy pequeña de ozono en el aire cuando se ionizan, lo que puede matar todo tipo de microorganismos y bacterias mezclados en el aire, de modo que el aire se vuelve más fresco y refrescante, lo que es bueno para mejorar el cuerpo humano. La inmunidad es muy beneficiosa. El efecto de purificación del purificador de aire del automóvil hecho por la tecnología de iones negativos es muy significativo, pero también tiene inconvenientes obvios, es decir, tendrá ciertos efectos secundarios en el cuerpo humano cuando su concentración sea alta, y afectará el formaldehído y los VOC en el aire del automóvil. El efecto de descomposición de las impurezas no es obvio.


(6) Tecnología de fotocatalizador nano: la tecnología de fotocatalizador nano es una tecnología de purificación de aire que solo ha surgido en los últimos años. Los purificadores de aire para automóviles fabricados con esta tecnología generalmente también se denominan purificadores de aire ultravioleta para automóviles, que utilizan luz ultravioleta. La irradiación matará todo tipo de microorganismos y bacterias en el aire del automóvil, para lograr el efecto de desinfección y esterilización. En términos generales, el purificador de aire para automóviles con luz ultravioleta integra la tecnología de nano-fotocatalizadores y la tecnología de iones negativos en una, lo que tiene la ventaja obvia de una esterilización completa.


En tercer lugar, la tendencia de desarrollo de los purificadores de aire para automóviles.

A través de una investigación en profundidad, podemos ver que la tendencia de desarrollo futuro de los purificadores de aire para automóviles se refleja principalmente en dos aspectos de la inteligencia e Internet. Las condiciones específicas son las siguientes: (1) Purificadores de aire inteligentes para automóviles. Debido a las limitaciones de sus propias condiciones de hardware, los purificadores de aire de automóviles tradicionales no funcionan satisfactoriamente en términos de procesamiento de algoritmos y capacidades de interacción humano-computadora. En el futuro, con el progreso continuo del hardware inteligente y la popularización gradual de la tecnología de comunicación a corta distancia, las personas pueden vincular todos los datos del purificador de aire del automóvil con el teléfono móvil, y luego pueden usar el teléfono móvil para monitorear y purificar el purificador de aire del automóvil. Implementación de datos de seguimiento y control. En el proceso del purificador de aire inteligente para vehículos, la forma de lograr una transmisión estable de datos interactivos mediante la tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance es un enlace clave. (2) Internetización de purificadores de aire de automóviles. En el proceso de avanzar gradualmente en la inteligencia de los purificadores de aire para automóviles en el futuro, los teléfonos móviles, como productos de Internet, inevitablemente impulsarán el desarrollo de purificadores de aire para automóviles hacia Internet. Además de realizar la función de usar teléfonos móviles de Internet para rastrear y controlar los diversos datos de monitoreo del purificador de aire del automóvil, seguramente obtendrá un servicio de Internet más rico y diversificado, por ejemplo, combinando las características de los contaminantes en el automóvil para proporcionar a los usuarios aire limpio. Agente de publicidad, etc.


Con el aumento en la tasa de penetración de los hogares de automóviles en China, se ha prestado más atención al impacto del polvo, los compuestos orgánicos volátiles en los automóviles y los contaminantes del aire provenientes de la toma de aire de las operaciones de aire acondicionado en el cuerpo humano. Además, el interior relativamente cerrado del automóvil generará gases de escape excesivos en un área pequeña y un suministro insuficiente de oxígeno, lo que fácilmente causará que el conductor pierda concentración y fatiga. La exposición a largo plazo a dicho entorno representará una amenaza para la salud del cuerpo humano. La mayoría de los purificadores de aire para automóviles existentes han evolucionado a partir de purificadores domésticos de tipo filtro, que generalmente son compactos y se colocan en el automóvil. Aunque este tipo de purificador puede purificar eficazmente sustancias nocivas como bacterias y polvo, pero debido a su pequeño tamaño, el producto tiene pocas funciones y baja eficiencia de purificación.


Cuarto, el diseño de hardware del sistema de control de purificador montado en el vehículo.

Este diseño se basa en el microordenador de un solo chip STC15W401AS, combinado con sensores de temperatura y humedad, purificadores de ozono, precipitadores electrostáticos, purificadores de iones negativos y humidificadores para diseñar un purificador de aire para automóviles. La parte de hardware adopta un diseño modular, y los relés se utilizan para controlar la apertura y el cierre de cada módulo. El diagrama de estructura del sistema se muestra en la Figura 1.


图 1 车载空气净化器系统结构图

El sistema utiliza un microordenador de un solo chip STC15W401AS, el microordenador de un solo chip utiliza un núcleo 8051, tiene 2K bytes de espacio de almacenamiento, tiene dos puertos seriales independientes, tiene un convertidor de 10 bits de alta velocidad, 8 canales, alta velocidad y confiable. Este chip único es un chip único de 1T, de 8 a 12 veces más rápido que el chip único tradicional de 12T. El procesador cumple con los requisitos de bajo costo, alta velocidad y buena confiabilidad.


4.1 Módulo de conversión de energía


Dado que el voltaje de funcionamiento nominal del microcontrolador STC15W401AS es de 3.3V, el relé necesita una fuente de alimentación de 5V DC. Por lo tanto, el módulo de conversión de energía utiliza el LM2576, que convierte el voltaje de CC de 12 V del automóvil en 3,3 V y 5 V CC a través del LM2576, y los proporciona al microcontrolador y al relé después del filtrado, como se muestra en la Figura 2.


LM2576 es un chip regulador de voltaje de uso común, su corriente máxima puede alcanzar 3A, lo que puede empujar completamente el relé para que funcione. LM2576 puede producir una fuente de alimentación de un solo chip altamente confiable. Por lo tanto, al adoptar dos modelos de chips reguladores de voltaje de 3.3V y 5V, se cumplen los requisitos de alimentación del sistema.


图 2 车载空气净化器电源模块图

4.2 Módulo sensor de temperatura y humedad


DHT11 es un módulo de detección de temperatura y humedad de uso común. DHT11 integra circuitos de control y calibración internamente, y no requiere ningún componente externo. Al mismo tiempo, DHT11 se ha calibrado en una sala de calibración de humedad precisa, y no hay necesidad de calibrar durante el uso, lo que simplifica el proceso de fabricación de un purificador de aire para automóviles. Esto muestra que DHT11 tiene muy buena estabilidad y fiabilidad, muy adecuado para este sistema de control.


El pin DATA en DHT11 se usa como un bus serie para comunicarse con el microordenador de un solo chip. Para resolver el problema de la capacidad de accionamiento insuficiente de los pines de un solo chip, se utiliza una resistencia pull-up de 4.7k como compensación.


4.3 Módulo de accionamiento de relé


El relé está conectado con la salida de E / S del microordenador de un solo chip a través de SN7404N, y el comando de salida de un solo chip controla la apertura y el cierre del relé y luego controla la apertura y el cierre de cada módulo de trabajo. La configuración de SN7404N desempeña un papel de aislamiento, que puede proteger eficazmente el microcontrolador y evitar que el chip se queme accidentalmente.


5. Diseño de software del sistema de control del purificador de aire del vehículo.

Para lograr el efecto de renovación, purificación y eliminación de polvo del aire en el automóvil, es necesario permitir que el programa principal realice la circulación de ventilación, esterilización con ozono, iones negativos y eliminación de polvo electrostático. Y para satisfacer la comodidad del automóvil, es necesario satisfacer las configuraciones libres de las personas en el automóvil, como la velocidad del viento y la humedad del suministro de aire.


Después de encender el purificador de aire, espere a que se seleccione el modo automático o manual. Si se selecciona el modo automático, la máquina espera la entrada manual de parámetros, como los requisitos de velocidad del viento, humedad y temperatura. Después de esperar a que se carguen los parámetros, el purificador completa la humidificación y otras tareas en función de los datos recopilados por el sensor de temperatura y humedad DHT11. Durante el trabajo de ventilación, el módulo de esterilización con ozono y el módulo de eliminación de polvo electrostático aseguran que el aire que ingresa al automóvil esté limpio y fresco. Posteriormente, en el proceso de pequeña circulación de aire en el automóvil, la función de eliminación de polvo y purificación se realiza continuamente. Después de completar todo el estado de funcionamiento, verifique y compare los parámetros. Si los parámetros no se actualizan, significa que el purificador ha completado la configuración inicial predeterminada y que todo el programa puede finalizar. Si se actualizan los parámetros, los parámetros se volverán a cargar y continuarán funciones como la ventilación y la purificación.


Si se selecciona el modo manual, la máquina espera la configuración del usuario, como el tamaño del suministro de aire, el grado de humidificación, etc., hasta que el usuario lo cierra y mantiene el estado de configuración.


para resumir


El diseño de control del sistema de este purificador de aire para automóvil se basa en el microordenador de un solo chip de la serie STC15W401AS, que tiene las ventajas de un funcionamiento estable y bajo costo. A través de la cooperación de múltiples módulos, se pueden realizar las funciones de actualización, purificación, eliminación de polvo, esterilización y humidificación del aire en el automóvil. Tiene las ventajas de funciones potentes y puede proporcionar un buen ambiente para el automóvil. Además, el sistema está diseñado para ser fácil de usar, los parámetros son establecidos por el usuario y la velocidad del viento, la temperatura y la humedad son ajustables. Hay modos manuales y automáticos para elegir, para que los usuarios se ajusten por sí mismos. Si se selecciona el modo automático, el aire en el automóvil y el aire que ingresa al automóvil se pueden purificar automáticamente, lo que no solo puede reducir la entrada de gases contaminantes y bacterias al aire libre en el automóvil, sino también realizar la auto circulación y la purificación del automóvil. Esta es una función que la mayoría de los purificadores de aire de automóviles no tienen. El sistema adopta un diseño modular y puede realizar más funciones agregando módulos. Por ejemplo, después de agregar una fuente de alimentación independiente, puede continuar trabajando después de apagar el automóvil y evitar problemas de incendio causados por las altas temperaturas en el automóvil en verano a través de la ventilación.