CN109974158A - 车载式负离子空气净化器 - Google Patents

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马斌
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Abstract

本发明公开了一种车载式负离子空气净化器，包括电源分立供电电路、主控电路、PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、电池充放电电路、按键电路、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机，所述主控电路分别与所述PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机连接，所述电池充放电电路与所述电源分立供电电路连接，所述电源分立供电电路分别与所述主控电路、PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机连接。本发明能改善车内空气质量、实用性较强、操作较为简单、可靠性较高、适用于绝大部分的汽车。

Description

车载式负离子空气净化器
技术领域
本发明涉及空气净化器领域，特别涉及一种车载式负离子空气净化器。
背景技术
随着汽车工业的发展、人们生活水平的提高，小汽车也逐渐走进家家户户。而汽车生产商为了把汽车内部装饰的更加美观大气，往往采用聚丙烯、PVC、聚氨酯等化工品生产的内饰部件装饰汽车，但这些化工产品散发出来的细颗粒物、有机挥发物、VOC(甲醛、甲苯、苯等)则直接造成车内空气污染，而汽车内部为密闭空间缺乏过滤装置的车内空气质量则会进一步恶化。中国科协委员会检测报告指出：中国有超过90％的汽车车内空气质量污染程度都超过了国家标准，改善车内空气质量形势严峻。如果人长时间待在空气被污染的车内，会使人出现呼吸困难、恶心、呕吐等症状，严重的话还会有癌变发生的危险。改善车内空气环境迫在眉睫。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能改善车内空气质量、实用性较强、操作较为简单、可靠性较高、适用于绝大部分的汽车的车载式负离子空气净化器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车载式负离子空气净化器，包括电源分立供电电路、主控电路、PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、电池充放电电路、按键电路、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机，所述主控电路分别与所述PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机连接，所述电池充放电电路与所述电源分立供电电路连接，所述电源分立供电电路分别与所述主控电路、PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机连接。
在本发明所述的车载式负离子空气净化器中，所述主控电路包括微处理器，所述微处理器采用STM32F103C8T6芯片。
在本发明所述的车载式负离子空气净化器中，所述电池充放电电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第五电阻、线性电池管理芯片、第一二极管、第二二极管、第一三极管、第八电阻、第三电容、第十电阻、第三发光二极管和第四发光二极管，所述第一电阻的一端分别与5V电源、第二电阻的一端、第一二极管的阳极和第一三极管的基极连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一电容的一端、第二电阻的另一端和线性电池管理芯片的第八引脚和第四引脚连接，所述第一电容的另一端接地，所述线性电池管理芯片的第二引脚通过所述第五电阻接地，所述线性电池管理芯片的第三引脚接地，所述第一二极管的阴极分别与所述第二二极管的阴极、第一三极管的发射极和3.7V电源连接，所述第二二极管的阳极分别与所述线性电池管理芯片的第五引脚、第八电阻的一端和第一三极管的集电极连接，所述第八电阻的另一端分别与所述第三电容的一端和微处理器的第四十三引脚连接，所述第三电容的另一端接地，所述第十电阻的一端与所述5V电源连接，所述第十电阻的另一端分别与所述第三发光二极管的阳极和第四发光二极管的阳极连接，所述第三发光二极管的阴极与分别与所述线性电池管理芯片的第七引脚和微处理器的第四十二引脚连接，所述第四发光二极管的阴极与所述线性电池管理芯片的第六引脚连接。
在本发明所述的车载式负离子空气净化器中，所述电源分立供电电路包括第三电感、DC/DC升压芯片、第六二极管和DC/DC降压芯片，所述第三电感的一端与所述3.7V电源连接，所述第三电感的另一端分别与所述DC/DC降压芯片的输入引脚和第六二极管的阳极连接，所述DC/DC降压芯片的输出引脚分别与所述第六二极管的阴极、5V电源和DC/DC降压芯片的输入引脚连接，所述DC/DC降压芯片的输出引脚与3.3V电源连接。
在本发明所述的车载式负离子空气净化器中，所述蓝牙模块驱动电路包括蓝牙通讯模块，所述蓝牙通讯模块的第十二引脚与所述微处理器的第四十一引脚连接，所述蓝牙通讯模块的第十四引脚与所述微处理器的第三十引脚连接，所述蓝牙通讯模块的第十五引脚与所述微处理器的第三十一引脚连接。
实施本发明的车载式负离子空气净化器，具有以下有益效果：由于设有电源分立供电电路、主控电路、PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、电池充放电电路、按键电路、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机，系统根据空气质量状况驱动抽风机过滤空气细微颗粒、启动负离子发生器驱动电路增加空气中负离子浓度，从而改善空气质量，并且在LCD液晶显示屏上实时显示监测的PM2.5、PM10、甲醛的浓度值，还能通过手机蓝牙，操作APP对该车载式负离子空气净化器进行控制及在APP上显示监测到的数据值，因此本发明能改善车内空气质量、实用性较强、操作较为简单、可靠性较高、适用于绝大部分的汽车。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明车载式负离子空气净化器一个实施例中的结构示意图；
图2为所述实施例中主控电路的电路原理图；
图3为所述实施例中电池充放电电路的电路原理图；
图4为所述实施例中外设供电电路的电路原理图；
图5为所述实施例中电源分立供电电路的电路原理图；
图6为所述实施例中蓝牙模块驱动电路的电路原理图；
图7为所述实施例中车载式负离子空气净化器的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明车载式负离子空气净化器实施例中，该车载式负离子空气净化器的结构示意图如图1所示。图1中，该车载式负离子空气净化器包括电源分立供电电路1、主控电路2、PM2.5传感器3、甲醛传感器4、LCD液晶显示屏5、电池充放电电路6、按键电路7、负离子发生器驱动电路8、蓝牙模块驱动电路9和抽风机10，其中，主控电路2分别与PM2.5传感器3、甲醛传感器4、LCD液晶显示屏5、负离子发生器驱动电路8、蓝牙模块驱动电路9和抽风机10连接，电池充放电电路6与电源分立供电电路1连接，电源分立供电电路1分别与主控电路2、PM2.5传感器3、甲醛传感器4、LCD液晶显示屏5、负离子发生器驱动电路8、蓝牙模块驱动电路9和抽风机10连接。
PM2.5传感器3采用SDS021PM2.5传感器，甲醛传感器4采用ZE08-CH2O电化学甲醛传感器，PM2.5传感器3和甲醛传感器4作为空气质量检测装置。
该车载式负离子空气净化器自动分析PM2.5传感器3和甲醛传感器4上传的浓度数据，得到风机转速驱动抽风机10，并根据阈值开关负离子发生器驱动电路8，同时把检测到的浓度数据以及系统工作模式显示在LCD液晶显示屏5上，手机端利用APP和车载式负离子空气净化器进行数据交换，控制车载式负离子空气净化器工作和显示检测到的内容。本发明能改善车内空气质量、实用性较强、操作较为简单、可靠性较高、适用于绝大部分的汽车。
图2为本实施例中主控电路的电路原理图，图2中，该主控电路2包括微处理器U3，微处理器U3采用意法半导体公司生产的STM32F103C8T6芯片。它是一款基于ARM Cortex-M内核STM32系列的32位的微控制器，FLASH容量是64KB，RAM容量是20KB，封装方式采用LQFP48，有37个GPIO，3个串行接口，工作电压为2～3.6V，1个电机控制定时器。该STM32F103C8T6芯片为主流的微控制芯片，其高性能、低成本、低功耗的特点，为嵌入式应用专门设计的，十分适合现在的智能家居研发，款型多、功能完备，资料丰富，技术也相对成熟。要想产品稳定工作，第一步要做的是搭建稳定的最小系统电路，它包括电源电路(5V转3.3V)、复位电路(按键复位)和晶振电路(8M晶振)。
图3为本实施例中电池充放电电路的电路原理图，图3中，该电池充放电电路5包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第五电阻R5、线性电池管理芯片U1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q1、第八电阻R8、第三电容C3、第十电阻R10、第三发光二极管LED3和第四发光二极管LED4，第一电阻R1的一端分别与5V电源USB_5V、第二电阻R2的一端、第一二极管D1的阳极和第一三极管Q1的基极连接，第一电阻R1的另一端分别与第一电容C1的一端、第二电阻R2的另一端和线性电池管理芯片U1的第八引脚和第四引脚连接，第一电容C1的另一端接地，线性电池管理芯片U1的第二引脚通过第五电阻R5接地，线性电池管理芯片U1的第三引脚接地，第一二极管D1的阴极分别与第二二极管D2的阴极、第一三极管Q1的发射极和3.7V电源连接，第二二极管D2的阳极分别与线性电池管理芯片U1的第五引脚、第八电阻R8的一端和第一三极管Q1的集电极连接，第八电阻R8的另一端分别与第三电容C3的一端和微处理器U3的第四十三引脚连接，第三电容C3的另一端接地，第十电阻R10的一端与5V电源连接，第十电阻R10的另一端分别与第三发光二极管LED3的阳极和第四发光二极管LED4的阳极连接，第三发光二极管LED3的阴极与分别与线性电池管理芯片U1的第七引脚和微处理器U3的第四十二引脚连接，第四发光二极管LED4的阴极与线性电池管理芯片U1的第六引脚连接。
线性电池管理芯片U1采用的型号为2SES 01FA，本电路围绕(在PCB画板是注意打散热孔)线性电池管理芯片U1(工作外围温度-40～85摄氏度)搭建的电池充放电电路5，图中PROG(引脚2)：充电电流编程，充电电流监控和关闭端。充电电流由一个精度为1％的接到地的电阻控制。在恒定充电电流状态时，此端口提供1V的电压。在所有状态下，此端口电压都可以用下面的公式测算充电电流。IBAT＝(VPROG/RPROG)×1000即IBAT＝(1/1300)*1000＝769.2(mA)，所以线性电池管理芯片U1对电池的充电电流为769.2mA(最大支持1A)。图3右边为USB供电与电池供电切换电路，该电路由第一三极管Q1、第一二极管D1、第二二极管D2、第八电阻R8和第三电容C3构成，第一三极管Q1为NPN型三极管，当第一三极管Q1的基极为高电平时，第一三极管Q1截止，此时由USB供电，当第一三极管Q1的基极为低电平时，第一三极管Q1导通，电源切换为电池供电；第三发光二极管LED3为充电指示灯，第四发光二极管LED4为满电指示灯。
图4为本实施例中外设供电电路的电路原理图，该车载式负离子空气净化器中，外设需要用到两种电压分别是5V(传感器)和12V(抽风机9)，所以用升压芯片U4、U5把电池电压升压到5V和12V，而AL812(SD6271)为恒流模式的PWM升压IC，内置过温、关断、欠压、过流保护。由芯片的数据手册可知，输出电压由输出电压到FB的电阻分压器设置。VOUT＝0.6V(1+R1/R2)，根据该公式算出输出5V时，R1和R2分别为12MΩ和16KΩ；输出12V时，R1和R2分别为30MΩ和16KΩ。在OC和GND引脚之间接入一个电阻控制峰值开关电流，该电阻的阻值在10KΩ到100KΩ之间，设置限制电流为2.5A到0.5A。在这里接入了27KΩ电阻，限制其电流为2.12A。在图4左边为外设电压开关电流，当电池有点或者USB电源接入时，第四三极管Q4(NPN三极管)的基极为高电平，第四三极管Q4导通，外设供电，所以该电路默认为开外设电源。
图5为本实施例中电源分立供电电路的电路原理图，图5中，该电源分立供电电路1包括第三电感L3、DC/DC升压芯片U6、第六二极管D6和DC/DC降压芯片U7，第三电感L3的一端与3.7V电源连接，第三电感L3的另一端分别与DC/DC降压芯片U6的输入引脚和第六二极管D6的阳极连接，DC/DC降压芯片U6的输出引脚分别与第六二极管D6的阴极、5V电源和DC/DC降压芯片U6的输入引脚连接，DC/DC降压芯片U6的输出引脚与3.3V电源连接。
STM32F103C8T6芯片工作所需电压为3.3V，电池电压为3.7V，在这里采用先升压到5V再降压到3.3V的方法。利用型号为QX2303L50E的DC/DC升压芯片U6，因为电池提供的3.7V电源稳定，所以不用接输入电容也可以输出低波纹、低噪声的电流电压，第六二极管D6(整流二极管)根据芯片手册建议1N5819(丝印S4)。而AMS1117-3.3(工作结温范围：-40～125℃)则是把5V电压降压到3.3V供STM32使用。
图6为本实施例中蓝牙模块驱动电路的电路原理图，图6中，该蓝牙模块驱动电路8包括蓝牙通讯模块，蓝牙通讯模块U2的第十二引脚与微处理器U3的第四十一引脚连接，蓝牙通讯模块U2的第十四引脚与微处理器U3的第三十引脚连接，蓝牙通讯模块U2的第十五引脚与微处理器U3的第三十一引脚连接。
蓝牙通讯模块U2采用JDY-10透传模块，JDY-10透传模块是基于蓝牙4.0协议标准，工作频段为2.4GHz范围，调制方式为GFSK，最大发射功率为8db，最大发射距离80米，具有功耗低、尺寸小、信号强、数据传输稳定等特性。支持Android、IOS手机数据透传，支持低功耗(待机电流可达到几uA)，支持GPIO与UART外设接口，支持AT指令操作。在该车载式负离子空气净化器中，蓝牙通讯模块U2的串口接入STM32的串口1中。
该车载式负离子空气净化器主要的功能是实时采集PM2.5传感器3、甲醛传感器4的数据，并且显示数据在LCD液晶显示屏5上，根据数据驱动负离子发生器驱动电路8和抽风机10，实时接收分析蓝牙数据信息以及上发检测数据。该车载式负离子空气净化器的软件设计重点在于控制芯片编程。
该车载式负离子空气净化器的系统软件主要包括硬件初始化程序、PM2.5串口数据接收程序，甲醛传感器串口接收程序，LCD驱动以及显示程序，外部中断程序，蓝牙数据接收以及分析程序，定时器输出PWM脉冲程序等。
总之，该车载式负离子空气净化器由电源分立供电电路1、蓝牙模块驱动电路9、电机驱动电路部分、传感器数据采集电路、按键电路7和LCD液晶显示屏5组成，构成一个可以完成数据采集、显示、风机调速和无线数据交换功能的车载式负离子空气净化器。本发明能改善车内空气质量、实用性较强、操作较为简单、可靠性较高、适用于绝大部分的汽车。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车载式负离子空气净化器，其特征在于，包括电源分立供电电路、主控电路、PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、电池充放电电路、按键电路、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机，所述主控电路分别与所述PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机连接，所述电池充放电电路与所述电源分立供电电路连接，所述电源分立供电电路分别与所述主控电路、PM2.5传感器、甲醛传感器、LCD液晶显示屏、负离子发生器驱动电路、蓝牙模块驱动电路和抽风机连接。
2.根据权利要求1所述的车载式负离子空气净化器，其特征在于，所述主控电路包括微处理器，所述微处理器采用STM32F103C8T6芯片。
3.根据权利要求2所述的车载式负离子空气净化器，其特征在于，所述电池充放电电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第五电阻、线性电池管理芯片、第一二极管、第二二极管、第一三极管、第八电阻、第三电容、第十电阻、第三发光二极管和第四发光二极管，所述第一电阻的一端分别与5V电源、第二电阻的一端、第一二极管的阳极和第一三极管的基极连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一电容的一端、第二电阻的另一端和线性电池管理芯片的第八引脚和第四引脚连接，所述第一电容的另一端接地，所述线性电池管理芯片的第二引脚通过所述第五电阻接地，所述线性电池管理芯片的第三引脚接地，所述第一二极管的阴极分别与所述第二二极管的阴极、第一三极管的发射极和3.7V电源连接，所述第二二极管的阳极分别与所述线性电池管理芯片的第五引脚、第八电阻的一端和第一三极管的集电极连接，所述第八电阻的另一端分别与所述第三电容的一端和微处理器的第四十三引脚连接，所述第三电容的另一端接地，所述第十电阻的一端与所述5V电源连接，所述第十电阻的另一端分别与所述第三发光二极管的阳极和第四发光二极管的阳极连接，所述第三发光二极管的阴极与分别与所述线性电池管理芯片的第七引脚和微处理器的第四十二引脚连接，所述第四发光二极管的阴极与所述线性电池管理芯片的第六引脚连接。
4.根据权利要求3所述的车载式负离子空气净化器，其特征在于，所述电源分立供电电路包括第三电感、DC/DC升压芯片、第六二极管和DC/DC降压芯片，所述第三电感的一端与所述3.7V电源连接，所述第三电感的另一端分别与所述DC/DC降压芯片的输入引脚和第六二极管的阳极连接，所述DC/DC降压芯片的输出引脚分别与所述第六二极管的阴极、5V电源和DC/DC降压芯片的输入引脚连接，所述DC/DC降压芯片的输出引脚与3.3V电源连接。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的车载式负离子空气净化器，其特征在于，所述蓝牙模块驱动电路包括蓝牙通讯模块，所述蓝牙通讯模块的第十二引脚与所述微处理器的第四十一引脚连接，所述蓝牙通讯模块的第十四引脚与所述微处理器的第三十引脚连接，所述蓝牙通讯模块的第十五引脚与所述微处理器的第三十一引脚连接。
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