CN206755422U - 一种便携式个人环境监测和净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式个人环境监测和净化系统，包括上、下开设有出风口、进风口的壳体，所述壳体内自下至上依次设置有活性炭过滤网、进风口风扇、负离子发生器、静电吸附过滤网和出风口风扇，所述负离子发生器包括自下至上依次设置的若干个放电装置，放电装置包括若干个放电尖端，所述放电装置通过负离子发生电路连接单片机，单片机还分别连接进风口风扇、出风口风扇和电源；本实用新型能实时监测环境PM2.5值，打开启动按钮，进风口风扇、负离子发生器和出风口风扇开始工作，产生对人体有益的负离子，并将其送至出风口，本实用新型功耗低，且便于个人携带。

Description

一种便携式个人环境监测和净化系统

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，特别涉及一种便携式个人环境监测和净化系统。

背景技术

PM2.5（细颗粒物）指环境空气中空气动力学当量直径≤ 2.5 微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

2012年联合国环境规划署公布的《全球环境展望5》指出，每年有近200万的过早死亡病例与颗粒物污染有关。《美国国家科学院院刊》（PNAS）也发表了研究报告，报告中称，人类的平均寿命因为空气污染很可能已经缩短了5年半。2013年10月17日，世界卫生组织下属国际癌症研究机构发布报告，首次指认大气污染对人类致癌，并视其为普遍和主要的环境致癌物。对颗粒的长期暴露可引发心血管病和呼吸道疾病以及肺癌。当空气中PM2.5的浓度长期高于10μg/m³，就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10μg/m³，总死亡风险上升4%，心肺疾病带来的死亡风险上升6%，肺癌带来的死亡风险上升8%。此外，PM2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属，使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。

近年来，我国各大城市均面临了空气污染的问题，空气中总悬浮可吸入颗粒物浓度普遍超标，形势异常严峻。目前对于悬浮颗粒物的空气净化方案是空气净化器，其原理主要有物理式过滤法（活性炭、水过滤法、HEPA网等）、静电集尘技术、化学式净化法（光触媒催化分解技术、分子络合技术等）、负离子技术等。其中过滤吸附方式需要经常更换，不宜清洗，且易脱附，负离子技术为一种较为高效的净化技术，且产生的负离子对人体有很大的益处，能有效增强血液携氧能力20%左右，并有效促进人体新陈代谢改善睡眠，但绝大多数负离子空气净化器所需电压大（5000~7000V高压），功耗大且会产生空气电离从而引发臭氧。这主要因为当空气被电离之后产生的负氧离子浓度过大时，空气中的负氧离子会重新结合产生臭氧。而当臭氧含量达到0.5ppm以上时会对人体产生不良影响。因此虽然空气净化器能对室内空气提供一定的净化，但其缺点也很明显，容易产生对人体有危害的臭氧，成本高，功耗大，仅适用于室内且体积庞大不易移动。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种便携式个人环境监测和净化系统，该系统能去除PM2.5，并能产生对人体有益的负离子。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种便携式个人环境监测和净化系统，包括上、下开设有出风口、进风口的壳体14，所述壳体14内自下至上依次设置有活性炭过滤网2、进风口风扇3、负离子发生器8、静电吸附过滤网5和出风口风扇4，所述负离子发生器8包括自下至上依次设置的若干个放电装置，放电装置包括若干个放电尖端12，所述放电装置通过负离子发生电路连接单片机，单片机还分别连接进风口风扇3、出风口风扇4和电源。

进一步的，所述进风口与活性炭过滤网2之间的壳体14侧壁上对称设置有两个灰尘传感器1。

进一步的，环境监测和净化系统，还包括设置于壳体14顶部边缘的显示屏6、启动按钮10和除尘按钮11，所述启动按钮10和除尘按钮11分别与单片机相接，所述灰尘传感器1通过A/D转换器与单片机相接，单片机分别与静电吸附过滤网5和显示屏6相接。

进一步的，所述出风口的角度为广口，所述出风口风扇4通过柔性材质固定于壳体14的内壁上，且出风口风扇4通过柔性材质改变出风角度。

进一步的，所述壳体14呈半圆柱状，所述壳体14半圆柱状中长方形的一侧与颈部挂带9固定连接；所述壳体14半圆柱状中长方形的一侧设置有电源盒7，所述电源盒7用于放置电源、单片机和负离子发生电路。

进一步的，所述单片机的脉冲信号接入负离子发生电路，先经过三极管T1、三极管T2构成的推挽电路，再经电阻R1后接NMOS管T3对电压进行放大，R2为其上拉电阻，然后由压电陶瓷变压器TC变压，最后经过由电容C3、电容C4与二极管D1、二极管D2组成的二次倍压整流电路倍压后连接放电尖端。

进一步的，所述负离子发生器8呈半圆柱状，且上下开口，其顶部与静电吸附过滤网5相接；所述负离子发生器8包括自上而下依次设置的5个放电装置，每个放电装置均包括5个呈扇形排布的放电尖端12。

进一步的，所述放电尖端12为等长度的四棱锥；所述放电尖端12的材质为银。

进一步的，所述放电尖端12的外表面均喷涂一层石墨烯薄膜13，所述石墨烯薄膜的厚度为5-20nm。

进一步的，所述单片机为MCU，其型号为STM32F407ZGT6；所述灰尘传感器的型号为GP2Y1010AU0F；所述显示屏为LCD显示屏。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明为一种可穿戴的对环境有实时自动监测与净化功能的系统，监测与净化同步进行，利用石墨烯薄膜既去除了人呼吸区域内空气中的PM2.5又释放出对人体有益的负离子，且在其过程中不会产生对人体有害的臭氧，同时也最大限度的降低了功耗。

附图说明

图1是本发明的模块框图；

图2是本发明中负离子发生电路的电路图；

图3是本发明中放电尖端的排布图；

图4是本发明中放电尖端的截面图；

图5是本发明中负离子发生器的结构示意图；

图6是本发明的结构示意图；

其中：1-灰尘传感器，2-活性炭过滤网，3-进风口风扇，4-出风口风扇，5-静电吸附过滤网，6-显示屏，7-电源盒，8-负离子发生器，9-颈部挂带，10-启动按钮，11-除尘按钮，12-放电尖端，13-石墨烯薄膜，14-壳体。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图6所示，一种便携式个人环境监测和净化系统，包括上、下开设有出风口、进风口的壳体14，所述壳体14内自下至上依次安装有活性炭过滤网2、进风口风扇3、负离子发生器8、静电吸附过滤网5和出风口风扇4，所述负离子发生器8包括自下至上依次设置的若干个放电装置，放电装置包括若干个放电尖端12，所述放电装置通过负离子发生电路连接单片机，单片机还分别连接进风口风扇3、出风口风扇4和电源，所述进风口风扇3、出风口风扇4均可正转及反转，且能够调节旋转速度，风扇正转、反转及调节转速均为现有技术，所述电源为可充电式电源，当电源充电时，按下除尘按钮11，单片机通过控制静电吸附过滤网5掉电后，使进风口风扇3和出风口风扇4强力反转，来完成对静电吸附过滤网5的除尘工作，达到除尘的效果，无需更换静电吸附过滤网5，节省成本且易实现。

所述进风口与活性炭过滤网2之间的壳体14侧壁上对称设置有两个灰尘传感器1，两个灰尘传感器分别位于壳体14左右两端。

如图1所示，灰尘传感器信号输入到A/D转换器，再输入到单片机，同时启动按钮10和除尘按钮11也做为输入端接到单片机，单片机分别控制进风口风扇3和出风口风扇4的电机、静电吸附过滤网5、LCD显示器6与负离子发生器8；所述显示屏6、启动按钮10和除尘按钮11均设置于壳体14顶部边缘，启动按钮10和除尘按钮11可控制系统启动与除尘功能，除尘时需要接电源，以便静电吸附过滤网5去电释放灰尘，所述启动按钮10和除尘按钮11分别与单片机相接，所述灰尘传感器1通过A/D转换器与单片机相接，单片机分别与静电吸附过滤网5和显示屏6相接，显示屏6用于显示电源的电量及灰尘传感器1的监测数据，其中灰尘传感器的输出端与A/D转换器相连，然后由GPIO接口输入到单片机，最终由显示屏6进行显示。

所述出风口的角度为广口，所述出风口风扇4通过柔性材质固定于壳体14的内壁上，且出风口风扇4通过柔性材质改变出风角度，出风口风扇4采用斜前上方角度，以避免风直吹向人面部，又能保证净化使用者呼吸区域内的空气，出风口输出含有高浓度负离子的空气。

所述壳体14呈半圆柱状，且壳体14采用绝缘材质，所述壳体14半圆柱状中长方形的一侧与颈部挂带9固定连接；本发明采用挂脖式佩戴带方式，置于胸前高度可调，出风口位于斜上方，能保证使用者在面部不被直吹的情况下还能吸进净化后的空气。

所述壳体14半圆柱状中长方形的一侧设置有电源盒7，所述电源盒7用于放置电源、单片机和负离子发生电路，电源为可充电式电池，电池可直接外接交流电。

如图3和5所示，所述负离子发生器8呈半圆柱状，且上下开口，其顶部与静电吸附过滤网5相接；所述负离子发生器8包括自上而下依次设置的5个放电装置，每个放电装置均包括5个呈扇形排布的放电尖端12。

如图4所述，所述放电尖端12为等长度的四棱锥；所述放电尖端12的材质为银；所述放电尖端12的外表面均喷涂一层可降低尖端放电触发电压的石墨烯薄膜13，所述石墨烯薄膜的厚度为5-20nm。

如图2所示，负离子发生电路中采用小体积的压电陶瓷变压器进行升压，所述单片机的脉冲信号接入负离子发生电路，先经过三极管T1、三极管T2构成的推挽电路，再经电阻R1后接NMOS管T3对电压进行放大，R2为其上拉电阻，然后由压电陶瓷变压器TC变压，最后经过由电容C3、电容C4与二极管D1、二极管D2组成的二次倍压整流电路倍压后，连接放电尖端，使石墨烯薄膜放电尖端达到2000~3000V的电压进行高效放电，既能够产生充足的电子结合PM2.5颗粒形成负离子被吸附，同时又由于电压相对低基本上不产生臭氧。

本发明中的负离子发生器采用等电势多尖端低电压放电，实验表明，尖端放电<0.3μA时不易产生臭氧，采用等电势多尖端放电既能产生浓度适量的负离子，又能保证臭氧浓度<0.5ppm。每个放电尖端外部都包裹有一层石墨烯薄膜，薄膜厚度在5~20nm。此种石墨烯薄膜放电尖端大大降低了尖端放电的触发电压，提高了系统整体的性能，降低了功耗。且石墨烯薄膜也延长了放电尖端的使用寿命。

本发明的负离子发生电路中采用压电陶瓷变压器，其优点是体积小，功率大，重量轻，升压比高。其输入为单片机的脉冲信号，经过两个三极管构成的推挽电路，再由一个NMOS管对电压进行放大，然后由压电陶瓷变压器变压，再经过电容与二极管的两次陪压整流后，使放电尖端达到2000~3000V的电压进行放电。

所述单片机为MCU，其型号为STM32F407ZGT6；所述灰尘传感器的型号为GP2Y1010AU0F；所述显示屏为LCD显示屏，其型号为12832。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：包括上、下开设有出风口、进风口的壳体（14），所述壳体（14）内自下至上依次设置有活性炭过滤网（2）、进风口风扇（3）、负离子发生器（8）、静电吸附过滤网（5）和出风口风扇（4），所述负离子发生器（8）包括自下至上依次设置的若干个放电装置，放电装置包括若干个放电尖端（12），所述放电装置通过负离子发生电路连接单片机，单片机还分别连接进风口风扇（3）、出风口风扇（4）和电源。

2.根据权利要求1所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：所述进风口与活性炭过滤网（2）之间的壳体（14）侧壁上对称设置有两个灰尘传感器（1）。

3.根据权利要求2所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：还包括设置于壳体（14）顶部边缘的显示屏（6）、启动按钮（10）和除尘按钮（11），所述启动按钮（10）和除尘按钮（11）分别与单片机相接，所述灰尘传感器（1）通过A/D转换器与单片机相接，单片机分别与静电吸附过滤网（5）和显示屏（6）相接。

4.根据权利要求1所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：所述出风口的角度为广口，所述出风口风扇（4）通过柔性材质固定于壳体（14）的内壁上，且出风口风扇（4）通过柔性材质改变出风角度。

5.根据权利要求1所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：所述壳体（14）呈半圆柱状，所述壳体（14）半圆柱状中长方形的一侧与颈部挂带（9）固定连接；所述壳体（14）半圆柱状中长方形的一侧设置有电源盒（7），所述电源盒（7）用于放置电源、单片机和负离子发生电路。

6.根据权利要求1所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：所述负离子发生器（8）呈半圆柱状，且上下开口，其顶部与静电吸附过滤网（5）相接；所述负离子发生器（8）包括自上而下依次设置的5个放电装置，每个放电装置均包括5个呈扇形排布的放电尖端（12）。

7.根据权利要求1所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：所述放电尖端（12）为等长度的四棱锥；所述放电尖端（12）的材质为银。

8.根据权利要求1所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：所述放电尖端（12）的外表面均喷涂一层石墨烯薄膜（13），所述石墨烯薄膜的厚度为5-20nm。

9.根据权利要求3所述的便携式个人环境监测和净化系统，其特征在于：所述单片机为MCU，其型号为STM32F407ZGT6；所述灰尘传感器的型号为GP2Y1010AU0F；所述显示屏为LCD显示屏。