智能中草药空气净化装置

胡浩 何胜兰

摘要：据调查显示，人们在室内生活的时间远远高于室外，室内空气质量已经成为人们不可忽略的重中之重，室内空气质量往往难以保证。因此在该背景下研究出一种新型的、利用中草药来提高空气质量，并且针对学生群体设计出一款便捷可靠的空气净化装置。对于空气净化装置将中医文化与过滤装置相结合，把多种天然中草药的有机物质提取融合，与现代空气净化装置组合，在装置材料和结构的设计上采用便携可靠的思想，尽可能地使装置简易化。最后采用中医药熏疗法将中药成分挥发至空气，发挥其净化空气、杀毒抑菌、调理健康、固本养生的功效，最大限度地改善室内环境，做到对人体有益。

关键词：中草药;智能控制;熏疗过滤;便携高效

中图分类号：TU834.8+41 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）11-0037-03

1研究背景

在如今这个提倡环保、健康、绿色的年代，“室内空气污染”正成为人们越来越关注的话题。而作为学生群体，每天待在室内的时间更是室外时间的四倍以上，因此室内空气环境对于学生的健康来说是不可忽略的。现如今市场上绝大部分净化器产品，由于大功率，操作烦琐，费用高等因素均不适合学生群体。据市场调研显示，目前市场上的净化器多采用大功率电离法电离空气，从而达到空气净化的效果，但对于学生群体而言，这一类净化器显然不能在宿舍中进行使用，因此此文旨在设计一款真正适合学生群体的产品，同时加入中药调理元素，首先使用单向碳循环技术将外界的空气吸入装置进行净化，然后使用装置内部的加热系统让内部存放的中草药液挥发到空气中，从而在净化空气的同时通过中草药来消灭空气中的各种病菌，以此起到保护用户健康的作用。所以，通过对中草药空气净化装置的研究与应用，可以更好地服务于学生群体，改善学生住宿的空气质量问题。同时，通过对中草药空气净化装置与研究还能够大力推行中药，弘扬中医药文化，利用中药有效保障学生们的健康，环保绿色地为他人带来健康上的帮助。

2中草药净化的应用

2.1中医药结合

中医认为，人体是一个有机的整体，人体的结构互相联系，不可分割嘲;人体的各种功能互相协调，彼此为用。同时，中医认为人和环境之间相互影响，是一对不可分割的整体。中医药熏疗法是防治疾病的中医疗法之一。可有效地预防传染病菌的侵害，也是呼吸道疾病重要的辅助疗法之一。自黄帝内经以来，中医对于疾病发生的预防，最主要的思想就是断绝邪气的传播，而邪气的主要传播途径就是人体的各个与外界相通的器官，故人体的口、耳、鼻、皮肤等则为重要的保护点，古人曾言“温邪上受，首先犯肺”“肺朝百脉，次呼吸”“肺开窍于鼻”。所以本产品的最大亮点就是将中药学与其相结合，将中草药对人体有益的效果结合到净化器上。

2.2中草药的选择

2.2.1苍术

1）功能主治：燥湿健脾，祛风散寒，明目。用于湿阻中焦，脘腹胀满，泄泻，水肿，脚气痿蹙，风湿痹痛，风寒感冒，夜盲，眼目昏涩。

2）相关配伍：

（1）用于治疗脾虚湿聚，水湿内停的痰饮、泄泻或外溢的水肿者：与茯苓、泽泻、猪苓等利水渗湿药同用。（《证治准绳》）

（2）用于祛湿，治痹证湿胜：可与薏苡仁、独活等祛风湿药同用。（《类证治载》）

（3）用于治风寒表证挟湿：常于羌活、白芷、防风等同用。（《和剂局方》）

2.2.2贯众

1）功能主治：杀虫;清热;解毒;凉血止血。用于风热感冒;温热癍疹;吐血;咳血;衄血;便血;崩漏;血痢;带下及钩、蛔、绦虫等肠寄生虫病。

2）本品苦寒，既能清氣分之实热，有能解血分之热毒，凡温热毒邪所致之症皆可用之，常与黄连、大青叶、甘草等同用，如贯众散（《普济方》）。单品或配桑叶、金银花等可防治风热感冒;若与板蓝根、大青叶、紫草等配伍，又可用于痄腮、温毒发斑、发疹等病。

2.3中草药熏疗

综上，主要应用的中草药成分为苍术、贯中、板蓝根以及金银花，其中板蓝根和金银花起到杀菌去味的作用。具体的应用是利用萃取取各种中药的成分，以液体的形式通过加热蒸发散发而出。

3基于智能控制的空气净化装置

通过对产品各个功能的分析来研究装置的总体设计布局，研究采用STM32单片机来作为智能控制系统中最主要的芯片部分，主要包括了系统的检测模块、净化模块、数据加密、通信模块和手机终端，如图1所示。

3.1微处理器STM32

STM32F103VET6，是采用ARM 32位Cor tex-M3内核的微控制器，该芯片的外设丰富，芯片具有可扩展性，可以高效地实现各种功能。处理器与其他芯片相比较具有低功耗的特点，相同工作的处理，STM32的处理更加节能与高效，可以进行两种模式的高效处理。

休眠模式：只有CPU停止工作，所有外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU;

停止模式：允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。处理器通过检测模块获取环境信息，也可通过处理无线模块发过来的数据控制空气净化器。

3.2通信模块和手机终端

通信模块的控制分为两种方式，一种是用户手动控制，装置结合芯片嵌入的程序在外部设置相应的控制按键，如一键启动，模式选择等。同时装置外面连接有显示屏可以反映装置的工作参数和当前所处环境的空气质量。另一种方式是手机端实时控制，通过手机网络来无线访问装置。选用的无线模块为TLG10UA03串口无线模块，是第三代嵌入式Uart-Wifi模块。Uart-Wifi是基于Uart接口的符合无线网络标准的嵌入式模块内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。

用户可以在手机端下载App，通过App智能实时地对净化器进行启动、关闭和定时操作。通过App来获取当前净化器工作环境的空气质量，包括对空气成分的测定，是否存在有害气体，以及净化器当前存储和释放的中药成分含量。

4简化结构，便携高效

4.1高压电路转换为普通交流电路

对于控制系统的电源模块，由于学生群体的使用环境不可使用高功率的电器产品，故拟将高功率的电源控制系统通过降压、整流、滤波等步骤转变为低功率的电压模块。首先将电网中的220V交流电通过外部变压器转变为110V的输入电压，再通过变压器降压输出为12V，由于降压后的电压并不稳定，故经桥式整流和滤波段得到9V直流电，来为装置外部的传感器电路供电，同时使用三端稳压芯片L7805将12V的交流电压降压为5V交流电来给微机、气体传感器及其他器件供电，由此完成高压电路转换为普通交流电路的设计。

4.2滤芯及结构设计

众所周知，滤芯在净化装置中有着十分重要的作用，传统市场上的净化器所使用的滤芯大多分为两种：分层式滤芯和复合式滤芯。分层式滤芯是将过滤物质固化在固定的位置，缺乏活动性，且更换滤芯极不方便。因此本文考虑采用复合式滤芯，同时结合装置的结构设计，进行相应的优化，结构图如图2所示。

4.3传感器数据采集的实现

传感器的数据采集主要是将传感器采集到的外界模拟信号通过一系列的处理转换成装置内部芯片可以识别处理的数字信号。

首先通过装置的外部红外传感器采集外界空气的模拟信号，经预处理后转换成电压模拟信号输入给内部芯片。输入的信号经过滤波器除噪后，进入放大器进行信号的放大。放大的信号进入S/H电路进行信号的采样和保持，最后经过ADC模块转换成计算机可以识别的数字信号输出。

4.4气敏传感器測空气浓度

本装置采用以氧化锡为材料的半导体型气体传感器，当传感器工作在400摄氏度的环境下，氧化锡颗粒中的自由电子会保持活跃的流动。而在正常洁净的空气环境中，氧化锡的表面开始吸附氧，自由电子的活动降低，在晶粒边界会形成势垒电容，传感器的电阻值随之增加。

如果净化器的工作环境中存在还原性气体，如一氧化碳等，传感器内部吸附的氧会和该气体结合，吸附氧的量减少。造成势垒电容间的存电量降低，自由电子的移动变的活跃，传感器的电阻值减小。故通过对传感器阻值变化的观察便可以初步测定空气的洁净程度，如图3所示嘲。

5结束语

综上所述，市场上的空气净化器产品虽然很多，但由于国家目前没有相应的标准，因此产品质量参差不齐，同时高端档次的空气净化器仅仅适合于部分消费群体，并不能很好地针对学生群体;另一方面，目前市场上还没有将中草药与净化装置结合起来的产品。因此，设计一个适合学生使用，且充分运用中草药与其相结合的净化装置是很有市场前景的。