空气检测净化一体机

作品构思

我们实验室没有空气净化器，所以打算制作一款去除PM2.5的空气净化器，以便在雾霾天气实验室仍可正常使用。在选题过程中，我们发现恰好有空气净化器简易套件可以利用（图1），但功能比较单一，所以决定对它进行改造和创新，增加自动检测和自动调速功能（图2）。

具体要实现的目标有两个。一是当空气质量不好时，净化器自动启动；当空气质量好转时，净化器自动停止。二是净化器工作状态具备多个档位，可以根据空气污染（PM2.5）严重程度自动设置不用档位，每个档位的风扇转速和报警声都不同。

需要解决的主要问题如下。

功能需求：①如何实现自动调速？②如何供电？

技术实现：③控制器、传感器选用哪些设备？④零部件如何连接？⑤如何编写程序实现预期功能？

用户体验：⑥怎样让用户用起来更方便？⑦怎样保障安全？

成本效益：⑧怎样降低制作成本？

实物系统组成可见下表。

表1 空气检测净化一体机实物系统要素分析

空气检测净化一体机工作原理及外观结构如图3、图4所示。

空气检测净化一体机工作程序流程如图5所示。

制作过程

第一步，准备材料工具，包括控制器、传感器、细电线、剥线钳、螺丝刀等。

第二步，研究净化器简易套件工作原理。

第三步，研究控制器、PM传感器原理，制定电路连接方案（图6）。

第四步，组装控制电路，编写程序并调试；制作底座、连接线（图7）。

第五步，连接控制电路与净化器风扇，编写控制风扇程序并调试（图8）。

第六步，将控制电路所有元件安装到底座，完成作品并测试（图9）。

创新点

第一，增加自动检测功能。在原有空气净化器简易套件基础上，增加PM2.5检测模块，实现设备对环境的自动检测。

第二，增加自动调速功能。设备风扇随环境PM2.5数值变化而改变转速。有污染情况下（PM2.5数值大于35），风扇转动，净化空气；无污染情况下，风扇停转，保持静音。

第三，增加自动报警功能。污染情况（PM2.5数值高于70时），蜂鸣器以5秒为间隔自动报警，以此方式提醒人们做好个人防护。随着污染程度升高至70、115、150，报警声调相应提高至C5、E5、G5。

功能展示

操作方式：接通电源后，设备进入自动运行状态，不再需要人工操作（图10）。

运行效果：液晶显示器实时显示当前环境空气PM2.5指数（图11）。污染指数大于35时，设备进入空气净化状态，风扇转动；污染指数大于70时，风扇转动同时蜂鸣器报警；污染指数小于35时，风扇停止，设备静音。

注：本项目获2022年“全国普通高中通用技术年会”创客展示项目一等奖和2022年北京市中小学生技术创意设计（TID）现场展示STEAMS项目一等奖