改造一台可以计算滤芯使用寿命的智能空气净化器——硬件篇

Posted 2021-12-28 三明治开发社区

​ 随着空气污染的日益严重，以及人们对生活质量的要求越来越高，更多的人开始关注到了空气质量问题，一台智能化空气净化器在保证操作方便，支持智能化控制的同时如果还能根据空间空气质量调整净化强度，不仅能帮助保障家人呼吸健康还能最大效率节约资源。

这次给大家带来的空气净化器方案在保持原始功能的同时改善了净化强度工作方式，增加滤芯寿命计算功能。可以自动检测空气中有害物质的浓度，根据污染浓度实时自动调节净化强度，还能检测空气净化器滤芯使用情况，计算滤芯使用寿命，提醒更换滤芯等功能。

一. 硬件方案

1. 硬件框图

2. 特性描述

• 主控模块主控模块采用涂鸦自研的WBRU模组，用于控制整机运行，包括按键检测，LED指示，负载控制，数据通讯等工作
• 采用四合一粉尘传感器实时测量输出温湿度、VOC 浓度、PM1.0/PM2.5 /PM10质量浓度
• 蜂鸣器采用压电式无源蜂鸣器，通过模组输出相应频率PWM信号驱动
• 微动开关可以防止误打开滤芯所在后盖
• 光敏传感器可以检测环境光线强度，自动调节显示亮度
• LED可直观显示定时、异常警报等信息
• NFC读卡器可以有效检测滤芯的匹配情况与使用寿命

3. 设计方案

3.1 主控单元

本方案选用涂鸦智能的一款低功耗WBRU模组作为主控板，并基于该模组进行SoC开发；实现电机控制和传感器数据采集。

3.2 电机控制

空气净化器的风机是由选用稻津的 MI-JK48HM710，控制信号主要由PWM、FG、BRK，控制信号与模组之间通讯需进行电平转换。

3.3 按键与感光传感器

​ 系统有两个按键，主按键： 长按开关机，短按切换不同的工作模式（自动，睡眠，最爱）；屏幕按键： 短按切换屏幕和指示灯的状态（PM2.5，PM10，TVOC，温度，湿度，关）， 长按进入配网模式。系统中有一个光敏二极管，用于控制夜间光线较暗时显示的亮度。

3.4 显示电路

​ 方案使用一个TM1650驱动IC来驱动一个3位8段数码管和5个模式指示灯。数码管用于显示空气指标，通过屏幕按键控制，分别为PM2.5数据，PM10数据，TVOC数据，温度，湿度。

3.5 NFC驱动

方案使用MFRC522，它是高度集成的非接触式读写卡芯片，可根据不同主机接口实现SPI、串行UART、I2C协议通讯。方案中使用SPI通讯来实现滤芯NFC检测功能（通过NFC判断滤芯工作时间，以及是否更换新滤芯)。

3.6 四合一传感器驱动

AM1002 是一款高性价比的多参数空气质量传感器集成模组，能够实时测量输出温湿度、VOC 浓度、PM1.0/PM2.5 /PM10 质量浓度。

3.7 电源

​ 方案使用 LOWPOWER(微源半导体)的lp6498ab6f输出5V给一些传感器供电，ASM1117由5V转3.3V给模组供电，供电电流不低于150mA。lp6498ab6f的规格如下：最大输入电压4.5_{30V；输出电压范围0.8}12V。开关频率600KHZ，最大持续电流可达1.2A。

3.8 其他驱动

​ 此外，还有蜂鸣器，UV灯，以及机械微动开关用于仓门检测。

4. 原理图与PCB

二. 整机搭建

1. 实物展示图

以上就是本款智能空气净化器的硬件改造方案，方案使用涂鸦自研的WBRU联网模组作为主控，另外添加了采用四合一粉尘传感器实时测量输出温湿度、VOC 浓度、PM1.0/PM2.5 /PM10质量浓度，NFC读卡器用来检测滤芯的匹配情况与使用寿命。感兴趣的同学可以一起动手试试看，同时如果你有更好的创意和方案也可以留言和我们交流。