I2P空气净化与空气质量监测装置外文翻译资料

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I2P空气净化与空气质量监测装置

Manisha Sharma¹, Ajay Kumar², Abhishek Bachhar³

^{1, 2, 3} Department of Electronics and Communication Engineering, Hyderabad Institute of Technology andManagement, Affiliated to JNTU, Hyderabad, Telangana, India

摘要：大气污染是由于大气中有害物质的加入，造成对大气环境的破坏。造成大气污染的两大根源是工业发展和森林的减少。大气污染使得人们因呼吸问题和肺癌等疾病而死亡的人数增加。因此，为了应对这种对人类的严重威胁，我们决定采取一些措施来检测空气中的杂质含量，并大大减少空气中存在的杂质。在该项目中，我们使用气体传感器检测杂质。不纯的空气输入到气体传感器。传感器连接到 Arduino，通过其中程序帮助我们检测空气中的杂质含量。 根据专家对污染物浓度提出的意见，我们设定了一个限度，以确定哪些程度的杂质无害。 如果超出限制，蜂鸣器会响起并且LCD 向我们提供有关打开过滤设备的信息。过滤装置打开后，空气得到净化。即将推出的产品可用于需要油雾收集器，集尘器，紫外线空气净化器等场合。

关键词： Arduino；气体传感器(MQ-2)；温度传感器(DHT11)；LCD(16x2)；蜂鸣器；过滤器（由多层组成）

1.介绍

世界上任何地方都使用净水器，但从来没有人试图理解空气净化器的重要性。空气净化器也很重要。受污染的空气有时会导致头痛，呼吸问题和死亡。因此，我们提出了带有空气质量监测装置的“I2P空气净化器”以及由多层组成的过滤器。

2.概述

图1给出了整个空气净化器的框架，其模块框图如下：

图1.净化器的框图

净化器由监测部分和过滤部分两部分组成。

（1）监测部分

监测部分主要由气体传感器，用于采集的温度和湿度传感器以及用于显示结果的显示单元组成，通过这些结果我们可以识别存在于大气中的污染物的浓度。

图2.净化器的监控部分

传感器：MQ-2气体传感器的使用使我们能够检测LPG泄漏，碳含量（丙烷）和氢气以及空气中存在的其他可燃产品。它可以检测浓度（0-10000）ppm。当空气纯净时，传感器具有较低的电导率，并且电导率随着气体浓度的增加而增加。

在净化器中，它被用于检测不纯净空气量，即为进一步程序，采取模拟输入。

图3.气体传感器

温度和湿度传感器：DHT11使用电容式湿度传感器和热敏电阻来检查周围环境。每两秒钟传感器收集一次新数据。温度传感器覆盖的最大面积范围从10米到20米。DHT11的温度范围为（0-50）摄氏度，公差为2摄氏度。耐湿度为5％RH（相对湿度）。

图4.温度和湿度传感器

Arduino：Arduino Uno是由ATmega328组成的微控制器板。它由6个模拟引脚和 8 个数字引脚组成，其中 13 个 引脚具有内部电阻。在我们的净化器中，Arduino 扮演着非常重要的角色，因为我们使用的是气体传感器，温度和湿度传感器，它以模拟信号的形式输入。Arduino包含一个内置AC-DC转换器，它可以帮助与其他组件（如已连接到风扇和紫外灯的继电器）交互传感器。

图5. Arduino与监控设备的不同部分连接

LCD（16x2）：LCD（液晶显示器）屏幕是显示模块，用于各种应用。LCD很容易编程。在我们的项目中，我们使用16x2 LCD来显示传感器的输入，这有助于读取我们从气体传感器获得的温度，湿度和其他组分。

图6. LCD显示

指标：这里的指标不过是LED和蜂鸣器。使用绿色LED表示电路处于开启状态，红色LED和蜂鸣器用于警告用户，同时指示过滤器处于开启状态。

（2）过滤部分

过滤部分不过是由几层组成的过滤器，空气依次穿过每层。下面的图7显示了过滤器的每一层。

图7.过滤器中的不同层

HEPA过滤器：HEPA可以简称为“高效微粒空气过滤器”，主要用于除尘和除菌。它捕获的最小颗粒尺寸为0.3微米。

Ajay N Bhagwat^[1]表示，HEPA过滤器可以在清洁大气中存在的微小颗粒和细菌方面提供高达99.97％的效率。

Subramanian Sundarrajan^[2]在他的研究论文中提到HEPA过滤器和活性炭过滤器足以去除空气中的尘埃颗粒。

活性炭过滤器：活性炭由颗粒形式的小颗粒碳和高度多孔的本质组成。活性炭能吸附家用化学品，二氧化碳，烟雾等。

Shengbo Ge^[3]清楚地证明，活性炭可以去除硫磺和亚硫酸盐形式的硫颗粒，它们与钠和铁形成键合。他得出结论：碳可以吸附Na2SO3，Na2S2O8，Fe2（SO4）3和S，但吸附量会随时间变化而变化。

S. B Divate^[4]在他的研究中提到，活性炭比其他吸附剂具有更强的吸附能力。

Adilla Rashidi^[5]评估活性炭作为CO的吸附剂。二氧化碳在活性炭上的吸附是物理吸附。吸附相对于压力增加并且在升高的温度下降低。

紫外线灯：该技术用于摧毁空气中的污染物。 它主要破坏可能导致常见疾病的细菌和病毒等生物污染物。

图8.过滤器中的紫外灯

紫外线的危险之处是它对健康有害并导致癌症，但完全取决于已使用的紫外灯。这可以通过紫外光谱及其类型来清除。

图9.紫外光谱

UVA（黑光 UV）的范围从（400-315）nm，这种类型的紫外线辐射以造成皮肤问题而闻名。

UVB（危险紫外线）的范围从（315-280）nm，臭氧吸收这种类型的紫外线，长时间接触这些光线会对我们的眼睛和皮肤产生不利影响。

UVC范围从（280-200）nm，其中253.7 是杀菌UV，其分别用于从空气和水中去除细菌。

Dick Menzies^[6]在他的研究中表明，GUV对他的队伍没有伤害，证明这可能不会突然发生，GUV灯将需要一些时间来显示结果。

Estelle Levetin^[7]证明带UV灯的空气处理装置可以减少真菌，但这是一个长期的过程。

这两项研究的结论是，每当我们处理紫外线灯时，我们都无法立即获得结果。

二氧化硅层：二氧化硅最知名的吸湿剂。随着干燥，它也可以防止结构退化。硅胶的每个单层结构与其重量相比可吸收40％的水分。由于其孔径为 2.5nm 的多孔结构，二氧化硅充当吸湿剂。

Thejani M. Gunaratne^[8]研究了最好的吸湿剂来增加米饼的保质期。随着时间的推移水分增加，他们的统计分析表明，最好的包装方式是使用氧气吸收剂的干燥剂（硅胶）。

Benjamin Curdts ^[9]在硅胶和活性炭上进行了实验，通过在活性炭上形成二氧化硅层使得吸收更有效，并用一个字作为结语，活性炭的性质保持不变。

在过滤器中还有硅胶层，然后是活性碳层，这使得空气过滤过程更加有效。

3.工作系统

“I2P 空气净化器”的主要目标是通过吸入不纯的空气作为输入来提供纯净空气。下图给出了整个过程的流程。

图10.流程图

不纯净的空气被MQ2气体传感器检测到。气体传感器连接到负责其灵敏度的电阻器，无论何时气体传感器遇到空气中存在的任何气体电阻随传感器两端的电压而变化。该值赋予Arduino。温湿度传感器主要用于检查空气中的水分含量。该传感器由湿度传感元件和两个电极以及湿气捕集基板组成。由于Arduino检测到电极之间的湿气阻力发生变化。

Arduino是整个净化器的中心部分，它通过模拟形式的传感器接收输入并将它们转换为数字形式，以便它们可以被电路中存在的所有其他组件读取。只要Arduino从传感器获得读数，它就会将其显示在液晶显示模块上，以便用户可以查看房间内的空气状态。在Arduino中设置了一个限制，即空气中存在的气体是无害的，如果超过该限制，则该信息将传递到继电器，而继电器又连接到作为空气过滤器一部分的风扇和紫外线灯。

空气过滤器由几个层组成，如下所示。

图11.过滤器的俯视图

过滤器中的第一层是HEPA过滤器，用于收集空气中的尘埃颗粒，然后是紫外线灯，可去除真菌并杀死空气中的其他致病细菌。在那之后，二氧化硅层降低了存在于空气中的水分含量。最后是用于减少空气中二氧化碳和其他有害气体的活性炭。球迷们扮演着双重角色，首先让空气通过多层传递，然后从过滤器中传出纯净的空气。

Yinping Zhang^[10]在其批次研究中证明，在所有过滤技术中，他回顾了基于HEPA，UV和PCO的方法过滤器，发现这些技术可以用来去除一种室内杂质。在过滤器中，每层都用于去除特定类型的杂质。

4.结果

下面给出的图12显示了过滤器的名称。

图12.LCD输出

下面给出的图13显示了传感器周围空气中存在的温度和湿度。

图13.LCD输出

当Arduino设定的杂质限值超过时，屏幕会显示Smoke Alert和指示灯（如图2所示）。I2P空气净化器内的紫外线灯和直流风扇将启动，它将开始工作以满足我们的要求。

下图显示了Smoke Alert开始的结果以及过滤器工作时杂质含量的持续减少。 一旦杂质含量达到最小设定极限，I2P空气净化器自动关闭。

图14.LCD输出

5.结论

I2P空气净化器专为老年人家庭，医院，办公室等场合设计。它可以用来去除灰尘，真菌并减少空气中的有害气体。它使用方便，可以通过连接交流电源适配器直接转换成Arduino工作的DC电源。I2P 空气净化器使用的技术具有光明的前景，因为它可以在需要时工作，从而节省能源。

参考文献

[1] Ajay N Bhagwat, S. N. Teli, Abhijeet Balasaheb Ranveer, Vijay S. Majali, “Energy Efficient Air Distribution Systems for Air Handling Unit”, International Journal of Scientific amp; Engineering Research, Volume 8, Issue 3, March-2017 ISSN 2229-5518.

[2] Subramanian Sundarrajana, Kwong Luck Tan, Soon Huat Lim, Seeram Ramakrishna, “Electrospun Nanofibers for Air Filtration Applications”,ICMAT 2013,7th International Conference on Materials for Advanced Technologies, 30 June-5 July,2013, Suntec Singapore

[3] Shengbo Ge, Zhenling Liu, Yuzo Furuta, Wanxi Peng, “Characteristics of activated carbon remove sulphur particles against smog”, Received 16 November 2016; revised 17 December 2016; accepted 18 December 2016.

[4] S. B. Divate, R. V. Hinge, S. R. Kadam, “Removal of heavy metal (phenol) by using various adsorbents”, International Journal of Scientific amp; Engineering Research, Volume 5, Issue 7, July-2014 ISSN 2229-5518.

[5] Nor Adilla Rashidi, Suzana Yusup, Azry Borhan,“Isotherm andThermodynamic Analysis of Carbon Dioxide on Activated Carbon”,4th International Conference on Process Engineering and Advanced Materials.

[6] Dick Menzies, Joe Pasztor, Tom Rand, Jean Bourbeau, “Germicidal ultraviolet irradiation in air conditioning systems: effect on office workerhealth and wellbeing: a pilot study”, Occup Environ Med 1999;56:397–402.

[7] Estel

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