引 言

近年来，随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，工厂内化石燃料燃烧和汽车废气的排放使空气质量不容乐观。而在我国北方的冬季体现最为明显，这一地区人口经济密度大，排放大量的PM2.5，冬季风速较低，容易形成稳定的近地层大气，在多种因素的作用下，易产生雾霾。严重的雾霾可以直接影响室内的空气状况，加上日常生活中室内可能产生的油烟、香烟、装饰材料挥发物等其他污染，使得针对室内空气的除尘净化显得尤为重要。

负离子除尘是一种比较成熟的技术，电离空气产生的负离子能与空气中的粉尘微粒相结合，从而自然沉降，不仅能净化空气，还可以杀菌消毒。而HEPA滤网为代表的新型滤材的应用也越来越普遍，HEPA滤网为多层折叠结构，如果将其完全展开，其面积能增加十几倍甚至几十倍，由于过滤网的性能与其表面积成正比，HEPA滤网的性能十分出众，是国际上公认的最高效过滤材料，适用于PM2.5粉尘颗粒的过滤净化。目前室内空气净化领域多采用单一除尘技术，且自动化程度不高，本设计旨在结合两种不同的除尘净化技术，并利用嵌入式芯片与相关电路提高空气净化系统的自动化程度与智能水平，使系统达到更好的除尘净化效果，能根据不同空气状况自主调节工作，用户使用时更加方便省心。

1 控制系统总体设计要求与主要模块

本系统适用于空气净化器，主要针对PM2.5进行过滤与净化，对空气中其他有害物质也有一定净化作用。同时包含高浓度报警、人机交互、滤网状况监测等附属功能。总体设计要求能实时、高效检测并净化室内低、中度PM2.5污染，在10 min内将室内PM2.5值从100～200降低至50以下。同时在室内较高PM2.5污染(300以上)时发出警报，在20 min内降低至正常范围。除尘装置分为三档，用户可以自由设定警报值，以调节不同档位工作范围。考虑到HEPA滤网在使用一段时间后需要进行更换，要求具有HEPA滤网监测功能，当过滤网使用过度时，警示灯发出警告，提示用户更换过滤网。

本系统的主要模块如图1所示，以单片机及附属控制电路为核心，分为PM2.5传感器模块、灰度传感器两个输入模块、高浓度警报灯、更换滤网警报灯、风机调速装置、负离子装置四个输出模块。用户操作界面与液晶显示屏构成的交互模块、HEPA滤网及风机等机械结构构成的机械模块，以及核心的单片机控制电路。

我们重点跟踪和检查热处理装炉及回火装炉等关键节点，主要控制变形过程如下：装炉时，管板下部用3根垫铁支撑，有缝隙处用垫铁、稍铁、垫片等塞严实（见图6）。淬火时，将管板放置在4组垫铁上进行冷却。回火装炉时，根据电炉垫铁特点将管板旋转45°装炉以防止变形，有缝隙处用垫铁、垫片等塞实（见图7）。回火空冷时，不立即吊下，而是空冷8h后待温度下降后再吊下放置在垫铁上（见图8）。

图1 系统主要模块示意图

2 控制系统的硬件

根据系统总体设计，控制系统选用ZPH-01粉尘传感器作为PM2.5传感器。该型传感器采用粒子计数原理，可灵敏检测直径1 μm以上灰尘颗粒物，灵敏度极高、长期稳定性优异、出厂前已标定校准、内置加热器可实现空气的自动吸入。外形紧凑、重量轻、易安装、保养简单，适用于空气净化系统。其原理如图2所示。低端的加热装置可以通过气体对流自动吸入空气，LED模块发出光线，经粉尘反射后通过透镜被PT(红外接收管)接收，实现对粉尘颗粒的计数。实测表明，该型传感器在静置和空气流动不太剧烈的地方可以良好工作，晃动及强烈的气流会引起输出异常上升，因此，该传感器被牢牢固定在空气净化系统的外壳上，处于远离风机的位置。

图2 粉尘传感器工作原理图

该型传感器具有UART数字串行输出与PWM信号输出两种输出模式，本设计中令该型传感器处于串行输出状态，与单片机串口相连。当采用串行输出时，该型传感器的输出格式如图3所示，低脉冲率的数值为该型传感器输出的有效数据。低脉冲率与灰尘颗粒物浓度间存在固定的函数关系。

图3 采用串行输出时的数据格式

灰度传感器用于监测HEPA滤网的工作状况。HEPA滤网工作较长时间后，其吸附的粉尘微粒粘着在表面上，积累到一定程度后会影响对粉尘的吸收效果，同时滤网上也吸附了较多的细菌，此时必须进行更换，否则将影响除尘效果甚至危害健康。

图4 灰度传感器用于检测滤网的原理

空气中的粉尘微粒会吸附很多杂质，多数微粒是有色微粒，粘着在滤网表面时，会使滤网呈现灰色、黑灰色、棕色、棕黄色等较深的颜色。此时通过监测滤网的灰度便可以从侧面监测滤网的工作状况，决定是否更换滤网。灰度检测模块原理如图4所示，白色的突起是红外发射装置，黑色的突起是红外吸收装置，中间用斜纹线所示的挡板分隔开。

LCD_Write_String(9,0,".");

工作时，从白色的突起发射红外线，经检测面反射后由黑色突起接收。如果检测面的灰度比较大，由光学知识可得， 其对光线的吸收能力也较强，故经过反射后，其接收到的光线会比较少。通过接收光线的值即可获得被测物的灰度值。

灰度传感器的输出为模拟输出，范围为0～5 V，当被测物为纯白色，表面反射良好的理想物体时输出是5 V，而被测物为可吸收全部光线的理想黑体时输出为0 V。在固定检测距离时，灰度越大，输出电压越低。作为与单片机相连的输入模块，需要经过一个电压比较器，通过比较灰度传感器输出电压与预设电压(根据滤网更换临界电压测得的输出电压)相比较，以电压比较器的输出作为输入接入控制电路。

以图5为例，核心是一个LM339比较器，其反相输入端是可供设置的一个电压，其正相输入端是代表上述传感器的输出的电压量，假设反向输入端的电压设置为4.18 V。当正相输入端的电压小于4.18 V时,比较器的输出端电压仅为0.19 V。对单片机来说，这个电压视为低电平。当正相输入端的电压≥4.18 V时，LM339的输出端电压为5 V，对单片机来说，这个电压视为高电平。

图5 灰度传感器所需的比较电路

本设计选用的风机为交流220 V风机，采用串电阻调速的方法效果不好,且工作效率低，而应用相关电力电子技术，通过PWM控制调节加在风机两端的电压是比较好的调速方案。通过调节一个可变电阻，来控制方波的占空比，就可以实现不同转速的运行。由于本设计仅要求实现三级调速，为了简化电路，在设计中直接选取了三个预设好的无级调速开关，单片机仅负责输出控制信号来选择导通哪一个开关来实现调速。为了实现控制回路与风机工作的较高电压的回路间的电气隔离，还需采用光耦合器，与无级调速开关一起构成驱动风机的电路。

社会时代变更消费的形式越来越多样化，在市场激烈的竞争下，出现了很多多样化的服务形式。企业多以顾客服务为中心，满足了顾客的利益和要求，才能提升企业的业绩。为此，企业需要不断创新营销方案吸引新顾客购买本公司产品，同时也要维系老客户与新客户之间的关系，建立长期的合作模式。

3 控制系统的软件

系统上电后等待总开关打开，总开关打开后，在完成初始化后，PM2.5传感器开始检测空气中的粉尘浓度，读取该传感器的输出，经过换算后得到浓度的数值，将该数值显示在液晶屏上。由于PM2.5传感器的串口输出格式如图3所示，在程序中需要对其进行一定处理才能得到最终的浓度值。

在研究对象上，基层行政管理人员往往一人多角，比如高校辅导员，承担的是双肩挑角色，无论是管理人员身份还是教师身份，都是职业倦怠的高危人群，他们承担的角色越多，引起职业倦怠的原因就越复杂。因此，应进一步针对基层行政管理人员领域进行细化研究，依据他们所在的不同职能部门、担任的岗位和从事的工作性质进行分类，在此基础上进行相应的干预策略。

pm_rateH=UART_Upload[3];

out1=0; //out1代表低档位

由于塔-线体系中的导线和地线都属于柔性体,它们的固有频率很低,而且振型非常密集.因此，在分析塔-线体系的振动特性时，取其计算的前1 000个结果来进行分析,并选取部分来进行展示说明.

pm_density=(UART_Upload[3]*100+UART_Upload[4])*1.014705;

如上述程序所示，UART[3]的串口数据为低脉冲率的整数部分，UART[4]的串口数据为低脉冲率的小数部分，例如在345μg/m3的情况下，zph01低脉冲率(输出占空比)为34%。我们认为在低脉冲率0～34%时对应的浓度为0～345 μg/m3。低脉冲率与浓度间是线性关系。

这样得到的pm_density大小是实际值的10倍，将最后的一位小数移动到了个位上，这是为了在LCD液晶显示时的方便。

LCD_Write_String(0,0,"PM2.5:");

LCD_Write_Char(6,0,table[pm_density/1000]);LCD_Write_Char(7,0,table[pm_density%1000/100]);

else if(pm_URV

(1)采用主成分分析方法对矿区尾矿库生态重建效果从植被方面评价，可在不损失或较少损失原有指标信息的基础上，把多个评价指标转换为几个评价变量。生态重建效果综合主成分得分，可以代表90.103%的不同植被栽植样方重建效果差异信息，具有较好的代表性和客观性。

LCD_Write_Char(10,0,table[pm_density%10]);

LCD_Write_String(11,0,"μg/m3");

班主任很少主动和学生交流，或者不交流，要么就是批评性的交流，甚至用带有侮辱性的言语，给学生造成了伤害。只和个别学生交流，这些学生要么是班干部，要么是尖子生，还有班主任安插的“眼线”。这种方式让大多数学生感到不自在，同学之间逐渐疏远，师生之间也疏远，班上容易形成小团体，久而久之，班级风气极为不和谐。致使学生把精力放到勾心斗角上，学风根本谈不上。

LCD显示的部分程序如上所示，假设pm_density为3 452，上述LCD程序运行后，便可以在液晶显示屏上得到PM2.5 345.2 μg/m3的字样。相当于又把pm_density缩小到十分之一，故显示的便是浓度的真实值。

负离子发生器的驱动更加简单，只需将单片机的输出通过光耦合器控制负离子发生器的电源回路即可。

设计中要求浓度高于高浓度报警值时发出警报，且高浓度警报值可调，显然需要将该值显示在液晶屏上并配合相应的按键来实现该功能。在程序中设该警报值变量为pm_URV，用if语句判断pm_URV与pm_density间的大小关系，一旦pm_density大于所设置的pm_URV，将触发警报，并自动激发最高档位的调速开关。

LCD_Write_Char(8,0,table[pm_density%100/10]);

led1=1; //led1代表电源指示灯，代表正常工作，当处于报警状态时会熄灭

原位物理处理指不改变底泥位置，采用物理方式对底泥进行遮蔽，直接在底泥的上方用一层或者多层覆盖物覆盖，阻止底泥与上覆水直接接触，防止污染底泥中的污染物向上覆水扩散的底泥修复技术，具有投资低，对周围环境影响小的特点。用于原位覆盖的覆盖材料有多种，包括石子、沙粒等天然物、粉尘灰、炉灰渣等半成品或者是采用特殊材料合成的化学制品。缺点一是降低了河湖泊涌防汛能力，破坏原有生态系统，可能导致新的生态危机。二是覆盖遮蔽没有减少污染底泥层，反而会加速底泥层的厌氧反应和反硝化作用，造成覆盖层逐步侵蚀，容易形成污染反弹。三是在水体流动较快的水域，覆盖材料易发生变动，影响覆盖效果。

通过气象观测，可以提前了解当地气象状况，做好预防，避免或减轻气象灾害对农作物生产所带来的不利影响，促进农作物的增产增收。因此，气象观测是促进我国农业发展、提高农业经济效益的重要手段之一[2]。

led3=1; //led3代表更换滤网报警指示灯，检测到滤网灰度过高时该灯会亮起

迈蒙尼德在《迷途指津》中使用希伯来文的t elem(形象)一词，来论证YHVH不与受造物任何相似，非形体、非物质、绝对独一，没有任何偶性属性、没有任何本质属性的本质同一。与其相关的阿拉伯语是anam：

pm_rateL=UART_Upload[4];

out2=0; //out2代表中档位

out3=1; //out3代表高档位

if(beep==1) //led2代表高浓度警报灯，此时闪烁，并且蜂

//鸣器(alarm_buzz)发出滴滴报警声。beep

//由定时器中断产生，其值每隔10ms在0与

//1间来回波动。

{led2=0;alarm_buzz=0;}

自1999年以来，斯图加特Recom Services有限公司一直致力于分析问题的计算机辅助研究以及工业炉膛的设计和工艺优化。每次燃料更换和每次设备现代化改造以及整个生产过程中的任何调整与变动都会带来技术风险，可能危及设备的运行安全并提高运营成本。借助Recom专门为工业炉膛设计的3D模拟软件，该公司可在不影响实际操作的情况下，在虚拟中模拟设备生产过程中的燃烧和污染物形成过程。

if(beep==0)

{led2=1;alarm_buzz=1;}

腹部的伤口需要7天愈合，因此在伤口愈合之前的护理尤其重要。刚手术后的伤口是用无菌敷料覆盖，但伤口表面不免有少量血性渗出，容易滋生细菌，所以术后第二天需进行伤口表面清洁后，换上消毒的新敷料。若敷料被恶露等污染，要随时更换。到术后第7天，伤口愈合，表面覆盖的敷料可以去除，伤口暴露，产妇也可以进行淋浴。

}

为了使pm_URV可调，设置key_add与key_minus两个按键状态变量，检测按键状态是否发生变化，当按键状态发生变化时，将按键状态变化通过add=key_add或minus=key_minus读取到add与minus两个控制pm_URV增减的变量(按下时产生0信号开始读取，则松开后弹起的1信号便送入了add与minus)。

if(add==1){ //add信号为1时

pm_URV++;

//当pm_URV值过大时，能自动返回0，误操作时用户可以

//上升pm_URV

if(pm_URV>=10000)

// pm_URV一直增加，适用于按住不放的情况，可以快速

//尽快恢复

{pm_URV=0;}

SectorErase(0x2000);

检测结果表明，空白组的亚硝酸盐含量最高，亚硝酸盐降解率仅为22.5%，说明未接种乳酸菌的试验组的降解能力较弱。接种乳酸菌菌株的培养液中的亚硝酸盐含量均有一定程度的下降，降解率在59.1%～99.8%。不同乳酸菌降解亚硝酸盐的能力差别较大，其中活性最强的是Y1、Y4、Q6和Q12，接种这4株乳酸菌的培养液的亚硝酸盐的降解率分别达到98.7%，99.1%，97.9%，99.8%。这4株乳酸菌的菌落形态和细胞形态见表3，亚硝酸盐降解过程见图1。

byte_write(0x2000,pm_URV/256);

byte_write(0x2001,pm_URV%256);

系统上电后单片机对各个模块进行初始化，震动传感器、蜂鸣器、发光二极管、红外遥控处于关闭状态，SIM908模块进行初始化，开启GPS和GSM功能。通过红外遥控器发送布控指令，HX1838红外接收头接收到指令后，SW-420震动传感器将车辆当前情况实时反馈给单片机处理。单片机通过对电平的判断，确定车辆目前的情况，从而决定是否开启声光报警，当发生误触时，控制者也可通过红外遥控器手动关闭报警。当车辆被盗后可以通过短信发送指令，控制SIM908模块发送车辆的实时地理位置信息。系统主程序流程图如图7所示。

//pm_URV的值写入eeprom中，这样关机后pm_URV的值能保留下来，再次开机无需重新设置

}

4 机械模块及总体封装

本设计的机械模块以两个风机为核心。其中进气口风机为10寸交流220AC风机，额定转速为2 800 r/min，能产生比较强的风力，吸收空气进入除尘装置内部。软件与硬件中的调速功能针对进气口风扇进行调速，使其能以三种不同的风力工作。而出气口风机选用功率较小的直流风机，使其一直在额定功率工作。进气口风机(经HEPA滤网)与出气口风机间以L型管道相连以增强对流。

HEPA滤网具有一定的厚度和硬度，将HEPA滤网置于进气口风机后卡槽固定，进气口风扇吸收的空气便能以较高的速度通过HEPA滤网，粉尘将附着在滤网上。滤网后方L管道内1 cm处固定灰度传感器(需要比较坚固的塑料支架，此处在风机开启时具有一定强度的风力)。负离子发生器放置在靠近出气口风机的L型管道内部，注意负离子发生器也应牢固固定，其发生端可能在工作时产生静电，注意使其不能接触到管道内壁。

图8 开启风机时PM2.5浓度的变化

PM2.5传感器放置于装置正面板，但与正面的进气口风机保持一定距离，防止气流干扰，传感器在关机时可密封在防尘罩内，防止浮沉污染PM2.5传感器内的透镜。PM2.5传感器下方放置操作界面与LCD显示屏，在装置正面的亚克力上预留小孔，供传感器和操作界面，LCD显示屏等的线路通过与装置内部的控制模块相连接。

处理模块和继电器放置于一片电路板上，固定在装置内部，与L型管道保持一定距离。装置后面板侧下方预留三角形孔，给装置供电的交流电线从此通过连接到外部220 V电源。同时，在装置内部靠近这一区域处放置变压整流器，将外来的220 V交流电经过变压和整流后得到5 V直流电给控制模块和传感器等供电。在L型管道外围包绕一圈隔音棉，将L型管道与装置内部的间隙填充，以降低装置运行时的噪音。

整个装置的封装如图6、图7所示。

图6 装置正面板示意图

图7 装置侧面剖视图

5 除尘效果实验分析

在密闭室内进行PM2.5除尘实验，可近似认为室内的温度和湿度在测试期间不变。

实验时，开启最高档位工作以验证该装置的最佳除尘净化效果，使用装置自带的PM2.5传感器监测PM2.5浓度并绘制曲线。实验中使用香烟燃烧模拟PM2.5污染物的释放，在PM2.5浓度比较稳定(混合均匀)后，开启风机，测定PM2.5浓度随时间的变化来反映装置的除尘效果，同时设置不开启风机的对照组以测定PM2.5浓度的自然衰减，每隔30 s记录一次，实验结果如图8、图9所示(图中所示时间轴的零点为PM2.5逐渐上升直至比较稳定的那个时间点)。

显然，风机+HEPA滤网的除尘模式效果明显，在10 min内已经能将污染后280+的PM2.5浓度降至100以下，开启14 min 30 s后浓度甚至降到了43.4，这个数字比测试房间污染前的PM2.5浓度87.7(初始浓度这么高是因为测试房间长时间不通风，空气较差)还要低很多(注:因使用的传感器有些许迟滞，且烟雾的飘动比较随机，短时间内数据出现水平和波动都是很正常的)。虽然不开启风机时，一段时间后PM2.5浓度依会下降，但下降速度缓慢，在17 min时仍维持在接近180的浓度水平，房间内仍有刺激性气味。(注:两次实验零点处的PM2.5浓度有些许不同是因为很难在两次实验中得到相同的PM2.5初始浓度，上述两条曲线已是多次实验得到的平均值，已经尽量减小了误差)在装置基本成型时，进行了4种情况对比实验，就其除尘效果与前两次相比进行了对比。结果如图10所示。

图9 不开启风机时PM2.5浓度的变化

图10 4种情况的对比图

显然，无论是风机+HEPA滤网除尘还是负离子除尘，相较于无除尘装置时效果均很明显。负离子除尘在一开始效果非常好，甚至比风扇除尘效率更高，但当PM2.5浓度下降到150左右时，负离子除尘的效果就不是很理想，最终也未将PM2.5浓度降至100以下。结合负离子除尘的原理，可以这样理解。负离子发生器附近的氧分子会逐渐被转化为氧离子，氧离子与空气中的微尘颗粒结合以沉降。但经过一段时间的工作，负离子发生器附近的氧离子浓度已经达到一个临界值，很难再将氧分子继续转化为氧离子，所以其工作效果变得不理想。要解决这个问题，必须将转化出的氧离子及时扩散出去，因此本装置选择将负离子发生器放置于风扇出气口附近，及时将氧离子扩散出去，使除尘效果更好。

上述实验结果表明，将负离子除尘与风机+HEPA过滤除尘两种方式结合后，能取得比单一除尘方式更好的效果，本装置已经达到了对除尘效果的设计要求。

结 语

本设计基本实现了设计要求，但还有很大的改进空间。比如运行时的噪音问题，虽然运用发泡剂和隔音海绵能吸收大部分噪音，但仔细研究可发现，风机旋转时叶片旋转面并不能保持水平，而旋转轴也不能始终保持在中心竖直线上，这可能是产生噪音的一个重要原因。查询可知这种现象在国产排风扇上是广泛存在的，很难对其进行改进。若采用更好的排气扇，相信最终效果会变得更好。另一个可以改进的地方是现在ZPH01粉尘传感器，该传感器略有一些迟滞性，进气口也比较小，采样的空气局限在附近区域内，导致所测浓度时常波动。至于采用何种传感器能取得最佳效果，需要大量的比较工作，有待进一步研究。

参考文献

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