【应用】温湿度传感器在空气净化器中的应用

时间： 2016-01-22 来源：世强

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随着消费者对大气污染关注度的不断提高，空气净化产品逐渐成为市场上的焦点，很多人家里都安装了空气净化器。而各种传感技术的发展和应用，使空气净化器的性能和功能全面提高，进一步实现了舒适、安全、节能。当前市面上的空气净化器一般都装有三种传感器——温湿度传感器、粉尘传感器和异味传感器。

湿度传感器是几十年来的传统元器件，目前产品越来越小型化，并通过精确的计算，赋予了新的应用生命力。对于空气净化器而言，温湿度传感器是必须的，其作用是检测室内湿度（干燥状态），净化器根据该数据控制加湿量，即可保证室内环境在一定的湿度范围内，以保持最舒适的湿度。

空气净化器设计方案：

本设计将采用SILICON LABS EFM32TG840作为主控MCU，结合数字温湿度一体传感器芯片Si7020、以及CO₂、环境传感器等数据采集进行空气质量分析，并控制加湿装置、空气净化装置来进行空气净化。该空气净化器方案能够对室内空气质量状况进行实时监测、反应灵敏并且具有相应的处理措施；能够感应人体活动有并作出判断给出相应处理措施能够吸附各种有害物质还具有杀菌功能；具有友好的人机交互界面；具有自动开关机、定时操作、多种工作模式选择和多种操作方式。

系统框图如下：

图1：空气净化器系统框图

主控MCU

EFM32是由Silicon labs公司采用ARM Cortex-M0+\M3\M4内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器。该设计采用M3内核的EFM32TG840F32单片机，其封装为QFP64，flash和RAM资源为32KB和4KB；

温湿度传感器

数字温湿度一体传感器芯片Si7020：采用低K电介质聚合物检测温湿度的专利设计，具有低漂移和迟滞及卓越的长期稳定性，标准I2C数字输出，宽的工作电压范围，同时具有很高的温度精度（+/-0.3℃）和湿度精度（+/-2%RH），专为极低功耗、小体积（3*3*1mm）应用设计，具有良好的品质、快的响应速度、抗干扰能力强、性价比高等优点。

空气质量\C02传感器

空气质量传感器是用与测量颗粒物的传感器，本设计选择灰尘传感器，可以灵敏感知到烟草产生的香烟气和花粉、房屋粉尘颗粒等；CO₂传感器用于检测空气环境的二氧化碳浓度，二氧化碳浓度过高人体会感觉胸闷缺氧呼吸困难，甚至窒息死亡；目前市场上常用的都是红外原理的二氧化碳传感器。

电源模块

空气净化器为市电供电，带电压转换电路，EFM32的工作电压为1.8~3.8V，Si7020工作电压为1.9~3.6V，根据MCU、传感器、EEPROM等来选择转换电压。

空气净化装置

采用双波长光氢等离子空气净化器，能够吸附并电解空气中的细小颗粒，对空气中的细菌、病毒及有机污染物进行杀灭、降解，使得室内的空气得以净化，从而提高室内空气品质。

加湿装置

采用超声波加湿装置，超声波加湿器已被广泛应用在各种领域。超声波加湿器采用每秒200万次的超声波高频震荡，将水雾化为1微米到5微米的超微粒子和负氧离子，负氧离子，达到均匀加湿，能清新空气，增进健康，一改冬季暖气的燥热，营造舒适的生活环境。

显示模块

采用段式LCD进行显示，显示数据包括当前净化器状态、空气温湿度、控制质量、灰尘颗粒浓度及CO2浓度等，由于主控MCU EFM32TG840F32积成了LCD驱动，外部可以省去一个LCD驱动芯片。

按键控制

按键主要为人工设置、信息查看等提供人机交互接口，本设计采用普通机械按键。

EEPROM

用于存储相关参数，数据量并不大，可采用8K或者16K即可。

红外遥控

红外遥控采用一体化红外遥控接收头，它将红外接收管(光电二极管)、放大器、滤波器及解调器集成在个硅片上,不仅尺寸小、无需外部元件,并且具有抗光电干扰性能好(无需外加磁屏蔽及滤光片)、并有接收角度宽等特点。

温湿度传感器Si7020的优势

选用高精度、高可靠性及稳定性的温湿度传感器Si7020、控制质量传感器及C02传感器，提供实时高质量的空气质量监控；采用了多款低功耗器件，并由MCU自主对环境进行检测和判断，适时启用空气净化装置和超声波加湿器，达到省电节能的目的；采用LCD显示、红外遥控显示丰富、直观，控制方便，具有良好的人机接口；内置EEPROM，能够记忆用户设置，根据用户喜好智能化设置工作模式、空气质量参数等。

温湿度传感器Si7020具有优异的可靠性、稳定性及高精度特性，非常适合于对温湿度检测指标有一定要求的空气净化器的应用，该温湿度传感器经过出厂校准，并将校准数据保存在片上的非易失性存储器内，并有可选的保护膜，保证了芯片的一致性及长期稳定性。因此，Si7020非常适合于空气净化器。

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