气象指挥车空气净化系统的设计范文

摘要

针对气象部门的移动指挥车需求，本文研究与设计车内的一套空气净化系统。该空气净化系统以光催化技术与传感器采集技术为核心，通过直流风机将车内气体引至系统进风口，首先，气体经过三层过滤网进行机械过滤;然后，过滤后的气体再经过涂有催化材料的金属过滤网。在紫外线灯的照射下，催化涂料纳米金属氧化物与紫外线发生反应，产生极强氧化物，对过滤后的气体进行杀菌与消毒，完成了对气象指挥车舱内的空气净化的过程，有效保障车舱内气体质量与人员的健康。

关键词

光催化技术;空气净化;传感器;移动指挥车

当前，全球的大气污染已经成为了热点话题，各种气体污染已经给人们的健康带来一定的危害。就室内气体污染来说，如装修、生产污染产生的甲醛、苯、二甲苯等有机物;而室外气体污染，如现在流行的PM2．5(细颗粒物，指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2．5μm的颗粒物)［1］类似的污染物，通过人们的呼吸给人体的健康造成极大危害，严重的会导致一些很难治愈的疾病产生。因此，针对空气污染物治理的研究从来没有停止过，本文针对移动指挥车舱内的空气污染问题，设计与实现了一套的空气净化系统，该系统基于光催化技术将有效地过滤空气中的颗粒物，并能起到杀菌和抑制病毒的作用，以保障车内工作环境的质量和人员的健康。

1空气净化系统原理

空气净化技术是近二十年来发展的综合性新技术［2］，本文中所研究的空气净化系统，是结合了空气过滤、杀菌、消毒功能为一体，且利用空气压缩机，将车舱内气体循环进行净化的一套系统，具有高效率、杀菌彻底的效果。尤其是采用了光催化技术，利用紫外线光的杀菌功能，结合光照射强度的催化涂料，使得净化系统具有快速、高效的特点。整个空气净化系统的原理如图1所示。系统中气体传感器，对车内空气进行空气质量数据采集，控制系统根据采集结果、污染程度，对风机转速进行调节，通过车内风道进风口将车内气体吸入净化系统，经三层特制滤芯进行彻底净化、吸附，并通过在纳米金属氧化物催化作用下、进行高效杀菌处理，得到新鲜洁净的空气由风道出风口进入车舱。

2空气净化系统设计

2．1总体结构设计为移动指挥车设计的空气净化系统，主要划分为:空气循环模块、空气过滤模块、气体采集模块、空气杀菌模块、电源模块等几个部分，总体结构与流程如图2所示。

2．2气体循环模块空气净化系统的气体循环利用的直流风机，通过风机的压缩将车舱内气体引入装有空气净化系统设备的风道中。设计风机的控制电路，如图3所示，将风机的电源引脚1接到电源模块上，获取12V直流电;风机引脚2接地，3脚为高电瓶状态，4脚接启动电容，通过光耦MOC3023控制风机运行。当单片机向光耦发送低电平信号后，即可启动风机。同时，根据车舱内气体状态，单片机通过调整“占空比”［3］，调整风机转速，从而调整系统功率。

2．3气体采集模块气体采集是为了实现净化系统运行功率控制的依据，通过气体传感器TGS800，采集当前车舱内的气体质量与状态，如果污染比较严重，则通过单片机提高风机转速，反之，则降低风机转速。TGS800气体传感器，通过内部材料，可以根据接触到的气体成分，调整其输入引脚的电压值［4］。设计传感器控制电路如图4所示，TGS800传感器引脚分别连接到电源、单片机信号处理引脚等，采集信号的输出连接到单片机的PB6、PF1引脚，若输出电压增加，则表示气体污染加重，单片机将利用程序将风机转速调高。

2．4气体过滤模块气象指挥车舱内的气体过滤，采用的是机械方式，通过风机进入到净化系统风道的气体，首先直接接触的是空气过滤网。其结构布局如图5所示，采用了三层高效的过滤网。第一层预过滤网:滤除头发、宠物毛发等较大颗粒。第二层高效过滤网(HEPA［5］):可以去除0．3μm的细小颗粒，效果可达99．97%，其抗菌涂层，可有效去除细小的灰尘和烟雾。第三层活性碳过滤网:复合活性碳过滤网，将空气净化专用优质复合活性碳，均匀种植在具有独特三维立体结构的网状吸附体上，能够有效去除异味、甲醛、笨、氨、细菌等有害气体和物质。

2．5气体杀菌模块气体杀菌、消毒模块，利用的是金属过滤网，在过滤网上涂催化材料(纳米金属氧化物)，在风道内加装一个小功率紫外线灯管，对金属过滤网处进行照射。金属过滤网上涂有纳米金属氧化物，在一定波长的强紫外光下，发生光催化、产生大量的极强氧化物，将已过滤后的空气进行彻底消毒、杀菌。本模块，利用了紫外线杀菌的原理，通过紫外线的照射，穿透微生物的细胞膜，破坏各种病菌、细菌、寄生虫以及其他致病体的DNA结构，毁坏其核酸分子键，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，从而达到消毒灭菌的作用。紫外光发射灯管是8W的小功率紫光灯，其驱动与控制电路与风机的控制方式类似，只是不再设计灯管的功率调节功能，其结构布局如图6所示。

3气象移动指挥车应用

由于全球气候变化，极端天气气候事件频繁发生，为了处理重大社会活动以及突发公共安全事件，气象部门加强了气象应急移动系统的建设，尤其是通过车载气象应急系统定制，以此来保障气象监测与服务工作，提高对气象灾害与危害的控制。气象应急指挥车，主要起到应急移动监测、应急移动通信、应急支撑保障、应急服务指挥的作用。随着气象移动指挥车在气象部门的广泛应用，为了保障车舱内的空气质量，保障车内工作人员的健康，以及车内重要设计的精密，指挥车在设计的时候，将一套光催化技术下的空气净化系统进行集成，布局如图7所示。该车利用客车为底盘，在原车的空调风道上增加一段风道，在一侧开设进风口，约500mm距离处开设一个出风口，在这段风道之间安装空气净化系统及设备。利用高效的空气净化系统，能够快速地对车舱内气体进行过滤、杀菌、消毒等作用，保障气象指挥车内人员的健康、精密监测设备的安全与正常运行。

4结论与讨论

本文研究的气象指挥车的空气净化系统，是在当前空气污染日益严重的前提下提出来的，这种结合了科学的机械式过滤网、光催化式的杀菌层的净化系统，对空气成分不仅仅起到表面上的过滤作用，且从实质上的彻底消除了空气中的有害分子，是一种较为先进的气体治理方式，足够保障气象移动指挥车内的空气质量。满足我国气象应急移动车建设的需求，有助于解决气象灾害监测、预测、信息以及应急服务和相应中国的薄弱环节，提升中国气象防灾、减灾的应急响应能力，在重大灾害性天气、重大公共安全事件和重大活动中具有广泛的应用前景。

参考文献

［1］赵伟荣．室内空气污染及净化技术［M］．北京:化学工业出版社，2013:2－11．

［2］张波．新型空气净化器的研制与应用［J］．静电应用技术研究，2010，21(3):79－82．

［3］王晓明．电动机的单片机控制［M］．北京:北京航空航天大学出版社，2007:156－167．

［4］郭振华．半导体气体传感器及其阵列的检测技术研究［D］．合肥:中国科技大学，2007:23－24．

［5］BiManqing．TheIndustrialSignalProducingandMeasuringDeviceBasedonMSP430SeriesSingleChipMicroController［J］．6thInternationalSymposiumonTestandMeasurement，2011，(6):668－671．

作者：杨昆 单位：临沂市气象局