设计开发
简易空气负离子传感器的设计
郑留帅
(郑州大学电气工程学院河南郑州450001)
数事执本开与或用
摘要着人们健准意识的加深,对于居住环境空气质量了解的需求越来越大。空气中负离子于浓度作为空气质量的一大指标对其的测量电受到广大人民的关注。为了能够方便快键的测量空气中负高子的浓度,文章提出了一种简易空气负离子传感器的设计方法。以STC89C52单片机为核心，采用平板式负高子采集器、微信号放大电露以及液晶模块等器件设计出了一中空气负高子传感器。该传感器结构简单,测量快速方便，能够满足人们日常生活对空气中负高子浓度测量的需表，
关键词空气负离子平板式采集器微信号放大电路
中图分类号:TP212.2
文献标识码:A
空气负离子被誉为“空气维生素”，对人们的身心健康非常有益。空气中的负离子浓度是空气质量的一大指标，它可以有效的降低空气中的细菌和灰尘含量，净化空气，提高人体的心肺功能，促进各项器官新陈代谢能力，增强人体的免疫力，还能预防和治疗多种疾病。随着生活水平的提高，以及健康意识的加深，人们对于空气负离子广大益处的认识也越来越深，通过对生活环境中空气负离子的测量，帮助人们重视改善生活环境，给予人们一个积极正确的生活指导。
1空气负离子测量原理
空气负离子测量也被成为负氧离子，是指额外携带一个及以上负电荷的氧气离子。空气负离子的测量主要依据对单位体积空气中负电荷数量的估测。空气负离子采集器通常由导电性能良好的金属材料制成。当空气中游离的负离子在撞击到金属极板时，负离子携带的额外电子转移到金属极板上去，从面弓起金属极板呈现负极性。如金属极板通过导线与大地接触，则会在导线上产生一个微弱电流，通过这一电流信号的采集和测量，可以估测出金属极板上所携带的电荷量，再经过计算使可得出空气中负离子的表度。负离子采集器的设计方式大致分为平板式电容式、格栅式和球式，但是后三种方式一般用于专业精密测量仪器，对材料要求高，制作难度大，制作成本高，不适用于一般个人和家庭日常使用。简易空气负离子传感器则采用平板式电极板作为负离子采集器，虽然测量精度略微较差，最大测量误差为土10%，但是已经足以满足日常非专业研究人
员的使用需求，且极大的简化了仪器结构，降低了生产成本。 2空气负离子传感器的设计
2.1整体结构
简易空气负离子传感器主要由平板式负离子采集器，微信号放大电路，STC89C52单片机、液品显示模块四大部分组成。其中平板式负离子采集器与空气直接接触，采集空气中的负离子，并将采集的电荷量转化为微弱的电压信号，微信号放大电路将负离子采集器输出的微弱电压信号进行差分放大，再对信号进行滤波降噪处理，消除干扰信号，输出较为平滑的模拟电压信号，模拟电压信号经过
负商子采集器
放
微信号放大电路
A/D
波
收移日期：2015-02-18
转换图1
单片机
液永模
文章编号:1007-9416(2015)02-0166-02
A/D转换后产生便于单片机处理的数字信号;STC89C52单片机接收到数字电压信号后，对信号进行分析处理，除去剧烈跳变信号，并对多次测量得到的信号进行求取平均值，根据存储器中存储的电压一浓度对照表，得出空气中负离子浓度的数值，并向液品显示模块发出控制信号，液品显示模块主要用于实时显示空气负离子浓度的数值，接收到单片机的控制信息后，将浓度数值直观的显示出来，共使用者观察参考。图1是简易负离子传感器的结构框图。
2.2平板式负高子采集器
平板式负离子采集器的核心器件一一平板式电极板采用具有良好抗氧化性和导电性的奥氏体不锈钢制成，电极板暴露于要测量的空气中，当空气中的负离子接触到电极板后，其所携带的额外电荷被电极板吸收，电极板收集到大量的负离子电荷后，极板本身便呈现负极性。为了将电荷信息转化为后期电路能够处理的电信号，需要将电极板接地，电荷流向大地时会产生微弱电流信号，这里采用电流一电压转化法，将电流信号转化为电压信号，具体实现方式是在电极板与电源负极之间接人一个510MQ的大阻值电阻，当微弱电流流经该电阻时，大阻值电阻将微弱电流信号转化为毫伏级电压信号，这样一来便实现了空气负离子浓度信息的采集。
2.3微信号放大电路
微信号放大电路包括放大电路、滤波电路和A/D转换电路三部分。平板式负离子采集器输出的是微弱模拟电压信号，电压级别为毫伏级，并且由于负离子自身的不稳定性，信号中包含很大的噪声干扰，只有经过微信号放大电路处理之后，才能得到单片机能够分析处理的数字电压信号，放大电路如图2所示，电阻R1为下拉电阻，电容C1为耦合电容，电容C2减少零点漂移对该放大电路的影响，电客C3和电阻R3起滤波和电压放大的作用。微弱电压信号经过该电压放大电路后，模拟电压幅值提升到-5一十5V范围内。
+5 9
R1
U1o
C2 R2
图2
R3
oU2
LM358
作者简介：郑鹤帅(1992一),男,汉族,河南省周口市人,学生,单位：郑州大学电气工程院自动化专业,研究方向：检测技术与自动化装置 166