空气颗粒物检测电路、空气颗粒物检测仪及空气净化器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及检测技术领域，具体涉及一种空气颗粒检测电路、空气颗粒物检测仪及空气净化器。


背景技术：

2.随着人们环保意识的增强，空气质量检测的应用越来越广泛。空气颗粒物是空气质量的指标之一，主要用于检测空气中颗粒物的浓度及大小。
3.相关技术中，通过光学测量仪器来进行空气颗粒物检测。常用的用于空气颗粒物检测的光学测量仪器包括光度计和光学粒子计数器。然而，光度计和光学粒子计数器在进行空气颗粒物检测时均存在缺陷。光度计在进行空气颗粒物检测时无法测量空气颗粒物的颗粒大小，而光学粒子计数器无法对浓度较高的空气颗粒物进行检测。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种空气颗粒物检测电路、空气颗粒物检测仪及空气净化器，实现了对空气中的颗粒物进行准确检测。
5.根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种空气颗粒物检测电路，所述电路包括：发光模块、光传感模块、信号放大模块、滤波模块和信号处理模块；
6.所述发光模块，用于产生光信号；
7.所述光传感模块，用于接收所述光信号经过所述空气颗粒物后形成的散射光信号，根据所述散射光信号产生电流信号；
8.所述信号放大模块，用于将所述电流信号转换并放大为电压信号，将所述电压信号传输给所述滤波模块；
9.所述滤波模块，用于对所述电压信号进行滤波处理，将滤波处理后的电压信号传输给所述信号处理模块；
10.所述信号处理模块，用于对所述滤波处理后的电压信号进行信号处理，以生成空气颗粒物检测结果。
11.在一种可选的方式中，所述发光模块包括：发光单元和开关单元，所述发光单元和所述开关单元连接；
12.所述发光单元包括正极端和负极端；
13.所述开关单元包括输入端、控制端和输出端；
14.所述发光单元的正极端连接直流电源，负极端连接所述开关单元的输入端；
15.所述开关单元的控制端连接驱动电路，输出端接地。
16.在一种可选的方式中，所述发光单元包括发光二极管，所述开关单元包括三极管。
17.在一种可选的方式中，所述光传感模块包括光电二极管。
18.在一种可选的方式中，所述信号放大模块包括：第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第三电阻和第四电阻；
19.所述第一运算放大器的正相输入端连接直流电源，负相输入端连接所述第三电阻的一端，输出端连接所述第三电阻的另一端；
20.所述第三电阻的一端连接所述光电二极管的正极端，另一端连接所述第三运算放大器的负相输入端；
21.所述光电二极管的负极端分别连接所述第四电阻的一端和所述第二运算放大器的负相输入端；
22.所述第二运算放大器的正相输入端连接所述直流电源，输出端连接所述第四电阻的另一端；
23.所述第四电阻的另一端还连接所述第三运算放大器的正相输入端；
24.所述第三运算放大器的输出端与负相输入端连接，并且连接所述滤波模块。
25.在一种可选的方式中，所述滤波模块包括一阶滤波单元和二阶滤波单元，所述一阶滤波单元和所述二阶滤波单元连接；
26.所述一阶滤波单元连接所述信号放大模块；
27.所述二阶滤波单元连接所述信号处理模块。
28.在一种可选的方式中，所述一阶滤波单元包括：第一电容、第二电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第四运算放大器；
29.所述第一电容的一端连接所述信号放大模块，另一端分别连接所述第五电阻的一端和所述第四运算放大器的正相输入端；
30.所述第五电阻的另一端接地；
31.所述第四运算放大器的负相输入端分别连接所述第六电阻的一端、所述第七电阻的一端和所述第二电容的一端，输出端分别连接所述第七电阻的另一端、所述第二电容的另一端和所述二阶滤波单元；
32.所述第六电阻的另一端接地。
33.在一种可选的方式中，所述二阶滤波单元包括：第三电容、第四电容、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第五运算放大器；
34.所述第三电容的一端连接所述一阶滤波单元，另一端分别连接所述第八电阻的一端和所述第五运算放大器的正相输入端；
35.所述第八电阻的另一端接地；
36.所述第五运算放大器的负相输入端分别连接所述第九电阻的一端、所述第十电阻的一端和所述第四电容的一端，输出端分别连接所述第十电阻的另一端、所述第四电容的另一端和所述信号处理模块；
37.所述第九电阻的另一端接地。
38.根据本实用新型实施例的另一方面，提供了一种空气颗粒物检测仪，所述空气颗粒物检测仪包括上述的空气颗粒物检测电路。
39.根据本实用新型实施例的又一方面，提供了一种空气净化器，所述空气净化器包括上述的空气颗粒物检测电路。
40.本实用新型实施例通过设置发光模块、光传感模块、信号放大模块、滤波模块和信号处理模块；通过发光模块产成光信号，光传感模块可以接收光信号经过空气颗粒物后形成的散射光信号，并且根据散射光信号产生电流信号；信号放大模块进一步将电流信号放
大为电压信号，将电压信号传输给滤波模块；滤波模块将电压信号进行滤波处理，信号处理模块对滤波处理后的电压信号进行信号处理，以生成空气颗粒物检测结果。本实用新型实施例可根据电压信号的幅值对空气颗粒物的大小进行检测，根据电压信号的数量对空气颗粒物的浓度进行检测，使得检测结果比较准确。
41.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
42.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
43.图1示出了本实用新型实施例提供的空气颗粒物检测仪的结构框图；
44.图2示出了本实用新型实施例提供的空气净化器的结构框图；
45.图3示出了本实用新型实施例提供的一种空气颗粒物检测电路的结构框图；
46.图4示出了本实用新型实施例提供的另一种空气颗粒物检测电路的结构框图；
47.图5示出了本实用新型实施例提供的空气颗粒物检测电路的电路示意图。
具体实施方式
48.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
49.图1示出了本实用新型实施例提供的一种空气颗粒物检测仪的结构框图。请参阅图1，该空气颗粒物检测仪包括空气颗粒物检测电路。空气颗粒物检测电路用于对空气中的颗粒物进行检测，包括但不限于对空气中的颗粒物的大小、颗粒物的数量进行检测。
50.图2示出了本实用新型实施例提供的一种空气净化器的结构框图。请参阅图2，该空气净化器包括空气颗粒物检测电路。空气颗粒物检测电路用于对空气中的颗粒物进行检测，包括但不限于对空气中的颗粒物的大小、颗粒物的数量进行检测。
51.图3示出了本实用新型实施例提供的一种空气颗粒物检测电路的结构框图。该空气颗粒物检测电路可以应用于上述的空气净化器中。请参阅图3，该空气颗粒物检测电路包括：发光模块10、光传感模块20、信号放大模块30、滤波模块40和信号处理模块50。
52.发光模块10，用于产成光信号；
53.光传感模块20，用于接收所述光信号经过所述空气颗粒物后形成的散射光信号，根据所述散射光信号产生电流信号；
54.信号放大模块30，用于将所述电流信号放大为电压信号，将所述电压信号传输给滤波模块40；
55.滤波模块40，用于将所述电压信号进行滤波处理，将滤波处理后的电压信号传输给信号处理模块50；
56.信号处理模块50，用于对所述滤波处理后的电压信号进行信号处理，以生成空气
颗粒物检测结果。
57.本实用新型实施例通过设置发光模块、光传感模块、信号放大模块、滤波模块和信号处理模块；通过发光模块产成光信号，光传感模块可以接收光信号经过空气颗粒物后形成的散射光信号，并且根据散射光信号产生电流信号；信号放大模块进一步将电流信号放大为电压信号，将电压信号传输给滤波模块；滤波模块将电压信号进行滤波处理，信号处理模块对滤波处理后的电压信号进行信号处理，以生成空气颗粒物检测结果。本实用新型实施例的电路结构简单，可以对空气中的颗粒物进行准确检测。
58.图4示出了本实用新型实施例提供的另一种空气颗粒物检测电路的结构框图。该空气颗粒物检测电路可以应用于上述的空气净化器中。请参阅图4，其中：发光模块10包括：发光单元11和开关单元12，发光单元11和开关单元12连接；
59.发光单元11包括正极端111和负极端112；
60.开关单元12包括输入端122、控制端121和输出端123；
61.发光单元11的正极端111连接直流电源，负极端连接开关单元12的输入端122；
62.开关单元12的控制端121连接驱动电路，输出端123接地。
63.本实用新型实施例的发光模块通过设置发光单元和开关单元，通过发光单元可以发光，通过开关单元控制发光单元导通或关断，从而控制发光单元发光在导通时发光，在关断时不发光，从而间接控制本实用新型实施例的空气颗粒物检测电路执行空气颗粒物检测或不执行空气颗粒颗粒物检测。
64.图5示出了本实用新型实施例提供的一种空气颗粒物检测电路的电路示意。该空气颗粒物检测电路可以应用于上述的空气净化器中。
65.请参阅图5，其中，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10和电阻r11分别用于标识第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻和第十一电阻；电容c1、电容c2、电容c3 和电容c4分别用于标识第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；运算放大器u1、运算放大器u2、运算放大器u3、运算放大器u4和运算放大器u5 分别用于标识第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器和第五运算放大器。
66.发光模块10的发光单元包括发光二极管d1，开关单元包括三极管q1。开关单元的输入端为三极管q1的集电极c，控制端为三极管q1的基极b，输出端为三极管q1的发射集e。
67.发光二极管d1的正极连接直流电源v2，负极通过电阻r1连接三极管q1的集电极c，三极管q1的基极b通过电阻r2连接驱动电路的输出端v1，发射集e接地。
68.当驱动电路的输出端v1输出高电平时，三极管q1导通，发光二极管 d1发光；当驱动电路的输出端v1输出低电平时，三极管q1关断，发光二极管d1不发光。电阻r2可以对三极管q1的基极b的电流进行限制，电阻 r1可以对三极管q1的集电极c的电流进行限制。
69.光传感模块20包括光电二极管d2。光电二极管d2根据不同的光信号可以产生不同的电流信号，光电二极管d2与发光二极管d1之间的区域为感应区域，能够感应空气颗粒物。感应区域中的空气颗粒物的大小不同，光电二极管d2会产生不同的电流信号；感应区域中的空气颗粒物的浓度不同，光电二极管d2也会产生不同的电流信号。
70.信号放大模块30为差分放大电路。该差分放大电路包括：运算放大器 u1、运算放大器u2、运算放大器u3、电阻r3和电阻r4；运算放大器u1 的正相输入端连接直流电源v2，负
相输入端连接电阻r3的一端，输出端连接电阻r3的另一端；电阻r3的一端连接光电二极管d2的正极端，另一端连接运算放大器u3的负相输入端；光电二极管d2的负极端分别连接电阻r4 的一端和运算放大器u2的负相输入端；运算放大器u2的正相输入端连接直流电源v2，输出端连接电阻r4的另一端；电阻r4的另一端还连接运算放大器u3的正相输入端；运算放大器u3的输出端与负相输入端连接，并且连接滤波模块40。
71.通过差分放大电路可以将光电二极管d2的电流信号放大为电压信号。该电压信号一般为电压脉冲信号，电压脉冲信号的幅值表示空气颗粒物的大小，而电压脉冲信号的数量表示空气颗粒物的浓度。差分放大电路输出的增益g＝运算放大器u3的输出端电压/光电二极管d2的感应电流＝r7 r10。
72.滤波模块40包括一阶滤波单元41和二阶滤波单元42，一阶滤波单元41 和二阶滤波单元42连接；一阶滤波单元41连接信号放大模块30；二阶滤波单元42连接信号处理模块50。
73.一阶滤波单元41包括：电容c1、电容c2、电阻r5、电阻r6、电阻r7 和运算放大器u4；电容c1的一端连接信号放大模块30的运算放大器u3的输出端，另一端分别连接所述电阻绕的一端和运算放大器u4的正相输入端；电阻r5的另一端接地；运算放大器u4的负相输入端分别连接电阻r6的一端、电阻r7的一端和电容c2的一端，输出端分别连接电阻r7的另一端、电容c2的另一端和二阶滤波单元42；电阻r6的另一端接地。
74.二阶滤波单元42包括：电容c3、电容c4、电阻r8、电阻r9、电阻r10 和运算放大器u5；电容c3的一端连接一阶滤波单元41，另一端分别连接电阻r8的一端和运算放大器u5的正相输入端；电阻r8的另一端接地；运算放大器u5的负相输入端分别连接电阻r9的一端、电阻r10的一端和电容 c4的一端，输出端分别连接电阻r10的另一端、电容c4的另一端和信号处理模块50；电阻r9的另一端接地。
75.一阶滤波单元41的低频截止频率为flow1＝1/(2π*r11*c14)，高频截止频率为fhigh1＝1/(2π*r5*c8)，增益为g1＝1 r5/r13。
76.二阶滤波单元42的低频截止频率为flow2＝1/(2π*r12*c15)，高频截止频率为fhigh2＝1/(2π*r6*c9)，增益为g2＝1 r6/r14。
77.一阶滤波单元41和二阶滤波单元42的低频截止值设置了通过感应区域的空气颗粒物的流速的下限，一阶滤波单元41和二阶滤波单元42的高频临界值设置了通过感应区域的空气颗粒物的流速的上限，一阶滤波单元41和二阶滤波单元42的总增益为：gtot＝(1 r5/r13)*(1 r6/r14)，经过一阶滤波单元41和二阶滤波单元42的处理，可以过滤掉电压脉冲信号中的干扰。
78.信号处理模块50包括单片机和电阻r11。电阻r11可以限值单片机的输入电流。单片机进一步可以对二阶滤波单元42的电压脉冲信号进行信号处理，通过识别电压脉冲信号的幅值来检测空气颗粒物大小，通过识别预设时间内电压脉冲信号的数量来检测空气颗粒物浓度。
79.本实用新型实施例通过由发光二极管与光电二极管组成感应区域，光电二极管根据感应区域的空气颗粒物产生感应电流，差分放大电路将感应电流转化为电压脉冲信号，电压脉冲信号的幅值表示空气颗粒物的大小，电压脉冲信号的数量表示空气颗粒物的浓度，滤波模块对电压脉冲信号进行滤波后，通过单片机对电压脉冲信号进行处理，从而可以
对空气颗粒物的大小和浓度进行检测。
80.需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。
81.在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。
82.此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
83.在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
84.在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
85.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。