一种用于空气调节的臭氧释放器及臭氧释放浓度调节方法与流程

1.本发明是一种用于空气调节的臭氧释放器及臭氧释放浓度调节方法，属于空气调节技术领域。


背景技术：

2.臭氧消毒是指以臭氧作为消毒剂的水处理技术。臭氧是一种强氧化剂，溶于水后，直接或利用反应中生成的大量羟基自由基及新生态氧间接氧化水中的无机物、有机物，并进入细菌的细胞内氧化胞内有机物，从而达到杀菌消毒、净化水质的目的，与加氯消毒相比，臭氧消毒剂髦小、作用快、消毒效果更佳，同时可以改善水的口感和观感。
3.现臭氧消毒进入家庭应用，各类应用场景增多，如消毒包，消毒箱，消毒柜，房间内消毒，便携式消毒释放装置等等，各类消毒场景需要根据消毒空间大小以及环境对臭氧释放的量进行控制，按照消毒技术规范和gb 28232《臭氧发生器安全与卫生标准》，表面消毒需要臭氧浓度达到60mg/m
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，因此消毒产品的臭氧释放要达到此标准以上，才有效果，但若臭氧释放量过大也不好，因为臭氧具备有氧化性，过度释放臭氧，虽然消毒干净了，但容易损坏物品。
4.臭氧释放定量控制最简单的方法是使用臭氧传感器，比如产品设定当臭氧含量到达100mg/立方升（略高于国家标准）的时候停止释放，使用臭氧传感器甚至可以精准控制臭氧浓度，当低于100mg/立方升的时候开启，高于100mg/立方升的时候关闭，让空间内的臭氧浓度精准控制在100mg/立方升这个浓度范围。如专利号“201710456297.6
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、专利名称“一种自动调节臭氧浓度的空气净化器”的专利即采用臭氧传感器进行臭氧浓度的调节，该专利中臭氧传感器将监测到的信号转变为电信号并送往单片机，单片机将送入的臭氧值同内存中预存的臭氧国家允许最高标准值相比较。如果监测到的臭氧浓度小于国家允许最高标准值，则单片机无指令发出:如果监测到的臭氧浓度高于国家允许最高标准值，则单片 机发出指令，降低端口输出脉冲的频率，即改变脉冲宽度，使脉冲宽度增加，通过电阻控制二极管的导通和截至时间增加，从而使二极管集电极相连的升压变压器产生的电压降低，次级的电压也随之下降，导致电场极板电压下降，电离电压下降，臭氧浓度随之下降。
5.然而，价格较高的臭氧传感器限制了臭氧消毒产品的家庭化普及，对于绝大部分的家庭应用场景来说，相对粗略控制臭氧的释放量，令其基本达到释放量而成本大幅降低。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种用于空气调节的臭氧释放器及臭氧释放浓度调节方法，通过数学建模可精准控制臭氧释放的浓度，不需要使用臭氧传感器，不用增加硬件控制电路的成本，降低了臭氧释放器的成本。
7.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于空气调节的臭氧释放器，包括mcu模块和电源模块，mcu模块连接有臭氧释放模块、温湿度检测模块、电流检测模块和oled主板转接头模块，mcu模块采集臭氧释放
模块的电流参数，温湿度参数，并估算出臭氧释放浓度，从而控制和调节臭氧释放量。
8.进一步的，所述mcu模块包括芯片u5，芯片u5的型号为stm32f103c8t6，芯片u5的15脚连接有电阻r28一端和电容c8一端，电容c8另一端接地，电阻r28另一端连接臭氧释放模块，芯片u5的7脚连接有电容c20一端和电阻r15一端，电容c20另一端接地，电阻r15另一端接3v3电源，芯片u5的44脚连接有电阻r16一端，电阻r16另一端接地。
9.进一步的，所述电源模块包括芯片u1，芯片u1的型号为sy8120b1，芯片u1的4脚和5脚连接有电容c5一端、电容c4一端和tvs管d8一端，并接dc12v电源，电容c5另一端、电容c4另一端和tvs管d8另一端接地，芯片u1的1脚连接有电容c1一端，电容c1另一端连接有芯片u1的6脚和电感l1一端，电感l1另一端连接有电阻r2一端、电容c2一端、电容c3一端和tvs管d1一端，并接3v3电源，电容c3另一端和tvs管d1另一端接地，芯片u1的3脚连接有电阻r2另一端、电容c2另一端和电阻r5一端，电阻r5另一端接地。
10.进一步的，所述臭氧释放模块包括三极管q2，三极管q2的基极连接有电阻r8一端，电阻r8另一端连接有芯片u5的18脚，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极连接有电阻r6一端，电阻r6另一端连接有电阻r4一端和mos管q1的1脚，电阻r4另一端和mos管q1的2脚接dc12v电源，mos管q1的3脚连接有二极管d2一端和臭氧释放器接口p3的1脚。
11.进一步的，所述电流检测模块包括芯片u2，芯片u2的型号为lmv358，芯片u2的1脚连接有电阻r7一端和电阻r28一端，电阻r7另一端连接有电阻r17一端和芯片u2的2脚，电阻r17另一端接地，芯片u2的3脚连接有电阻r1一端和臭氧释放器接口p3的2脚，电阻r1另一端接地。
12.进一步的，所述温湿度检测模块还包括接口p4，接口p4用于外接温湿度传感器，接口p4的2脚接地，接口p4的1脚连接有芯片u5的13脚。
13.进一步的，所述oled主板转接头模块包括接口con2，接口con2的8脚连接有芯片u5的43脚，接口con2的6脚连接有芯片u5的25脚，接口con2的5脚连接有芯片u5的11脚，接口con2的4脚连接有芯片u5的27脚，接口con2的3脚连接有芯片u5的26脚，接口con2的1脚连接有芯片u5的10脚。
14.一种用于空气调节的臭氧释放器的臭氧释放浓度调节方法，所述控制方法是假定臭氧释放浓度为某个数学模型，并使用部分数据拟合求解此模型，然后通过更多的实验进行验证模型的有效性。
15.进一步的，所述控制方法具体包括以下步骤：定义达到约定浓度所需时间为t，空间体积为k，电流为i，环境湿度为s，那,由于密闭空间和时间基本成正比，假定，为密闭空间内释放的臭氧浓度，使用最小二乘法进行二元函数的超曲面拟合；如果, 就是一个最普通的平面，但是当扩展到一个二次曲面的时候，曲面公式为
……
；采用matlab的工具用最小二乘法均方差sse和拟合优度r-square；使用递归方法调用
……
函数逐步升阶，若满足均方差sse《0.1, 拟合优度r-square》0.98 ，则停止升阶，拟合成功。
16.进一步的，所述控制方法还包括以下步骤：因环境波动带来的臭氧释放及电流波动，使用积分来控制释放时长；
令每秒采样计算一次，令为第m时刻的电流和湿度参数，,,则浓度时，若采样间隔为秒，则，当，停止释放臭氧。
17.本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：通过数学建模可精准控制臭氧释放的浓度，不需要使用臭氧传感器，不用增加硬件控制电路的成本，降低了臭氧释放器的成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
19.图1为本发明中mcu模块的电路图；图2为本发明中臭氧释放模块、温湿度检测模块和电流检测模块的电路图；图3为本发明中电源模块的电路图；图4为本发明中oled主板转接头模块的电路图；图5为本发明中消毒蛋中臭氧浓度动态变化图。
具体实施方式
20.实施例1，如图1至图4所示，一种用于空气调节的臭氧释放器，包括mcu模块和电源模块，mcu模块连接有臭氧释放模块、温湿度检测模块、电流检测模块和oled主板转接头模块，mcu模块采集臭氧释放模块的电流参数，温湿度参数，并估算出臭氧释放浓度，从而控制和调节臭氧释放量。
21.所述mcu模块包括芯片u5，芯片u5的型号为stm32f103c8t6，芯片u5的15脚连接有电阻r28一端和电容c8一端，电容c8另一端接地，电阻r28另一端连接臭氧释放模块，芯片u5的7脚连接有电容c20一端和电阻r15一端，电容c20另一端接地，电阻r15另一端接3v3电源，芯片u5的44脚连接有电阻r16一端，电阻r16另一端接地。
22.所述电源模块包括芯片u1，芯片u1的型号为sy8120b1，芯片u1的4脚和5脚连接有电容c5一端、电容c4一端和tvs管d8一端，并接dc12v电源，电容c5另一端、电容c4另一端和tvs管d8另一端接地，芯片u1的1脚连接有电容c1一端，电容c1另一端连接有芯片u1的6脚和电感l1一端，电感l1另一端连接有电阻r2一端、电容c2一端、电容c3一端和tvs管d1一端，并接3v3电源，电容c3另一端和tvs管d1另一端接地，芯片u1的3脚连接有电阻r2另一端、电容c2另一端和电阻r5一端，电阻r5另一端接地。
23.所述臭氧释放模块包括三极管q2，三极管q2的基极连接有电阻r8一端，电阻r8另一端连接有芯片u5的18脚，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极连接有电阻r6一端，电阻r6另一端连接有电阻r4一端和mos管q1的1脚，电阻r4另一端和mos管q1的2脚接dc12v电源，mos管q1的3脚连接有二极管d2一端和臭氧释放器接口p3的1脚。
24.所述电流检测模块包括芯片u2，芯片u2的型号为lmv358，芯片u2的1脚连接有电阻r7一端和电阻r28一端，电阻r7另一端连接有电阻r17一端和芯片u2的2脚，电阻r17另一端接地，芯片u2的3脚连接有电阻r1一端和臭氧释放器接口p3的2脚，电阻r1另一端接地。
25.所述温湿度检测模块还包括接口p4，接口p4用于外接温湿度传感器，接口p4的2脚接地，接口p4的1脚连接有芯片u5的13脚。
26.所述oled主板转接头模块包括接口con2，接口con2的8脚连接有芯片u5的43脚，接口con2的6脚连接有芯片u5的25脚，接口con2的5脚连接有芯片u5的11脚，接口con2的4脚连接有芯片u5的27脚，接口con2的3脚连接有芯片u5的26脚，接口con2的1脚连接有芯片u5的10脚。
27.一种臭氧释放器的臭氧释放浓度调节方法是假定臭氧释放浓度为某个数学模型，并使用部分数据拟合求解此模型，然后通过更多的实验进行验证模型的有效性。
28.所述控制方法具体包括以下步骤：定义达到约定浓度所需时间为t，空间体积为k，电流为i，环境湿度为s，那,由于密闭空间和时间基本成正比，我们假定，为密闭空间内释放的臭氧浓度，使用最小二乘法进行二元函数的超曲面拟合，方便后续臭氧浓度的计算。
29.如果,就是一个最普通的平面，但是当扩展到一个二次曲面的时候，曲面的一般式就变成了,以此类推曲面公式为
……
，更高次的也是一样，详细的高次多项式展开项如下所示：臭氧释放器在平时反复使用及测试中发现，臭氧释放达到预期浓度，主要和三参量相关，分别为空间体积、电流和环境湿度，和空间体积相关，空间越大，释放浓度达到100mg/立方升所需要的的时间越长（假设在密闭环境下），且呈现正比变化规律。臭氧的释放量随多种因素相关，比如释放尖端集尘，碳化，包括环境湿度等等，其直观反应在电流上，电流越大，代表高压放电越频繁，也即代表产生臭氧越多，然而，密闭空间中的臭氧浓度并不全取决于臭氧释放多少，湿度越大，溶解吸收臭氧越多，会导致空气中的臭氧含量减少，同时，湿度大也会阻碍臭氧的释放。因此，电流和湿度对于臭氧释放的影响相对复杂。
30.采用matlab的工具用最小二乘法均方差sse和拟合优度r-square，最小二乘法为公知技术，不再赘述。
31.本项目采集大量数据，以部分数据为蓝本，对于模型拟合求解，以下面数据为例：s:[42.650047.150055.200050.950054.100054.250063.800067.700074.100070.550074.4500]；i:[482488598525486460480475535440410]毫安；t:[7.10007.00005.00005.90007.10008.80008.00009.00007.000010.000013.0000]； 使用递归方法调用
……
的函数逐步升阶，若满足均方差sse《0.1, 拟合优度r-square》0.98 ，则停止升阶，拟合成功。
[0032]
确认确认计算结果，matlab工具计算出均方差sse: 0.08837，拟合优度r-square: 0.9981；则，，其中0.13是试验所使用的空间大小，而则是单位空间臭氧释放。
[0033]
考虑实际使用过程中，环境波动带来的臭氧释放及电流波动，使用积分来控制释放时长。
[0034]
令每秒采样计算一次，令为第m时刻的电流和湿度参数，,,则浓度时，若采样间隔为秒，则上式可写为，当，停止释放臭氧。
[0035]
对上述控制方法进行试验1、试验仪器为sky6000-03型臭氧浓度检测仪，该仪器测定灵敏度为1ppm，量程为0～500ppm，试验装置是消毒蛋，为体积0.13m3的长方形箱体。
[0036]
2、臭氧浓度数字同步显示动态测定测定时首先将消毒蛋接通电源，将臭氧浓度检测仪置于消毒蛋中，检测仪开启校零后消毒蛋关闭密封。开启消毒蛋电源，同时臭氧发生器整套系统开启，消毒蛋内置臭氧浓度模型（公式a，另k=1），估算消毒过程臭氧浓度变化，并同步显示在led屏上。
[0037]
3、运行电流对臭氧浓度数字同步显示的影响测定消毒蛋中臭氧模块单独接稳压直流24v，消毒蛋和臭氧模块均接通电源，开启，系统开始工作，模块释放臭氧，监测臭氧浓度，显示屏实时数显，通过调节电流大小，记录臭氧浓度达到设定值的时间。
[0038]
4、湿度对臭氧浓度数字同步显示的影响测定消毒蛋箱内温度25
±
3℃，通过除湿机和加湿器调节箱内湿度，湿度相对稳定情况下开启消毒蛋电源后，监测消毒过程中臭氧的释放浓度和释放速度，记录数字同步显示到达设定值所需的时间。
[0039]
试验结果如下图所示：检测表明，消毒蛋消毒10min，检测仪臭氧浓度与数字同步显示误差范围
±
10％，即数字同步显示与实际臭氧浓度接近，其动态变化详见图5，但在产品中我们用此模型来估计和控制密闭空间内的臭氧释放浓度，将极大的降低了成本。
[0040]
随着臭氧研究的发展，人们发现它能氧化和分解细菌中的葡萄糖氧化酶，阻碍细菌的新陈代谢。因此，臭氧是一种“强效、绿色”杀菌剂是毋庸置疑的。
[0041]
臭氧消毒数字同步显示值有很多因素影响，其中有臭氧发生器的臭氧发生能力、运行电流、环境相对湿度等等。已有研究结果表明环境相对湿度影响臭氧的浓度，同时也影响其杀菌效果，本试验结果发现，相对湿度过高会影响臭氧发生器的能力，从而衰弱臭氧浓度的释放速度，影响臭氧监测系统的反馈值上升的速度。运行电流的大小直接影响臭氧发
生器的发生能力，通过试验数据可以科学计算出一个合理稳定的设定电流值，保证消毒蛋的消毒能力。
[0042]
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。