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温湿度传感器在空气净化器中的控制及原理

2019年01月07日 14:24 次阅读

随着科技的进步,人们生活也越来越便利了,各种智能化设备也应运而生。然而科技的进步也给我们的环境带来了诸多问题。近年来,各大小城市都被颗粒物笼罩着,严重威胁着人类的健康。为了争回我们的新鲜空气,笔者所在公司设计研发一款与一般空气净化器。的空气净化器不同的是,这款空气净化器是吸顶式的,除了空气净化系统外,还具有LED灯控系统。作为一款环境优化设备,自然少不了采集室内的温度与湿度,方便用户参考与使用。

设计之初,就有不少问题摆在笔者面前。如,由于是吸顶式的空气净化器,内部空间十分有限,器件选型等成了笔者设计的拦路虎。之前常用的温湿度传感器长宽高约为15.5*12*5.5mm,相对我们这款净化器内部有限的空间,这体积实在是太大了,其测量精度也不尽人意。使得我们迫切的希望找到一款精度高,体积小的温湿度传感器。正当我们翻阅无数资料与器件选型手册而手足无措时,具有优秀性能的3*3mm见方的温湿度传感器Si7020,让人眼前一亮,顿有山重水复疑无路,柳暗花明又一村之感。佛语有曰:一花一世界,一叶一菩提。说的乃是再小的物件也有自己的天地。如此花此叶,Si7020这款小小芯片,却把温度、湿度等功能都集成到一起,内有天地,不得不服。

笔者简要的把Si7020和某传感器做了对比如表1:

温湿度传感器在空气净化器中的控制及原理

表1:Si7020与某传感器参数对比

由上图的对比可以看出,Si7020无论是在体积还是精度等方面,都是非常优秀的。特别是在体积和精度上,有着无可替代的优势。其他参数虽未在表中列出,但是都有不俗的表现,如在功耗上,其工作电流仅150uA,待机电流惊人的达到60nA。这些都是传统的温湿度传感器无法比拟的。

针对笔者的吸顶式净化器,笔者有些许经验与大家分享,净化器设计的系统框图如下:

温湿度传感器在空气净化器中的控制及原理

图1:系统框图

设备在常态时,可作为吸顶灯使用,室内的PM2.5和甲醛等参数通过辅助系统采集到,再通过无线数传单元传输到手机APP与远端UI上。通过远端UI和APP都可以对设备进行控制。也可以在二者上查看室内温度、PM2.5等环境参数。

在原理图设计驱动电路上,Si7020相比普通传感器更加简单。Si7020提供I2C总线接口,只需要把传感器下挂到总线上即可,无需单独为其提供IO口,可节省硬件资源。我们的原图如下图,大家可参考一二:

温湿度传感器在空气净化器中的控制及原理

图2:Si7020原理图

此外,在PCB电路图绘制上,对Si7020的绘制,需要有两点注意的情况。

1)由于本身的温湿度传感器特性,Si7020应远离发热器件,如DCDC、WIFI模块等大功率器件。
笔者就吃了这方面的亏。第一版本,Si7020放置在角落,这是没有问题的,但是在Si7020上方我们还架设了一款WIFI模块,疏忽了WIFI模块发热,从而导致其周边环境温度偏高,湿度偏低。第二版本改进后,笔者就解决了这个问题,温湿度测量效果非常好。

2)笔者建议把Si7020的驱动电路单独放置,隔离开来,不直接敷铜,而用走线替代。如下图3所示(图中Si7020左侧两电阻是I2C总线上拉电阻,原理图中未给出)。

温湿度传感器在空气净化器中的控制及原理

图3:Si7020布局图

下面来一张我司空气净化器部分的温度传感器实物图,欢迎评鉴。

温湿度传感器在空气净化器中的控制及原理

图4:温度部分实物图

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