王璇
一、研究背景
隨著生活水平的不斷提高,人們對(duì)健康的重視程度也日漸增強(qiáng),保持室內(nèi)空氣清新成為人們達(dá)成共識(shí)的生活習(xí)慣。可是,現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和自然環(huán)境的變化,空氣質(zhì)量時(shí)有惡化,北京、上海等大城市時(shí)有霧霾天氣出現(xiàn),惡劣天氣時(shí)間一長(zhǎng),室內(nèi)空氣必定受影響。窗戶是室內(nèi)外空氣交流的必經(jīng)通道,發(fā)明能凈化霧霾空氣的窗戶意義非凡。
二、研究和實(shí)驗(yàn)
負(fù)離子發(fā)生器、雨滴傳感器、霧霾傳感器、繼電器、活動(dòng)裝置、鋁合金窗。通過上網(wǎng)查資料和翻閱書籍,我認(rèn)真了解了PM2.5檢測(cè)儀、聚氯乙烯(PVC)等許多電子器件和材料。
1.模擬實(shí)驗(yàn)
我最開始思考過用空氣凈化濾片代替玻璃,但我隨即發(fā)現(xiàn)目前的空氣凈化濾片普遍無透明性,而且需要借助外力才能凈化空氣。偶然間,我看到了負(fù)離子發(fā)生器這一產(chǎn)品,仔細(xì)琢磨后,我想到了用透氣透明材料替代玻璃,然后在窗戶靠室內(nèi)一側(cè)安裝一個(gè)負(fù)離子發(fā)生器,通過繼電器和霧霾傳感器控制。研究過程中,我確定了兩個(gè)模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行性能研究。
模擬實(shí)驗(yàn)一:負(fù)離子發(fā)生器對(duì)空氣的凈化作用實(shí)驗(yàn)
取一裝滿煙霧的塑料瓶,打開瓶蓋,將已接通電源的負(fù)離子發(fā)生器的發(fā)射端朝向瓶?jī)?nèi)。1分30秒過后,煙霧基本被除盡。
實(shí)驗(yàn)表明,負(fù)離子發(fā)生器的確有凈化空氣的功能。
模擬實(shí)驗(yàn)二:PVC板的透明、透光和防雨性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
取一片PVC板置于書本上,發(fā)現(xiàn)書上的字清晰可見。將PVC板立放,在其一側(cè)用噴壺噴水,發(fā)現(xiàn)另一側(cè)無水滲出。實(shí)驗(yàn)表明,PVC板確有透明、透光和防雨性。
2.具有檢測(cè)PM2.5和凈化空氣功能的透光窗戶裝置設(shè)計(jì)
該項(xiàng)目演示模型的主體結(jié)構(gòu)是一扇由鋁合金制成的30厘米×50厘米窗戶,在窗戶外部裝了一個(gè)類似平開窗的活動(dòng)裝置,并放置了雨滴傳感器和霧霾傳感器。當(dāng)有雨滴滴落在雨滴傳感器上時(shí),傳感器會(huì)通過繼電器驅(qū)動(dòng)活動(dòng)裝置運(yùn)作,將其所載的PVC材料放下,雨停后便收起。這樣,就做到了既防雨又透光、透明。
當(dāng)霧霾傳感器感應(yīng)到室外空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí),便會(huì)通過繼電器啟動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器,除去空氣中的污染物質(zhì),改善空氣質(zhì)量。相較于普通窗戶,該項(xiàng)目用通風(fēng)透氣的材料代替了玻璃,使室內(nèi)空氣更新鮮,且不用擔(dān)心雨水和霧霾對(duì)室內(nèi)物品及人的影響。如果擔(dān)心遇到惡劣霧霾天氣,負(fù)離子發(fā)生器的功率不足以凈化空氣,那么放置在窗外的另一個(gè)超高濃度霧霾傳感器就會(huì)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)裝置放下PVC板,給窗子穿上一層保護(hù)衣,防止室內(nèi)空氣受超強(qiáng)霧霾天氣的影響。
三、可行性分析
我用Arduino軟件編好程序,使其能夠驅(qū)動(dòng)我的項(xiàng)目,并實(shí)現(xiàn)功能。
雨滴傳感器實(shí)驗(yàn):用滴管取少量清水(代替雨滴),滴在雨滴傳感器模塊上,發(fā)現(xiàn)其正常驅(qū)動(dòng)活動(dòng)裝置運(yùn)作。
PM2.5檢測(cè)儀測(cè)試實(shí)驗(yàn):在PM2.5檢測(cè)儀旁點(diǎn)燃紙片,釋放出煙霧,發(fā)現(xiàn)PM2.5檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)由35~43上升到了175~190;拿開紙片后,數(shù)據(jù)下降到了46~55。
霧霾傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn):在霧霾傳感器旁點(diǎn)燃紙片,發(fā)現(xiàn)其正常驅(qū)動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器運(yùn)作。
四、項(xiàng)目的創(chuàng)新和主要貢獻(xiàn)
該項(xiàng)目改善了普通玻璃窗的許多缺點(diǎn),比如,一旦窗子未關(guān),室外的雨水或霧霾便會(huì)對(duì)室內(nèi)的物品或空氣質(zhì)量造成影響;普通窗戶沒有凈化氣體的功能,而該窗在空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況下會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)負(fù)離子發(fā)生器,改善空氣質(zhì)量;普通窗戶一關(guān)就阻止了大氣流通,而這款窗戶用透氣材料代替玻璃,使窗戶既能通風(fēng),同時(shí)又能保證室內(nèi)空氣質(zhì)量;安裝在窗戶上的PM2.5檢測(cè)儀能方便人們了解窗外實(shí)時(shí)的PM2.5,方便人們選擇出行與否或出行是否需要戴口罩。
五、研究體會(huì)
一分耕耘一分收獲。這次的科技創(chuàng)新活動(dòng),讓我明白了把想法變成現(xiàn)實(shí)需要堅(jiān)定的信念、不怕吃苦的精神和充足的知識(shí)儲(chǔ)備。感謝老師和父母在這次創(chuàng)新活動(dòng)中對(duì)我的支持和幫助,讓我完成了人生中第一篇?jiǎng)?chuàng)新論文。
(本文為2016年湖南省科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)作品,原文有刪節(jié)。)