作品構(gòu)思

我們實(shí)驗(yàn)室沒有空氣凈化器，所以打算制作一款去除PM2.5的空氣凈化器，以便在霧霾天氣實(shí)驗(yàn)室仍可正常使用。在選題過程中，我們發(fā)現(xiàn)恰好有空氣凈化器簡易套件可以利用（圖1），但功能比較單一，所以決定對它進(jìn)行改造和創(chuàng)新，增加自動(dòng)檢測和自動(dòng)調(diào)速功能（圖2）。

具體要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)有兩個(gè)。一是當(dāng)空氣質(zhì)量不好時(shí)，凈化器自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)時(shí)，凈化器自動(dòng)停止。二是凈化器工作狀態(tài)具備多個(gè)檔位，可以根據(jù)空氣污染（PM2.5）嚴(yán)重程度自動(dòng)設(shè)置不用檔位，每個(gè)檔位的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和報(bào)警聲都不同。

需要解決的主要問題如下。

功能需求：①如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速？②如何供電？

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：③控制器、傳感器選用哪些設(shè)備？④零部件如何連接？⑤如何編寫程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)期功能？

用戶體驗(yàn)：⑥怎樣讓用戶用起來更方便？⑦怎樣保障安全？

成本效益：⑧怎樣降低制作成本？

實(shí)物系統(tǒng)組成可見下表。

表1 空氣檢測凈化一體機(jī)實(shí)物系統(tǒng)要素分析

空氣檢測凈化一體機(jī)工作原理及外觀結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

空氣檢測凈化一體機(jī)工作程序流程如圖5所示。

制作過程

第一步，準(zhǔn)備材料工具，包括控制器、傳感器、細(xì)電線、剝線鉗、螺絲刀等。

第二步，研究凈化器簡易套件工作原理。

第三步，研究控制器、PM傳感器原理，制定電路連接方案（圖6）。

第四步，組裝控制電路，編寫程序并調(diào)試；制作底座、連接線（圖7）。

第五步，連接控制電路與凈化器風(fēng)扇，編寫控制風(fēng)扇程序并調(diào)試（圖8）。

第六步，將控制電路所有元件安裝到底座，完成作品并測試（圖9）。

創(chuàng)新點(diǎn)

第一，增加自動(dòng)檢測功能。在原有空氣凈化器簡易套件基礎(chǔ)上，增加PM2.5檢測模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備對環(huán)境的自動(dòng)檢測。

第二，增加自動(dòng)調(diào)速功能。設(shè)備風(fēng)扇隨環(huán)境PM2.5數(shù)值變化而改變轉(zhuǎn)速。有污染情況下（PM2.5數(shù)值大于35），風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，凈化空氣；無污染情況下，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，保持靜音。

第三，增加自動(dòng)報(bào)警功能。污染情況（PM2.5數(shù)值高于70時(shí)），蜂鳴器以5秒為間隔自動(dòng)報(bào)警，以此方式提醒人們做好個(gè)人防護(hù)。隨著污染程度升高至70、115、150，報(bào)警聲調(diào)相應(yīng)提高至C5、E5、G5。

功能展示

操作方式：接通電源后，設(shè)備進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，不再需要人工操作（圖10）。

運(yùn)行效果：液晶顯示器實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境空氣PM2.5指數(shù)（圖11）。污染指數(shù)大于35時(shí)，設(shè)備進(jìn)入空氣凈化狀態(tài)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)；污染指數(shù)大于70時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)蜂鳴器報(bào)警；污染指數(shù)小于35時(shí)，風(fēng)扇停止，設(shè)備靜音。

注：本項(xiàng)目獲2022年“全國普通高中通用技術(shù)年會”創(chuàng)客展示項(xiàng)目一等獎(jiǎng)和2022年北京市中小學(xué)生技術(shù)創(chuàng)意設(shè)計(jì)（TID）現(xiàn)場展示STEAMS項(xiàng)目一等獎(jiǎng)