展柜微环境空气质量检测与净化系统研究

展柜微环境空气质量检测与净化系统研究

【摘要】： 中国是世界文明古国之一,拥有无数珍贵的文物遗产,由于空气质量恶化以及微环境监测净化技术的不足,导致文物在保存和展示过程中遭受着严重的腐蚀威胁,因此研究和设计展柜微环境空气质量监测净化系统十分重要。本文设计了一款基于STM32F103ZET6单片机的展柜微环境空气质量监测净化设备,该设备利用多种高精度气体传感器同时获取展柜空气情况,设计外置微型空气净化装置,采用主动循环送风方式实现展柜空气净化。在分析总结了文物微环境空气质量污染因素的基础上,选取颗粒物PM2.5、甲醛、挥发性有机物和酸性气体等在线检测传感器,进行多参量监测,对比现有空气净化方法,结合博物馆环境控制需求,提出利用主动循环过滤手段实现微环境空气净化。建立主动循环通风净化方法净化展柜中甲醛气体的简化数值模型,利用FLUENT仿真软件对比分析不同进口风速、不同送风位置对浓度分布的影响,通过对仿真结果的分析,验证了该净化方法的可行性。同时模拟了净化装置内部气流流动情况,优化了微型空气净化装置的结构。完成了展柜微环境空气质量监测净化系统的设计,包括MCU最小系统、信号采集处理、WIFI通讯、阀门风扇控制、人机交互、存储和电源等模块的硬件电路和软件系统,以及外置的净化装置结构。实现了系统自主获取、判断展柜空气质量状况的功能,并能够智能启停空气净化装置,达到净化展柜空气的闭环控制效果。搭建有害气体系统实验环境平台,根据相关规范及标准进行了甲醛检测准确性实验和PM2.5、甲醛净化效率实验。结果表明,甲醛检测偏差为±0.02 mg/m3,对PM2.5的净化效率达到96%,对甲醛气体净化效率约为70%。将系统应用于真实展柜环境中进行为期一周的监测净化调控测试,所得空气净化效果满足标准要求。

【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018

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