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目前，汽車已成為大眾出行的主力交通工具之一。但是城市擁堵造成的汽車尾氣排放，環(huán)境惡劣引起的霧霾等氣候污染已嚴重威脅到車內人員的健康，如何改善汽車小空間內空氣質量問題呢？答案是車載空氣凈化器！
相比普通家用空氣凈化器，車載空氣凈化器又有什么不同呢？本文通過拆解一個國外的智能車載空氣凈化器產品iAir-pro來一探究竟，必須要說，這個車載空氣凈化器并不便宜，售價高達179美金，這個價格可以在國內買到像小米PRO系列的家用空氣凈化器。所以是不是很好奇它到底采用的是什么硬件方案？是不是只是采用性價比比較高的國產芯硬件方案換個馬甲的舶來品？還是本身硬件方案另有乾坤呢？
外觀
空氣凈化器主體采用硬塑料材質，表面很光滑，整個結構設計頗有藝術感，靠近底部一側有柵極開孔的進風口，進風口旁邊設計了可以更換濾網的抽槽，機身帶有一個供電接口，一個電源開關。頂部是空氣凈化器的出風口，中間有裝飾燈帶以及相應的指示燈。
空氣凈化器有低中高三個檔位以及智能檔位這4種模式，這4種工作模式可以直接通過機械按鍵來切換。此外，這個車載空氣凈化器還有一個空氣質量監(jiān)測的狀態(tài)指示燈，之所以能號稱智能，大概率機身搭載了眾多可以監(jiān)測環(huán)境的傳感器，而其中最關鍵的傳感器之一莫過于空氣質量監(jiān)測傳感器，這個傳感器的快速、精準檢測直接影響了這個空氣凈化器的功效、這個產品的品質和口碑，這么核心、占據(jù)C位的傳感器到底采用的是什么方案呢？我們通過拆解來一探究竟。
拆解
具體拆解過程可以查看視頻，來看下拆解后的整個電路方案。主要分為4個部分：離心風機，濾網，主控制板，傳感器部分。
離心風機
離心風機的型號為COOLCOX BF9733H12D，12V DC供電，0.56A的電流，功率在6.7W左右。風機轉動，通過外殼的柵極進風口將空氣吸入，然后經過濾網，過濾顆粒物，灰塵，甚至氣味。
濾網
濾網是空氣凈化器的核心，但是不涉及電路。濾網的好壞，也就是等級，對于一般的消費者而言是無法鑒別的，所以也只能通過廠家的說明以及產品參數(shù)來判斷了，這個產品的濾網主要分為3層：
- 首先是前置濾網，主要是過濾大粉塵
- 中間是高效過濾層，用于過濾細粉塵，細菌
- 最后就是活性炭過濾層，過濾各種氣味
風機和濾網的組合基本上已經達成了空氣凈化器的目的，至于空氣凈化是否OK，那就需要依靠其它功能模塊來檢測。
主控制板
主板如上圖所示，分布的資源包括了12V的電源輸入部分、板載的蜂鳴器、大電流的DCDC穩(wěn)壓器、多個提供給板載芯片供電的降壓穩(wěn)壓器、基于單芯片藍牙方案的藍牙模組，外部的存儲芯片等。當然，PCB板上最重要的核心莫過于多個傳感器，歸功于這些傳感器的聯(lián)動，生生將原本普通的車載空氣凈化器一躍成為智能設備。
傳感器
- 顆粒物檢測傳感器
上圖為粉塵傳感器，由一個紅外發(fā)光二極管和一個光電晶體管構成，通過檢測經過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量，利用光敏原理來工作，依靠輸出脈沖的高度來判斷顆粒濃度。
板子核心的MEMS器件上的絲印為4410AI1，經查是瑞薩的ZMOD氣體傳感器平臺，一種創(chuàng)新型高性能的傳感器平臺，適用于室內空氣質量檢測，能夠準確檢測揮發(fā)性有機化合物（VOC）、氮氧化物（NOx）、臭氧（O3）、氫氣（H2）等其它易燃氣體。但是，本產品上的4410AI1只用于檢測室內空氣質量(UBA標準)、TVOC和估算的CO2。
仔細看上圖這個結構，可以理解成一個小模塊，是一款集成式數(shù)字校準氣體傳感器，由氣體檢測元件和CMOS信號調理IC組成， 采用微電機系統(tǒng)結構，封裝是一個12針LGA的組件，尺寸為3 x 3 x 0.7毫米，同時，為適應不同的應用場景，瑞薩也提供支持IP67防水等級的封裝，尺寸是3 x 3 x 0.9毫米，相比不防水的封裝高了0.2mm。至于具體型號，可以參考下表。
目前有上表的4個型號，其實也就是兩種，AI1和AI3，分別對應不防水的以及IP67防水的型號，最后一個字母R和V只是針對器件包裝方式的不同。
而我們這個板子上實際搭載的就是上面所說的不防水的這個型號（ZMOD4410AI1）。
總結來看，這個產品有瑞薩獨一無二的優(yōu)勢：
金屬氧化物材料方面
1. 15 年久經考驗的可靠性，傳感器仍在保持運行并記錄數(shù)據(jù)
2. 不受環(huán)境硅氧烷污染
3. 性能上具有最佳穩(wěn)定性和靈敏度
專用集成電路方面
1. 可通過步驟進行配置、定義操作方法
2. 無需更改硬件即可快速更新和升級傳感器
校準
1. 具有電氣和化學雙重保險的校準：每個傳感器都使用特定濃度的乙醇進行校準
2. 保證了每個產品批次的一致性能
清潔空氣的明確定義
1. 與德國環(huán)境署清潔空氣研究合作
2. 第三方的驗證
3. 最終消費者可放心的清潔空氣的定義和測試
一般來說，對于沒有特殊需求的消費電子來說，這種型號就比較合適，而且相比防水的型號，價格也要便宜很多，如果要用在環(huán)境比較嚴峻的工業(yè)場所等，那具備IP67防水的會更加可靠，工程師只需根據(jù)實際需求來選擇即可。
另外，我們也能在其規(guī)格書上查看到更多信息，I2C接口，最高支持400kHz通信速率，支持1.7V to 3.6V 。芯片雖然有12pin腳，但是，實際用到的除了電源和地，就是I2C接口的時鐘信號線（SCL）和數(shù)據(jù)信號線（SDA），以及分別用于中斷的中斷信號（INT）和復位信號（RES_N）。
而從上面的硬件框圖也可以看到，ZMOD4410AI1由氣體檢測元件和CMOS信號調理IC組成， 其中模塊的氣體檢測傳感元件由（基于Si的微電機系統(tǒng)結構上的）加熱元件和金屬氧化物（MOx）化學電阻組成。信號調節(jié)器控制傳感器溫度并測量MOx電導率，也就是氣體濃度的函數(shù)。當空氣流經傳感器后，將空氣的質量反饋成電阻，再通過相應的算法計算出當前環(huán)境下的空氣質量。
總的來說，這個器件的接口真的是非常的簡單，尺寸也迷你，從硬件設計上來說，大大降低了對空氣質量測量方案的復雜度，即便是一名新手工程師也能十分容易的基于ZMOD4410完成一個空氣質量檢測的項目設計。
在另一個PCB的小板上同樣有一顆MEMS結構的器件，上面的絲印為IDT H36S，經查為瑞薩的HS300X系列溫濕度傳感器，板子上的這顆具體型號為HS3001，規(guī)格參數(shù)如下：
- 測量的濕度范圍是10 to 90%，精度為: ±1.5%；
- 溫度的范圍是-10 to +80°C，精度為±0.2°C；
- 供電范圍：2.3V~5.5V；
器件同樣采用I2C接口，因此電路設計非常簡單，但是在PCB設計的時候需要注意一點，是什么呢？
可能細心的小伙伴也發(fā)現(xiàn)了，在這顆器件周圍的PCB都做了鏤空處理，這樣做的目的是什么？從本身功能出發(fā)來看，因為這是一顆板載的帶有溫濕度測量的傳感器，而PCB周圍其他組件產生的過多熱量會導致溫度和相對濕度測量的不準確，而之所以做這一圈的鏤空處理，是將通往這顆溫濕度傳感器的不良傳熱路徑減至最少。
其實如果你仔細研究過瑞薩提供的規(guī)格書的話，也能找到相關PCB設計的參考，在里面有一段非常明顯的加粗的英文提示，翻譯過來就是應該避免在傳感器附近使用用于電源的固態(tài)金屬層，因為它會充當熱導體，影響測溫準確性。
小結
從車載空氣凈化器拆解的硬件方案來看，它不是一個簡單的只有開和關的“弱智”產品，它融合了智能的概念，而智能的來源是基于與傳感器的聯(lián)動，瑞薩空氣質量傳感器ZMOD4410，溫濕度傳感器HS3001以及顆粒物檢測傳感器，這三者的結合可以全方位有效監(jiān)測車內空氣質量環(huán)境，并且可以幫助用戶針對性的使用這個產品，節(jié)省濾網的消耗。這種智能化的場景只需通過一個個小小的傳感器就能達到目的，是不是很神奇？
當然，這產品本身并不是我看好這個方案的根本，因為目前的額外的車載空氣凈化器或多或少會占用車內空間，且擺放不易，所以我認為它并不該是最終的形態(tài)。在全球汽車市場隨著電動汽車的殺入攪局，汽車功能有望迎來新一輪的集成，而空氣凈化這個功能，有什么理由不在汽車上集成呢？而現(xiàn)成的參考方案，瑞薩已推到你面前。
