进口空气净化器拆解——不止于表象，硬件方案另有乾坤

目前，汽车已成为大众出行的主力交通工具之一。但是城市拥堵造成的汽车尾气排放，环境恶劣引起的雾霾等气候污染已严重威胁到车内人员的健康，如何改善汽车小空间内空气质量问题呢？答案是车载空气净化器！

外观

空气净化器主体采用硬塑料材质，表面很光滑，整个结构设计颇有艺术感，靠近底部一侧有栅极开孔的进风口，进风口旁边设计了可以更换滤 的抽槽，机身带有一个供电接口，一个电源开关。顶部是空气净化器的出风口，中间有装饰灯带以及相应的指示灯。

空气净化器有低中高三个档位以及智能档位这4种模式，这4种工作模式可以直接通过机械按键来切换。此外，这个车载空气净化器还有一个空气质量监测的状态指示灯，之所以能号称智能，大概率机身搭载了众多可以监测环境的传感器，而其中最关键的传感器之一莫过于空气质量监测传感器，这个传感器的快速、精准检测直接影响了这个空气净化器的功效、这个产品的品质和口碑，这么核心、占据C位的传感器到底采用的是什么方案呢？我们通过拆解来一探究竟。

拆解

具体拆解过程可以查看视频，来看下拆解后的整个电路方案。主要分为4个部分：离心风机，滤 ，主控制板，传感器部分。

离心风机

离心风机的型号为COOLCOX BF9733H12D，12V DC供电，0.56A的电流，功率在6.7W左右。风机转动，通过外壳的栅极进风口将空气吸入，然后经过滤 ，过滤颗粒物，灰尘，甚至气味。

滤

滤 是空气净化器的核心，但是不涉及电路。滤 的好坏，也就是等级，对于一般的消费者而言是无法鉴别的，所以也只能通过厂家的说明以及产品参数来判断了，这个产品的滤 主要分为3层：

风机和滤 的组合基本上已经达成了空气净化器的目的，至于空气净化是否OK，那就需要依靠其它功能模块来检测。

主控制板

主板如上图所示，分布的资源包括了12V的电源输入部分、板载的蜂鸣器、大电流的DCDC稳压器、多个提供给板载芯片供电的降压稳压器、基于单芯片蓝牙方案的蓝牙模组，外部的存储芯片等。当然，PCB板上最重要的核心莫过于多个传感器，归功于这些传感器的联动，生生将原本普通的车载空气净化器一跃成为智能设备。

传感器

上图为粉尘传感器，由一个红外发光二极管和一个光电晶体管构成，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量，利用光敏原理来工作，依靠输出脉冲的高度来判断颗粒浓度。

板子核心的MEMS器件上的丝印为4410AI1，经查是瑞萨的ZMOD气体传感器平台，一种创新型高性能的传感器平台，适用于室内空气质量检测，能够准确检测挥发性有机化合物（VOC）、氮氧化物（NOx）、臭氧（O3）、氢气（H2）等其它易燃气体。但是，本产品上的4410AI1只用于检测室内空气质量(UBA标准)、TVOC和估算的CO2。

仔细看上图这个结构，可以理解成一个小模块，是一款集成式数字校准气体传感器，由气体检测元件和CMOS信号调理IC组成， 采用微电机系统结构，封装是一个12针LGA的组件，尺寸为3 x 3 x 0.7毫米，同时，为适应不同的应用场景，瑞萨也提供支持IP67防水等级的封装，尺寸是3 x 3 x 0.9毫米，相比不防水的封装高了0.2mm。至于具体型号，可以参考下表。

目前有上表的4个型号，其实也就是两种，AI1和AI3，分别对应不防水的以及IP67防水的型号，最后一个字母R和V只是针对器件包装方式的不同。

而我们这个板子上实际搭载的就是上面所说的不防水的这个型号（ZMOD4410AI1）。

总结来看，这个产品有瑞萨独一无二的优势：

金属氧化物材料方面

1. 15 年久经考验的可靠性，传感器仍在保持运行并记录数据

2. 不受环境硅氧烷污染

3. 性能上具有最佳稳定性和灵敏度

专用集成电路方面

1. 可通过步骤进行配置、定义操作方法

2. 无需更改硬件即可快速更新和升级传感器

校准

1. 具有电气和化学双重保险的校准：每个传感器都使用特定浓度的乙醇进行校准

2. 保证了每个产品批次的一致性能

清洁空气的明确定义

1. 与德国环境署清洁空气研究合作

2. 第三方的验证

3. 最终消费者可放心的清洁空气的定义和测试

一般来说，对于没有特殊需求的消费电子来说，这种型号就比较合适，而且相比防水的型号，价格也要便宜很多，如果要用在环境比较严峻的工业场所等，那具备IP67防水的会更加可靠，工程师只需根据实际需求来选择即可。

另外，我们也能在其规格书上查看到更多信息，I2C接口，最高支持400kHz通信速率，支持1.7V to 3.6V 。芯片虽然有12pin脚，但是，实际用到的除了电源和地，就是I2C接口的时钟信号线（SCL）和数据信号线（SDA），以及分别用于中断的中断信号（INT）和复位信号（RES_N）。

而从上面的硬件框图也可以看到，ZMOD4410AI1由气体检测元件和CMOS信号调理IC组成， 其中模块的气体检测传感元件由（基于Si的微电机系统结构上的）加热元件和金属氧化物（MOx）化学电阻组成。信号调节器控制传感器温度并测量MOx电导率，也就是气体浓度的函数。当空气流经传感器后，将空气的质量反馈成电阻，再通过相应的算法计算出当前环境下的空气质量。

总的来说，这个器件的接口真的是非常的简单，尺寸也迷你，从硬件设计上来说，大大降低了对空气质量测量方案的复杂度，即便是一名新手工程师也能十分容易的基于ZMOD4410完成一个空气质量检测的项目设计。

在另一个PCB的小板上同样有一颗MEMS结构的器件，上面的丝印为IDT H36S，经查为瑞萨的HS300X系列温湿度传感器，板子上的这颗具体型号为HS3001，规格参数如下：

器件同样采用I2C接口，因此电路设计非常简单，但是在PCB设计的时候需要注意一点，是什么呢？

可能细心的小伙伴也发现了，在这颗器件周围的PCB都做了镂空处理，这样做的目的是什么？从本身功能出发来看，因为这是一颗板载的带有温湿度测量的传感器，而PCB周围其他组件产生的过多热量会导致温度和相对湿度测量的不准确，而之所以做这一圈的镂空处理，是将通往这颗温湿度传感器的不良传热路径减至最少。

其实如果你仔细研究过瑞萨提供的规格书的话，也能找到相关PCB设计的参考，在里面有一段非常明显的加粗的英 提示，翻译过来就是应该避免在传感器附近使用用于电源的固态金属层，因为它会充当热导体，影响测温准确性。

小结

当然，这产品本身并不是我看好这个方案的根本，因为目前的额外的车载空气净化器或多或少会占用车内空间，且摆放不易，所以我认为它并不该是最终的形态。在全球汽车市场随着电动汽车的杀入搅局，汽车功能有望迎来新一轮的集成，而空气净化这个功能，有什么理由不在汽车上集成呢？而现成的参考方案，瑞萨已推到你面前。