本文基于历史空气处理产品方向做公开化技术整理。客户、品牌、原始造型、配方、供应链、报价和未公开测试数据均已移除，参数按通用场景泛化。内容用于说明同类产品的工程开发路径，不作医疗、消毒或疾病预防承诺。
1. 项目背景与目标
除味产品常把“有风、有传感器、有滤芯”当作完成，实际体验却受污染物类型、吸附材料、风道短路、传感器交叉敏感、噪声、滤芯饱和和摆放位置共同影响。VOC 传感器读数降低不等于所有气味被去除，香氛掩盖也不等于污染物减少。工程设计必须先明确目标场景与污染源，再选择过滤、吸附、催化或其他处理路径。
本方案面向宠物区域、卫生间、玄关、小型办公室与商业空间，采用可更换前置滤网、吸附/催化复合滤芯、变速风机、温湿度与空气质量传感器。设备按环境趋势自动调速，记录滤芯负载和运行时间，离线可运行，联网用于远程控制、OTA 和数据趋势。涉及臭氧、紫外或强氧化技术时必须独立做暴露与联锁评估，默认消费版本不采用不可控臭氧释放。
2. 需求工程化整理
| 需求维度 | 冻结内容 | 方案影响 |
|---|---|---|
| 场景 | 房间体积、换气、污染源、摆放距离 | 风量、进出风方向与控制策略 |
| 气味 | 氨、硫化物、VOC或混合生活气味 | 传感器与滤材组合 |
| 体验 | 噪声、灯光、夜间模式、移动 | 风机曲线、结构减振与UI |
| 维护 | 滤芯周期、清洁方式、耗材识别 | 快拆、密封和寿命模型 |
| 安全 | 儿童/宠物、倾倒、堵风、温升 | 防护栅、停机和材料要求 |
| 连接 | 本地按键、App、自动化场景 | MCU、网络与数据权限 |
污染物目标通过场景采样或第三方实验方法定义。单一廉价气体传感器容易受酒精、清洁剂、湿度和温度影响，因此控制算法采用趋势、变化速率、环境补偿和多传感器交叉判断，不向用户显示虚假的绝对浓度。对滤材的评价同时观察初始效率、饱和后穿透、阻力增长和再释放。
3. 指标与适用边界
| 项目 | 样机指标表达 | 验证方法 |
|---|---|---|
| 风量 | 多档可调，按目标房间和滤阻确定 | 风量台/风速积分测量 |
| 噪声 | 睡眠、自动、强力档分别定义 | 半消声环境定距测试 |
| 气味去除 | 对指定模拟污染源给出衰减曲线 | 对照舱与重复试验 |
| 传感响应 | 上升、恢复、湿度扰动与一致性 | 标准气氛或对照仪器 |
| 滤芯寿命 | 按累计负载、风阻和时间估算 | 加速负载与真实场景校正 |
| 待机功耗 | 联网和离线分别记录 | 功率分析仪测试 |
设备不能把“传感器数字下降”直接宣传为去除所有有害气体，也不能用普通消费级传感器替代专业环境检测。对于工业有毒气体、防爆场所、医疗空间或法规消毒场景，需要专用检测方法、材料和认证路径，不纳入本通用产品方案。
4. 系统总体架构
flowchart TD AIR["进风与污染空气"] --> PREF["前置滤网"] PREF --> MEDIA["吸附/催化复合滤芯"] MEDIA --> FAN["EC/BLDC风机"] FAN --> OUT["净化出风"] GAS["气味/VOC传感"] --> MCU["主控与控制算法"] TH["温湿度/颗粒物"] --> MCU MCU --> FAN MCU --> UI["按键/灯环/显示"] MCU --> NET["Wi-Fi/BLE与云端"] PRESS["滤阻/门盖/倾倒"] --> MCU
气流层与电子层物理分区，传感器采样口避开刚经过滤的出风和电路板挥发源。控制层根据空气质量趋势、温湿度、噪声时段和滤芯状态生成目标风量；安全层监视进出风堵塞、风机停转、温升、倾倒和滤芯门。云端断开不影响自动控制，关键阈值与最后有效计划保存在本地。
5. 风道、滤芯与结构
风道采用下部或周向进风、顶部/侧上方出风，避免净化空气立即回吸。滤芯与壳体之间使用闭孔密封条，压紧结构保证旁路率稳定。风机通过橡胶隔振件连接风道，叶轮前后留出整流距离，格栅开孔率与儿童手指防护同时校核。外壳内表面减少积尘死角，前置滤网可水洗，吸附滤芯不误导用户水洗复用。
| 模块 | 方案 | 关注点 |
|---|---|---|
| 前置层 | 尼龙网/无纺层 | 毛发、粉尘和易清洁 |
| 吸附层 | 活性炭、改性吸附材料 | 目标气体、饱和和再释放 |
| 催化层 | 按目标污染物选材 | 温湿度窗口与副产物 |
| 风机 | 离心或混流BLDC | 风压余量、噪声和效率 |
| 密封 | 周向发泡条、压扣 | 旁路、装配一致性 |
| 维护门 | 磁吸/卡扣+状态检测 | 断电换芯和防误装 |
滤芯不是越厚越好。厚度增加会提高阻力、噪声和功耗，迫使风量下降。POC 使用多个材料面积与装填量组合，测试同一风量下的去除曲线和压降。耗材设置方向防呆、独立包装和生产批次追溯；若使用芯片识别，只用于防误装与寿命管理，不阻止用户在安全状态下维护设备。
6. 硬件、传感器与电源
主控可采用低功耗 MCU 加 Wi-Fi/BLE 模组，风机由三相无刷驱动或带控制接口的成品风机驱动。空气质量组合可包含 MOS VOC、特定电化学气体、温湿度、颗粒物和差压传感器。消费版本优先选择寿命、漂移和量产一致性可控的器件，不用过多低成本传感器制造数字幻觉。
| 部件 | 接口 | 责任 | 故障处理 |
|---|---|---|---|
| VOC/气味传感 | I2C/ADC | 环境趋势与污染事件 | 预热、补偿、漂移诊断 |
| 温湿度 | I2C | 补偿与环境记录 | 超范围降低置信度 |
| 颗粒物 | UART | 粉尘趋势和滤网提醒 | 风扇堵转告警 |
| 差压/风压 | I2C/模拟量 | 滤阻与堵风判断 | 降档并提示维护 |
| BLDC风机 | PWM+FG | 风量执行与转速反馈 | 失速停机或限功率 |
| 门盖/倾倒 | 霍尔/开关 | 维护与防倾倒联锁 | 停止风机和高能模块 |
电源使用认证适配器或内置隔离电源，逻辑与电机支路分开。所有接触滤材和风道的材料验证气味与挥发，避免机器自身成为传感器的污染源。PCB 表面处理、胶粘剂和泡棉先做空机老化，再确定传感器基线。
7. 控制算法、状态机与通信
stateDiagram-v2 [*] --> Boot Boot --> Warmup: self_check_ok Warmup --> Auto: sensor_stable Auto --> Boost: pollution_rising Boost --> Auto: trend_recovered Auto --> Sleep: schedule_or_dark Sleep --> Auto: schedule_end Auto --> Maintenance: filter_or_cover Maintenance --> Auto: confirmed Auto --> Fault: fan_or_temperature_fault Fault --> Standby: safe_shutdown
自动模式以滑动窗口判断基线、上升速率和恢复趋势，快速污染事件进入强力档，恢复后分级降速，避免频繁升降档。夜间模式限制最大噪声但不屏蔽安全告警。滤芯寿命综合累计风量、污染负荷、差压趋势和日历时间，用户更换并确认后建立新基线，不能简单按固定天数归零。
| 接口 | 方式 | 数据 | 策略 |
|---|---|---|---|
| 本地UI | 按键/灯环/小屏 | 模式、风量、滤芯和故障 | 核心功能无需App |
| App | BLE配网+HTTPS/MQTT | 控制、计划、趋势和OTA | 账号鉴权与最小权限 |
| 设备日志 | 环形Flash | 传感、风机、故障和版本 | 脱敏后导出 |
| OTA | TLS+签名固件 | 固件、资源和回滚状态 | 断电保护与双分区 |
{
"device_id": "AIR-DEMO-01",
"mode": "auto",
"sensor": {"odor_index": 37, "pm25_ugm3": 12, "rh_pct": 64},
"fan": {"target_rpm": 1180, "actual_rpm": 1165},
"filter": {"life_pct": 72, "pressure_pa": 54},
"confidence": "normal",
"firmware": "2.1.0"
}
8. 试验与验收
| 类别 | 方法 | 记录 | 通过边界 |
|---|---|---|---|
| 风量风阻 | 新滤芯与加载滤芯多档测试 | 风量、压差、转速、功耗 | 满足各档设计区间 |
| 气味舱 | 目标污染源、空白对照、重复试验 | 浓度/指数衰减曲线 | 与对照相比有稳定改善 |
| 交叉敏感 | 酒精、清洁剂、湿度和温度扰动 | 响应与恢复时间 | 不形成长期错误强力运行 |
| 噪声 | 不同档位和方向定距测试 | 声压与主观异音 | 满足冻结目标且无异常音 |
| 堵风 | 遮挡进出风、滤网积尘 | 温升、风压和保护动作 | 限功率或停机有效 |
| 安全 | 倾倒、门盖打开、风机卡住 | 输出与表面温度 | 高能部件停止、无危险温升 |
| 联网 | 弱网、断网、重复指令、OTA断电 | 事件和版本 | 本地可运行、升级可回滚 |
真实场景试用需要记录房间体积、污染源、摆放点、开窗情况和使用时段，不能只比较用户“闻起来”的主观结论。主观评分与传感趋势、耗材状态和运行档位一起分析，形成场景配置，而不是为追求漂亮数据随意调整显示值。
9. 计划、团队与交付
| 阶段 | 周期 | 工作 | 输出 |
|---|---|---|---|
| 需求/POC | 2–4周 | 污染源、滤材、风道和传感器实验 | 选型报告、风险清单 |
| EVT | 5–7周 | 结构、主板、风机控制、固件和App | EVT样机、软件V0.1 |
| DVT | 4–6周 | 气味舱、噪声、安全、寿命和联网 | DVT报告、整改闭环 |
| PVT | 3–4周 | 模具、工装、产测和小批一致性 | 生产文件、检验规范 |
| 角色 | 配置 | 责任 | |
| --- | ---: | --- | |
| 项目/产品 | 1 | 场景、计划、合规和验收 | |
| 结构/风道 | 1–2 | ID落地、风道、滤芯和噪声 | |
| 硬件/嵌入式 | 1–2 | 主板、传感器、风机和固件 | |
| App/云端 | 1 | 配网、数据、OTA和账号 | |
| 测试/材料 | 1–2 | 气味舱、滤材、安全与可靠性 |
交付包括需求规格、风道与结构数据、电气设计、固件、App/接口、算法参数管理、产测与校准工具、滤芯规范、测试报告、标签说明和维护手册。涉及材料配方、完整 BOM 和生产底牌的文件按项目权限管理，不在公开文章展示。
10. 风险与产品化
| 风险 | 后果 | 验证 | 控制 |
|---|---|---|---|
| 传感器交叉敏感 | 误判污染或虚假恢复 | 多干扰物对照 | 补偿、趋势和置信度 |
| 滤芯旁路 | 表面风量大但无处理 | 烟雾/示踪和密封检查 | 周向压紧与装配检测 |
| 吸附饱和 | 去除下降甚至再释放 | 加速加载与穿透测试 | 寿命模型和更换提醒 |
| 风机异音 | 夜间体验差 | 全转速扫频 | 隔振、动平衡与转速避让 |
| 过度功能宣称 | 合规和信任风险 | 文案与试验依据评审 | 只发布可验证指标 |
产品化方向可加入空间分布式传感、多个设备联动、耗材批次校准和边缘学习，但算法更新必须保留回滚与对照数据。核心路线保持可验证：明确污染源、选择匹配滤材、建立稳定风量、对传感器局限做补偿，并用长期负载后的结果评价设备，而不是只展示新滤芯首小时数据。
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