基于單片機的室內(nèi)智能空氣凈化器設計

史帥偉 吳成林 劉錚

摘要：本文介紹了一種基于51系列單片機設計的室內(nèi)智能空氣凈化器的設計。該設計實現(xiàn)檢測裝置自動控制凈化裝置和按鍵手動控制凈化裝置的雙控制系統(tǒng)凈化器。凈化器利用活性炭、HEPA濾網(wǎng)等凈化吸附、反應裝置實現(xiàn)凈化處理，通過加濕、臭氧殺菌、負離子凈化等措施對室內(nèi)空氣進行清潔。

引言：

隨著云計算和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，智能設備成為了物聯(lián)網(wǎng)時代的代表性項目，而我們這個設計的目的很純粹是希望把智能設備盡最大努力普及到普通人的生活里，讓每一個活在物聯(lián)網(wǎng)時代的人都能感受到物聯(lián)網(wǎng)時代的品質(zhì)生活。

1凈化器硬件設計

硬件部分采用模塊設計，控制部分采用繼電器控制各模塊的開啟與關閉。凈化裝置與檢測裝置分兩部分運行，且分開供電，并通過51單片機實現(xiàn)檢測裝置控制凈化裝置的運行。

凈化器智能化工作是本設計的一個亮點，通過市場調(diào)查和查閱資料，我們發(fā)現(xiàn)如今大部分的凈化器沒有自動控制的設計，即不論室內(nèi)空氣污染程度如何，凈化器的工作均要由人手動開關。我們的設計中凈化器檢測裝置長時間運行檢測，當檢測到室內(nèi)污染物甲醛和PM2.5的濃度值高于設定的上限食物，凈化部分即開始工作凈化空氣。當空氣質(zhì)量好轉(zhuǎn)，檢測部分檢測到空氣污染物濃度低于上限時，凈化器停止工作。

1.1檢測部分控制系統(tǒng)硬件設計

1.1.1按鍵模塊

檢測部分共有四個按鍵觸發(fā)，一個為檢測部分總開關，兩位三個并列為功能鍵。三個按鍵中一個是屏幕顯示檢測物（甲醛和PM2.5）的切換，另外兩個是設定觸發(fā)凈化裝置工作的上限濃度的按鍵。即按鍵KEY1是開關鍵，按鍵KEY2是設置鍵，按鍵KEY3是閾值加，按鍵KEY43是閾值減。

1.1.2晶振模塊

通過晶振模塊提供11.0592Hz的振蕩信號。

1.1.3液晶顯示

通過51單片機處理，在LCD液晶顯示實時空氣質(zhì)量。LCD液晶屏幕使用型號為SMC 1602A的LCD液晶屏幕。其接口信號如圖所示。

1.1.4傳感器模塊

傳感器模塊中甲醛模塊為電化學甲醛模塊，其是一個通用型模組。利用電化學原理對空氣中存在的CH2O進行探測，此模塊與英國達特甲醛傳感器相結(jié)合，具有良好的穩(wěn)定性。此模塊帶有NTC溫度傳感器，可進行溫度補償。主要應用便攜式儀表、空氣質(zhì)量監(jiān)測設備、空氣凈化機、新風換氣系統(tǒng)、空調(diào)、智能家居設備等場所。

1.2 凈化模塊

用風機將空氣抽入機器，通過內(nèi)置的濾網(wǎng)進行物理裝置初步過濾空氣，主要能夠起到初步過濾粉塵、可吸入顆粒物、異味、部分有毒氣體和殺滅部分細菌的作用。濾網(wǎng)有集塵濾網(wǎng)、除臭濾網(wǎng)、HEPA濾網(wǎng)。其中成本比較高的就是HEPA濾網(wǎng)，它能起到分解有毒氣體和殺菌作用，特別是抑制二次污染。

下一步是化學凈化，通過活性氧電解裝置產(chǎn)生活性氧，在分解區(qū)活性氧與有害有毒氣體發(fā)生化學反應，發(fā)生的部分方程式如下。

1HCHO+2O3=1CO2+1H2O+2O2

1CO+O3=CO2+O2

3O3+2NH3=N2+3H2O+3O2

2凈化器整體工作流程

空氣凈化器有著手動和自動模式可供選擇，供使用用者自行調(diào)節(jié)。

手動操作時摁下電源按鈕打開凈化器，長摁電源按鈕即可關閉。

智能控制部分，我們可以自己設置空氣中pm2.5和甲醛允許存在的最大臨界值。檢測模塊運行時，會不斷檢測空氣中pm2.5和甲醛的含量，當檢測到二者含量中的任意一個的值超過我們設定的最大值時，將信號傳遞給單片機，通過單片機控制與開關電路連接的繼電器閉合1s，打開凈化器開始凈化，同時繼續(xù)檢測空氣質(zhì)量，當pm2.5和甲醛含量均低于設定值時，控制繼電器閉合3s，凈化器關閉。選用自動模式，能夠自動完成對室內(nèi)空氣及進入室內(nèi)的空氣進行凈化，不但能夠減少室外污染氣體、細菌等進入室內(nèi)，還可以實現(xiàn)室內(nèi)自循環(huán)、凈化。設定臨界值時操作也很簡單、人性化。

參考文獻

[1]孔令猛，閆永澤，李昊.基于單片機的車載空氣凈化器控制系統(tǒng)設計[J].電子制作，2019（1）：85-86.

[2]文彪，明立娟.基于單片機的空氣質(zhì)量檢測儀設計[J].科技創(chuàng)新與應用，2018（13）：97-98.

作者簡介：

史帥偉（1996.10）男河南省內(nèi)黃縣410527199610095014本科生電氣工程及其自動化專業(yè)

吳成林（1998.04）男河南省新鄉(xiāng)市410721199804212015本科生電氣工程及其自動化專業(yè)

劉錚（1998.3）男河南省洛陽市410323199803220014本科生電氣工程及其自動化

基金項目：鄭州大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃“智能生活-封閉小空間空氣凈化器等智能設備的設計”（2018cxcy138）