劉華鋒　,程德芳　,曹芳菊,　楊翠平（.德龍鋼鐵有限公司;　.邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系,河北　邢臺(tái)　054000）

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基于PM2.5檢測(cè)過濾功能的智能家居新風(fēng)裝置的設(shè)計(jì)

劉華鋒1,程德芳2,曹芳菊2,楊翠平2
（1.德龍鋼鐵有限公司;2.邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系,河北邢臺(tái)054000）

摘 要:該系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)控制平臺(tái)，采用夏普PM2.5粉塵傳感器GP2Y1010AU0F，采用MS1100甲醛傳感器，以紅外遙控作為輸入控制設(shè)備，用C51編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)PM2.5濃度、甲醛濃度、溫度、濕度的顯示，以及通過自適應(yīng)算法自動(dòng)或紅外遙控手動(dòng)兩種方式控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)PM2.5濃度和甲醛濃度的控制。該系統(tǒng)界面友好，功耗超低，一天只需一度電，方便快捷，從而達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。

關(guān)鍵詞:STC12C5A60S2；PM2.5；紅外；自適應(yīng)算法

0　引言

由于如今的社會(huì)發(fā)展越來越快，工業(yè)廢氣、汽車尾氣等污染源越來越多，致使大氣中PM2.5顆粒含量越來越多。由于PM2.5可直接由人的上呼吸系統(tǒng)進(jìn)入肺部，直接影響人的身體健康，所以空氣的清潔已刻不容緩，室外空氣的清潔有國(guó)家、地方政府制定相應(yīng)政策壓減燃煤、嚴(yán)格控車、調(diào)整產(chǎn)業(yè)、強(qiáng)化管理、聯(lián)防聯(lián)控來依法治理霧霾，是個(gè)人不可控制的，而室內(nèi)空氣的清潔是我們可以自己控制的裝設(shè)相應(yīng)的空氣清新系統(tǒng)及新風(fēng)系統(tǒng)來達(dá)到保護(hù)個(gè)體身體健康。

1　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)所采用的硬件環(huán)境是單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)，核心采用STC12C5A60S2高速單片機(jī)，顯示部分為液晶12864，PM2.5粉塵傳感器采用的是夏普GP2Y1010AU0F，采用大功率驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)大風(fēng)量風(fēng)機(jī)，進(jìn)行室內(nèi)外氣體的交換，采用紅外遙控?zé)o線調(diào)整進(jìn)風(fēng)量的大小，采用PM2.5過濾系統(tǒng)，對(duì)于大氣內(nèi)的顆粒物質(zhì)過濾。

1.1 硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2硬件模塊

（1） PM2.5粉塵傳感器和單片機(jī)。采用夏普GP2Y1010AU0F，改傳感器的數(shù)據(jù)讀取必須采用高速單片機(jī)，STC12C5A60S2可以工作在1時(shí)鐘模式下，速度比普通單片機(jī)提高10-12倍。

（2）溫濕度傳感器。采用的高精度DHT22溫濕度傳感器。測(cè)量相對(duì)濕度，濕度分辨率0.1%RH，精度±2%RH，采樣周期2s。測(cè)量溫度，溫度分辨率0.1°C，±0.5℃。

（3）紅外遙控電路。系統(tǒng)板上采用HX1838紅外接收傳感器，可用紅外遙控?zé)o線調(diào)控風(fēng)速。

（4）風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。采用MOS管NCE7580驅(qū)動(dòng)大功率風(fēng)機(jī)。

1.3 顯示界面（圖2）

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件用C51編程實(shí)現(xiàn)，主要是從PM2.5傳感器、甲醛傳感器、溫濕度傳感器獲取相應(yīng)物理量的值，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制模式，手動(dòng)用紅外遙控控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速，自動(dòng)采用自適應(yīng)算法來控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速，進(jìn)行室內(nèi)外氣體的交換并過濾，進(jìn)而達(dá)到凈化室內(nèi)空氣的目的。

2.1軟件總體流程圖（圖2）

2.2自適應(yīng)算法

針對(duì)室內(nèi)PM2.5濃度、甲醛濃度的非線性、多變性、時(shí)變性的特點(diǎn)，一段時(shí)間不通風(fēng)過濾，就有可能再次上升到較高值，結(jié)合自適應(yīng)控制算法，實(shí)時(shí)由自適應(yīng)控制器自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣。

3　結(jié)束語

經(jīng)過一個(gè)階段的反復(fù)調(diào)試，各個(gè)模塊的功能均得以實(shí)現(xiàn)，可實(shí)時(shí)測(cè)量相對(duì)濕度、溫度、甲醛濃度、PM2.5濃度，手動(dòng)操作風(fēng)速3級(jí)調(diào)節(jié)，中速靜音，噪聲小，自動(dòng)操作，風(fēng)速自適應(yīng)調(diào)節(jié)。超低功耗，一天只需一度電。

參考文獻(xiàn)：

[1]王金亮.自適應(yīng)PID控制器研究及其在新風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].北京郵電大學(xué)碩士論文,2011.

[2]楊洪斌,鄒旭東,汪宏宇,劉玉徹.大氣環(huán)境中PM2.5的研究進(jìn)展與展望[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2012(06).

作者簡(jiǎn)介：劉華鋒（1974—），本科，研究方向:微機(jī)控制與繼電保護(hù)。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.114