陳壽坤,鄭清蘭

(閩南理工學院 實踐教學中心，福建 石獅 362700)

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基于單片機的車載智能殺菌器系統(tǒng)研究與設計

陳壽坤,鄭清蘭

(閩南理工學院 實踐教學中心，福建 石獅 362700)

設計了一款簡便、小巧的車載智能殺菌器。該設計包括硬件電路設計和軟件系統(tǒng)設計兩部分。硬件電路包括智能充電模塊、智能殺菌模塊及復位電路等，采用Atmel公司的89C51單片機作為主控元件，從汽車的點煙口提供12 V的電源供系統(tǒng)使用。軟件部分由主程序、各控制子程序組成。以單片機為核心的智能消毒殺菌系統(tǒng)，由單片機控制臭氧發(fā)生的自動開啟與關閉， 實現車載內智能消毒、除味、殺菌等功能，能將車內難聞的味道、有害氣體、細菌等消滅，使車內的空氣變好。

單片機；智能除味；智能充電模塊；殺菌氣體模塊

社會的進步，國家經濟的上升帶動人們生活質量的不斷提高，擁有小型汽車的人逐漸增多，車內的各種裝飾也不斷推陳出新、花樣越來越多。汽車坐墊、腳墊等用的皮革、膠水材料也越來越多，所產生的甲醛、甲笨等有毒氣體可以說是無處不在。人們在享受豪車生活的同時，也同樣受環(huán)境的污染，身體健康嚴重受到威脅，特別是有小孩的家庭，房間、車內要定期進行清理、殺菌、消毒。目前市場上銷售的車內凈味產品，價格偏高，功能不夠齊全，并且很少有帶殺菌的功能。假如能用較低的成本生產出帶有殺菌和消毒功能的產品，那未來的市場需求將會很大。因上，設計了主要以89C51單片機為核心，具有實現上述的除味、殺菌、消毒等功能的車載智能殺菌器[1]。

1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)框圖如圖1所示，該設計的系統(tǒng)模塊大致分為單片機系統(tǒng)核心模塊、提供電路工作的充電模塊、用來產生臭氧的殺菌模塊、報警電路模塊及單片機最小電路復位電路。

充電模塊電路：大部分汽車的蓄電池都是直流12 V(或直流24 V),而該系統(tǒng)的單片機所需的電源為5 V，所以通過充電模塊電路將直流12 V作為電路的輸入端，再經集成穩(wěn)壓電源7805輸出5 V 的電源供單片機使用。并且此電路具有自動充電功能，保證系統(tǒng)各電路的工作不間斷。

單片機系統(tǒng)核心模塊：89C51具有多個A/D轉換器，加上該系統(tǒng)不需要與外部通訊，也不需要擴展多余的存儲器，因此選擇89C51單片機作為主要部件。

殺菌模塊電路：此電路的作用是殺菌、除異味及清除車內有毒的甲醇氣體，主要利用紫外線的方法產生臭氧，然后通過51單片機進行控制。

另外還有報警電路和復位電路，報警電路主要用于當設備出現異常情況時的提示，而復位電路是用來使單片機恢復到初始狀態(tài)的電路。

圖1 系統(tǒng)總體設計框

2 系統(tǒng)各部分硬件電路

2.1 控制系統(tǒng)的電源部分

車載智能除味、消毒、殺菌器主要應用于汽車、家庭新居等環(huán)境，主要由兩種供電系統(tǒng):一種是應用于汽車上，那么電源由汽車自己提供，從點煙接口提供12 V電壓供系統(tǒng)使用；另一種是家庭居住，直接從市電220 V提供，但這個供電系統(tǒng)要經過變壓、整流等處理才能提供電壓12 V給系統(tǒng)使用。該設計主要以汽車上的應用為例[2-3]。

汽車在行駛時，汽車12 V輸出端口給鋰電池充電，當電池充完電后，電路自動斷開充電過程，由電池供電。電池電量不足時，開啟報警功能。汽車行駛時，電路自動接通充電過程，減少對汽車電池的依賴，以免影響汽車電池的使用壽命，達到智能充電，智能電源管理的目的，具體充電管理系統(tǒng)如圖2所示。

充電方式采用恒壓限流法，此方法分為恒流和恒壓兩個階段。在恒流時相電壓會稍微大一點，由系統(tǒng)提供電流值，發(fā)恒流的方式給電池充電。當電池充電的電壓與給定電壓的轉化值一致時，就進入恒壓階段。要根據電壓大小充電，恒壓轉化值會影響充入電量的多少，在電池有充足的電量時，單片機會控制定時開啟/停止消毒器 ；如果充電出現充電故障系統(tǒng)會啟動報警功能。

在充電過程中通常會出現兩種情況：一是因為充電量不足導致電池的容量不能得到充分的利用，這樣一來工作時間長，會造成電池容量的流失；一是根據第一種情況要求將恒壓轉換值設置得高一些，但如果恒壓值太高，容易造成充電后期過充的現象，這樣也會致使電池容量的流失。為此在充電設計時要注意平衡兩種情況。

圖2 充電管理系統(tǒng)

2.2 自動/手動控制方式

控制臭氧發(fā)生器的工作有自動和手動兩種方式：自動控制是系統(tǒng)按一定的時間周期啟動，按規(guī)定的時間10分鐘工作一次，達到自動開啟、自動關閉的作用；手動控制是由用戶手動開啟，長時間沒有關閉，會啟用自動關閉的流程。使用者可以根據習慣選擇自動或手動的工作方式，使自己能方便使用。

2.3 臭氧氣體產生

臭氧發(fā)生器電路如圖3所示，是使用特定頻率的高壓電場，使氧氣分子在電場內和電場外發(fā)生一系列的電化學反應3O2=2O3,因而產生出所需的臭氧。該設計使用具有中頻和高壓電特點的臭氧發(fā)生器，此臭氧發(fā)生器具有比工頻或高頻發(fā)生器體積小的優(yōu)勢，而且功耗較低、臭氧產生量也較多等。主要是具有很強氧化性，能長時間有效的分解車內產生的有毒氣體(如苯、甲醛、煙味、二甲苯臭味等異味)，起到消除有毒氣體，同時又能凈化車內的空氣[4]。臭氧發(fā)生器所產生的臭氧氣體，具有很強氧化性，并有殺菌的作用，殺菌效果比氯氣、紫外線更有優(yōu)勢。由于氯氣是有毒氣體，而且有較強的腐蝕性，不適合用在車內；而如果用紫外線殺菌，不能有背陰面，不能有死角，否則紫外線照不到，降低了殺菌效果，不能達到消滅、清除有害氣體的目的。而用臭氧殺菌，不受環(huán)境、空間的影響，對整個車內空間都有效果，不存在死角，能消滅90%以上，不會殘留有毒氣體。所以，一般人們也把臭氧發(fā)生器稱為“負氧離子發(fā)生器”[5,7]。

圖3 臭氧發(fā)生器電路

2.4 單片機控制系統(tǒng)

單片機可采用PIC系列、STM32、AT89C51等，這是市面比較經常用的，工作電壓在3.3 V或5 V[7]。單片機主要完成的任務：

(1)實現臭氧發(fā)生器能自動開啟，自動關閉。

(2)當12 V電池充滿電后，系統(tǒng)會自動切斷充電過程。

(3)實現電池欠壓時，啟動報警功能并自動給電池充電。

(4)判斷整套系統(tǒng)供電的使用情況，如果出現異常，就立即啟動報警功能，斷開電路。

2.5 系統(tǒng)總體電路原理圖

總體電路原理圖如圖4所示，單片機及各部分電路所需的電源汽車點煙口提供12 V的電源經7805穩(wěn)壓電源電路轉化為穩(wěn)壓的直流5 V電源。臭氧發(fā)生器由RF630場效應管驅動，接入單片機的P1.0口進行控制。報警電路接入單片機的P3.7口，通過單片機的中斷程序進行控制，當設備出現異常時報警。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)程序流程如圖5所示。根據當前值來判定用哪一種充電方式，當電壓大于13.8 V時，充電器采用恒流充電方式，同時單片機會控制定時開啟消毒器工作；當電壓小于13.8 V時，充電器采用恒流充電，單片機會控制停止除味、消毒，殺菌器工作[8]。

圖5 控制流程

圖4 總體電路原理

為了防止積累誤差影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般采用下面兩種方法：

1)對原有積累的誤差清零，當誤差為±1時，只實行積分運算，減小調整的速度，以免產生振蕩。

2)當蓄電池在充電的時候，電池內部發(fā)生大規(guī)格的化學反應，因此電池會產生出大量的熱量。溫度上升會影響充電功能、會影響電池壽命，所以，充電電壓需要根據環(huán)境溫度進行調整，以-4 mV/℃ 的補償系數來調整。因此，加入了溫度補償功能。

4 結 語

該設計中的智能車載殺菌器用單片機作為主控芯片，硬件電路整體成本低，軟件設計簡單易于實現。整個車載智能除味、消毒、殺菌，系統(tǒng)具有臭氧殺菌效果佳，有效殺滅各種病菌，達到預期的性能指標(除味、消毒，殺菌)。智能殺菌器具有體積小、攜帶方便、性能可靠等優(yōu)點，可廣泛應用于各種汽車內[9]。

[1]李慧敏，王建偉.淺析汽車車內除味及消毒[J].現代工業(yè)經濟和信息化，2013(5)：201-203.

[2]劉允峰，韓建群.基于飛思卡爾S12單片機的智能車系統(tǒng)設計與實現[J].渤海大學學報：自然科學版，2015，36(4)：359-362.

[3]王春芳，張玲麗.消毒衣柜的PIC單片機控制電路設計[J].電氣應用，2008(6)：31-35.

[4]張愛華.救護車消毒前后監(jiān)測及管理對策[J].中華醫(yī)院感染學雜志，2010(6)：54-57.

[5]彭武厚.臭氧發(fā)生器的工作原理和電路圖[EB/OL].http://expert.sgst.cn/questionDetail.do?id=14413,2009-06-22/2017-02-02.

[6]邵長敏，錢萬紅.臭氧殺菌技術[J].山東農機化，2003(4)：127-130.

[7]陳忠孝.單片機原理與應用[M].西安：西北大學出版社,2011.

[8]高衛(wèi)東.51單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[9]鄺小磊.單片機應用綜述[J].電子工程師,2001(8):25-28.

(責任編輯魏靜敏校對張凱)

ResearchandDesignofIntelligentVehicleBasedonSingleChipMicrocomputer

CHEN Shou-kun,ZHENG Qing-lan

(Practical Teaching Center,Minnan University of Science and Technology,Shishi 362700,Fujian Province)

In this paper,a small and convenient intelligent vehicle-mounted sterilizer was designed.This design mainly includes the hardware circuit and the software system.The hardware circuit includes intelligent charging module,intelligent sterilization module and reset circuit which utilizes ATMEL 89C51 microcontroller as the main control component and is supplied by 12V power source from the mouth of the car cigarette lighter.The software system is composed of the main program and various subroutines.With the single chip microcomputer as the core of the intelligent disinfection sterilization system,the automatic opening and closing of the ozone generation is controlled by the single chip microcomputer to realize the functions of intelligent disinfection,odor,sterilization and so on.

Single chip microcomputer; Intelligent taste removal; Intelligent charging module; Sterilization gas module

2017-04-05

陳壽坤(1978-)，男，福建泉州人，實驗師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.03.015

TP273.5

： A

： 1673-1603(2017)03-0278-05