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(jī)設(shè)計的室內(nèi)智能空氣凈化器的設(shè)計。該設(shè)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(yīng)裝置實現(xiàn)凈化處理，通過加濕、臭氧殺菌、負(fù)離子凈化等措施對室內(nèi)空氣進(jìn)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(shè)備成為了物聯(lián)網(wǎng)時代的代表性項目，而我們這個設(shè)計的目的很純粹是希望把智能設(shè)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(shè)計

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

凈化器智能化工作是本設(shè)計的一個亮點(diǎn)，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(shè)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(guān)。我們的設(shè)計中凈化器檢測裝置長時間運(yùn)行檢測，當(dāng)檢測到室內(nèi)污染物甲醛和PM2.5的濃度值高于設(shè)定的上限食物，凈化部分即開始工作凈化空氣。當(dāng)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(shè)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(guān)，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(shè)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(guān)鍵，按鍵KEY2是設(shè)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(jī)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(xué)甲醛模塊，其是一個通用型模組。利用電化學(xué)原理對空氣中存在的CH2O進(jìn)行探測，此模塊與英國達(dá)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(jìn)行溫度補(bǔ)償。主要應(yīng)用便攜式儀表、空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備、空氣凈化機(jī)、新風(fēng)換氣系統(tǒng)、空調(diào)、智能家居設(shè)備等場所。

1.2 凈化模塊

用風(fēng)機(jī)將空氣抽入機(jī)器，通過內(nèi)置的濾網(wǎng)進(jìn)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(xì)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(xué)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(xué)反應(yīng)，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(guān)閉。

智能控制部分，我們可以自己設(shè)置空氣中pm2.5和甲醛允許存在的最大臨界值。檢測模塊運(yùn)行時，會不斷檢測空氣中pm2.5和甲醛的含量，當(dāng)檢測到二者含量中的任意一個的值超過我們設(shè)定的最大值時，將信號傳遞給單片機(jī)，通過單片機(jī)控制與開關(guān)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(dāng)pm2.5和甲醛含量均低于設(shè)定值時，控制繼電器閉合3s，凈化器關(guān)閉。選用自動模式，能夠自動完成對室內(nèi)空氣及進(jìn)入室內(nèi)的空氣進(jìn)行凈化，不但能夠減少室外污染氣體、細(xì)菌等進(jìn)入室內(nèi)，還可以實現(xiàn)室內(nèi)自循環(huán)、凈化。設(shè)定臨界值時操作也很簡單、人性化。

參考文獻(xiàn)

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

[2]文彪，明立娟.基于單片機(jī)的空氣質(zhì)量檢測儀設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)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(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃“智能生活-封閉小空間空氣凈化器等智能設(shè)備的設(shè)計”（2018cxcy138）