陳萬(wàn)疆

(鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

在目前的社會(huì)發(fā)展形勢(shì)下，民眾對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求日益提高。與此同時(shí)，為更好地滿足建筑節(jié)能相關(guān)要求，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)室內(nèi)建筑的密閉性開(kāi)始受到重視。不過(guò)這也導(dǎo)致室內(nèi)外空氣的流通性降低，室內(nèi)污染問(wèn)題更明顯，不利于人體健康。目前室內(nèi)空氣污染的危害在不斷顯現(xiàn)，因而很有必要進(jìn)行研究。

室內(nèi)空氣凈化器可以很好地滿足空氣凈化相關(guān)要求，在室內(nèi)空氣污染不斷加劇的形勢(shì)下，民眾對(duì)室內(nèi)空氣凈化器的需求也在迅速增加，很多高性能的空氣凈化裝置被研發(fā)出來(lái)。本研究設(shè)計(jì)的凈化器具有室內(nèi)通風(fēng)和紫外滅菌功能，對(duì)空氣凈化有一定促進(jìn)作用。

1 空氣凈化器控制系統(tǒng)概述

系統(tǒng)的控制對(duì)象為單相110 V空氣凈化器，在運(yùn)行過(guò)程中，這種凈化器可以過(guò)濾室內(nèi)空氣中各種狀態(tài)的污染物，同時(shí)基于紫外線殺菌，以此來(lái)滿足相關(guān)功能要求。該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)相關(guān)情況如圖1所示。

圖1 空氣凈化器功能結(jié)構(gòu)

具體分析由圖1可知，此控制系統(tǒng)可劃分為兩個(gè)單元，分別為驅(qū)動(dòng)模塊和主控制模塊。輸入110 V的電源可滿足控制系統(tǒng)運(yùn)行要求。對(duì)輸入的電流進(jìn)行適當(dāng)處理后，形成5 V與9 V直流電壓信號(hào)。單片機(jī)在運(yùn)行中主要是通過(guò)指令對(duì)電機(jī)和紫外燈進(jìn)行控制，以此實(shí)現(xiàn)消毒和空氣循環(huán)目的。其控制原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 凈化器控制原理

驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)時(shí)主要是針對(duì)電源電路，基于LM7805芯片進(jìn)行穩(wěn)壓處理而獲得相應(yīng)5 V、9 V直流電；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路在運(yùn)行中可進(jìn)行電機(jī)的控制和調(diào)節(jié)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)一定的保護(hù)功能；其中的燈管驅(qū)動(dòng)控制電路可以檢測(cè)燈管狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通控制目的，以此來(lái)滿足系統(tǒng)功能要求。主控制板的硬件主要包括TGS電路、LHi電路、保護(hù)電路、LCD電路、功能按鍵電路等，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)要求進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，且適當(dāng)組合，確保系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)在控制時(shí)，主要依據(jù)傳感器采集的信息，單片機(jī)[1]可處理傳感器發(fā)送的系統(tǒng)狀態(tài)信息，利用相應(yīng)控制指令對(duì)儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運(yùn)行。主控制、驅(qū)動(dòng)控制模塊則可在軟件控制基礎(chǔ)上滿足系統(tǒng)應(yīng)用要求，提高應(yīng)用性能。

2 空氣凈化器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

分析這種控制系統(tǒng)的需求可發(fā)現(xiàn)，其硬件模塊在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮一些主要功能要求。為滿足與此相關(guān)的功能要求而設(shè)計(jì)出電源控制電路、紫外燈電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制電路、功能按鍵電路等。此外為滿足程序下載目的，還設(shè)置了控制程序下載電路等，控制系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的硬件模塊相關(guān)組成如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)硬件模塊總體結(jié)構(gòu)

分析圖3結(jié)構(gòu)可知，這種系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制部分主要包括：燈管、電源控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制等相關(guān)單元。將這些單元設(shè)置到驅(qū)動(dòng)控制電路板上；主控制模塊在運(yùn)行時(shí)主要是針對(duì)顯示器、傳感器、紅外遙控和對(duì)應(yīng)的按鍵進(jìn)行控制。在主控制電路板中對(duì)這些進(jìn)行設(shè)置，使得系統(tǒng)處于合理的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和效率。

3 空氣凈化器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，分析系統(tǒng)的需求情況后將模塊劃分為以下幾個(gè)單元：電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、端口初始化程序、紅外信號(hào)處理程序，信號(hào)采集程序等。其控制程序相關(guān)組成如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)

分析上圖結(jié)果可知，這種系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序主要包括電機(jī)與燈管的驅(qū)動(dòng)控制程序，且在運(yùn)行過(guò)程中都是通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制，而其中的各部分存在一定組合關(guān)系。在程序整體設(shè)計(jì)時(shí)，各模塊都有重要的意義，可適當(dāng)組合以滿足各方面應(yīng)用要求，系統(tǒng)控制時(shí)需要用到ATmega128程序[2]。

紫外線室內(nèi)空氣凈化器[3-4]控制系統(tǒng)的主程序流程如圖5所示。在運(yùn)行中先對(duì)系統(tǒng)通上電源，然后打開(kāi)開(kāi)關(guān)確保其中各部分正常穩(wěn)定地運(yùn)行。開(kāi)機(jī)工作后，初始化處理，并對(duì)端口地址進(jìn)行分配。讀取相應(yīng)傳感器測(cè)量到的信息，控制液晶顯示器處于工作狀態(tài);接著基于系統(tǒng)的控制指令而對(duì)凈化器的工作模式進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保電機(jī)轉(zhuǎn)速保持在合理范圍內(nèi)，同時(shí)控制紫外光燈管處于工作狀態(tài)，滿足系統(tǒng)的消毒滅菌相關(guān)要求，也為總體功能實(shí)現(xiàn)提供支持。

圖5 控制程序主流程

分析圖5程序主流程圖可知，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該分析電路硬件設(shè)備與功能相關(guān)要求，并進(jìn)行合理的布置。初始化設(shè)置后開(kāi)始進(jìn)行電路控制，并檢測(cè)信號(hào)、判斷信號(hào)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而保證凈化器[5]參數(shù)在合理范圍內(nèi)，確保其可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

空氣凈化技術(shù)是環(huán)保領(lǐng)域的一個(gè)新的課題，尤其是室內(nèi)空氣凈化器誕生后，各種不同方式的空氣凈化器如雨后春筍般涌入市場(chǎng)。文章研究的紫外線空氣凈化器屬于半智能式的空氣凈化產(chǎn)品，儀器的控制系統(tǒng)基于單片機(jī)進(jìn)行軟硬件模塊設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，并且創(chuàng)新式地設(shè)計(jì)了氣體傳感器與紅外傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，分別用于采集室內(nèi)空氣質(zhì)量和移動(dòng)人體紅外信號(hào)強(qiáng)弱，以實(shí)現(xiàn)儀器隨外部環(huán)境自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)的功能。