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基于51单片机的空气净化机的设计

安徽大学 徐玉华 陈军宁 徐太龙?? 2009年09月23日 ?? 收藏0

  0 引言

  随着工业和社会的发展,全球空气污染很严重,人类健康正面临着“室内空气污染”的威胁。因此,人们需要专门的空气净化装置一空气净化机。空气净化机发展至今,先后经历了两代产品。第一代产品采用物理方法,即通过过滤、吸附、磁化、负离子等消除烟尘,其缺点在于无法消除由异味、病原菌、病毒、微生物等造成的污染。第二代产品利用化学反应产生臭氧负离子来净化空气,但是臭氧有令人难以容忍的刺鼻味道,并且臭氧作为强氧化剂对人体有一定的伤害。国内目前大量使用的空气净化机是以砍伐木材为代价,生产特殊纸张做成过滤器,给生态环境造成很大破坏,也增加了消费成本。若过滤器未能及时更换,空气净化机不仅无法实现空气净化功能,而且本身成为污染源,造成二次污染。本文介绍基于51单片机的智能高效空气净化机属环保节能、高科技、经济型产品。

  1 总体设计

  1.1 高压静电除尘原理

  高压静电除尘是根据静电荷的异性相吸、同性相斥的原理,利用静电力将空气中带电粉尘吸附沉降下来,以达到除尘的目的。

  含有粉尘颗粒的气体,在接有高压直流电源的阴极线(又称电晕极)和接地的阳极板之问所形成的高压电场通过时,由于阴极发生电晕放电、气体被电离,此时,带负电的气体离子,在电场力的作用下,向阳极板运动,在运动中与粉尘颗粒相碰,则使尘粒荷以负电,荷电后的尘粒在电场力的作用下,亦向阳极运动,到达阳极后,放出所带的电子,尘粒则沉积于阳极板上,从而得到净化的气体。

  1.2 空气净化机的总体设计框图

  空气净化机的总体设计框图如图1所示。51单片机控制各部件工作,当本空气净化机工作时,风速发生器开始转动,被污染的空气从进风口进入净化机,经过层层净化后,最终变成清新的空气从出风口流出。

空气净化机的总体设计框图

  前过滤器可以滤除空气中的大颗粒,包括大颗粒灰尘、绒毛及毛发等;高压静电除尘单元的作用是吸附空气中的细小颗粒,如烟雾、花粉、细菌、病毒等;异味吸收器用来吸收常见的室内异味及化学气体,带来令人愉悦的洁净空气;风速发生器有高、中、低风三种工作模式,可以根据具体的需求对风速进行调整;负离子发生器能够释放负离子,使空气更清新怡人。

  操作按键可以实现空气净化机的开、关,及对空气净化机的工作模式进行调整,指示灯则会指明空气净化机当前的工作状态;还可以根据需要点亮夜光灯,照亮居室。

  为了防止空气的二次污染,应分别对高压静电除尘单元和异味吸收器进行定期的清洗或更换。高压静电除尘单元每两周用自来水清洗一次,异味吸收器一年更换一次。清洗和更换的时问由单片机预先设定,机器运行时间满两周或一年时,相应的指示灯被点亮并发出警报声,提醒人们清洗高压静电除尘单元或者更换异味吸收器。清洗或者更换完成后,可以操作按键,使单片机重新计时。

  2 电路设计

  2.1 单片机的选择

  单片机采用silicon Laboratories 公司的C8051F310,它是一种完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片,内部主要集成了SMBus/IIC、增强型UART和SPI串行接口、单端/差分ADC、高精度可编程的内部时钟振荡器、VDD监视器、内部上电复位模块、捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA) 等功能部件。C8051F310使用Silicon Laboratories专利的高速CIP-51微控制器内核,70%的指令执行时间为一个或者两个系统时钟周期;工作电压为2.7~3.6V,典型工作电流为5mA,功耗比较低。另外,此单片机还具有16kB可在系统编程的FLASH存储器,可用于非易失性数据存储。

  2.2 单片机控制电路

  单片机控制电路的结构框图如图2所示。

单片机控制电路的结构框图

  P1.x~P3.x是单片机的普通I/O端口,各端口可承受的最大电压为5V。为了减少干扰,应将暂时不用的引脚接地。
单片机接受从按键电路发来的指示信号,分析处理后,向风速调整电路、状态指示灯电路和其他电路发送控制信号,以实现空气净化机工作状态的改变。

  3 软件设计

  为提高系统的快速性和实时性,系统的软件设计全部使用汇编语言编程。软件采用模块化设计,有利于修改和调试。程序主要分5部分:主程序、计时中断服务子程序、风速调整子程序、夜光灯子程序和负离子发生器子程序。主程序首先对各个数据寄存器和外围电路进行初始化,随后进入查询状态,当按键有信号输入时便调用相应的子程序。利用LED指示灯和蜂鸣器,指示系统的工作状态。


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单片机? 空气净化机? C8051F310?

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