基于單片機的空氣消毒機控制系統

摘 要：針對傳統空氣消毒方法的缺陷，提出基于紅外遙控和低功耗的AT89C2051單片機的動態紫外線空氣消毒機控制系統，給出系統的硬件組成和硬軟件設計方法。該空氣消毒控制系統具有消毒無死角，耗電低、速度快、效能高、性價比高，適用范圍廣等特點。系統在實際使用，證明其方便、可靠并具有實用價值。

關鍵詞：單片機；空氣消毒控制系統；AT89C2051；紫外線

中圖分類號：TP294 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1606303

Control System of Air Disinfection Based on Single Chip Microcomputer

MIAO Rongxia .1，CHEN Zhongxiao.1，DAI Baohua.2，ZHANG Hefang.1

(1.School of Electronic Information Engineering，Xi′an University of Technology，Xi′an，710032，China;2.Xi′an Honghua Instrument Factory，Xi′an，710032，China)

Abstract：UV air desinfection dynamic control system based on infrared remotecontrol and lowpower AT89C2051 is proposed，aiming at disadvantages of traditional air disinfection method.The hardware and software design method is also given.It has characteristics of low power consumption，high speed，highperformance，costeffective and wide application.It is proved that it is convenient，reliable and practicle and so on.

Keywords：single chip computer;air disinfection system;AT89C2051;ultraviolet radiation

空氣作為人類賴以生存的物質基礎，如果受到污染或者帶有大量的細菌將是對人類健康的嚴重挑戰。傳統的空氣消毒法如紫外線燈靜態消毒、臭氧消毒及用甲醛熏蒸消毒等，各有千秋，但都有一個共同的缺點，那就是在消毒時，人們必須離開現場，否則將對人體產生危害或副作用，而且也僅限于醫院等較特殊的室內環境使用。

開發一種既能廣泛殺菌、凈化空氣又對人體不構成傷害，使人能在室內正常的工作、活動且適合各種室內環境的空氣潔凈消毒機是迫切的需要。本文針對傳統空氣消毒方法的缺陷，提出了基于紅外遙控和低功耗的AT89C2051單片機的動態紫外線空氣消毒機控制系統，給出系統的硬件組成和硬軟件設計方法。

1 動態紫外線空氣消毒原理

本機消毒滅菌原理主要是采用無臭氧高強度紫外線燈作為消毒單元來進行的。紫外線主要作用于微生物的核酸，包括脫氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，照射后可導致其破壞，達到殺菌的作用。同時對蛋白酶及其他生命攸關的物質也可使其活性下降，代謝受阻，從而導致微生物的滅亡，因而具有廣譜性(包括細菌、病毒、真菌、立克次體、酶原體等均能殺滅) 。

利用紫外線殺滅空氣中的細菌，并不是光線一照，細菌便滅亡的，而是需要有一定的殺滅劑量K，其公式如下：

K=I*T

式中I是輻射強度；T是輻射時間。要達到良好的消毒效果一方面需加強輻射時間；另一方面要加強輻射強度。而在本次設計中，在消毒腔里內置2支或2支以上30 W、430 mm長紫外線燈管，充分保證腔內輻射強度達到每平方厘米2萬秒*微瓦以上。

為了保證室內空氣往復不斷的在腔內消毒，采用軸流風機，迫使腔內空氣圍繞紫外線燈管作循環運動，同時為使腔內的輻射強度進一步提高，在腔體內還增設了紫外線的反射材料，此外采用AT89C2051單片機，使產品具備了遙控、定時、選時等自動功能。

2 系統總體方案設計

系統組成如圖1所示，系統由發射部分和接收部分組成。發射部分采用BA5104編碼器，將待發的電源、定時設置鍵信號調制成38 kHz載波信號，由紅外發射管進行發射；接收部分采用BA5204譯碼器。單片機通過對所接收信號的分析，輸出相應的控制信號，使繼電器原有狀態發生改變，從而控制風機和紫外線燈管的運行與停止， 同時LED數碼管指示出當前消毒機的運行情況等。當有電源鍵按下時，消毒機電源指示燈亮，風機開始工作，如果10 s不按任何鍵，消毒機電源燈開始閃爍，提示馬上就要關機。當電源燈開始閃爍時，10 s后消毒機自動關機。消毒時間設定為4種，可根據具體情況確定。當設置鍵按一下時，消毒機工作時間設定為20 min，對應指示燈亮；再按一下定時按鈕；消毒機工作30 min，對應30 min指示燈亮，以次類推，消毒機工作時間可定于40 min，60 min。另外，通過手動鍵，也可實現消毒機的運行控制。當有鍵按下時，蜂鳴器會發出提示信號。

3 系統硬件設計

發射部分的遙控器上有2個按鈕，分別控制電源、定時設置鍵。 當電源按鈕按下時，BA5104的K1出現圖1 空氣消毒控制系統組成高電平信號；當定時按鈕按下時，BA5104的K2出現高電平信號。有信號出現時，晶體振蕩器開始振蕩，發光二極管LED開始顯示發射狀態，最后信號以脈沖的形式由38 kHz載波信號在輸出端D0輸出， 輸出信號由放大電路放大，放大后的信號由發光二極管發射出去，射出去的信號由接收電路接收。

接收部分的電路原理圖如圖2所示。

其中AT89C2051為控制核心。發射過來的信號由紅外線接收頭接收，接收后的信號再次經過放大后由BA5204譯碼器譯碼，信號由譯碼器的D1端輸入，經過BA5204譯碼后，由HP1，HP2端輸出至AT89C2051。AT89C2501芯片處理后，由P1.6，P1.7口作為輸出端，把信號送到繼電器，來控制繼電器的吸合與斷開，再由繼電器控制風機和紫外線燈管的工作。P1.4，P1.5口控制蜂鳴器和手動操作。P3口用來控制發光二極管，以顯示相應的電源開關和定時狀態。

4 系統軟件設計

系統上電初始化，對電源鍵、和手動鍵進行判斷。為了減小干擾的影響，在主程序中對這3個按鍵分2次來判斷。當有按鍵按下時設置參數并轉入相應的子程序，無鍵就順序查判其他按鍵。另外，還有2個定時中斷，定時中斷1(T1)用在開機后10 s不按任何鍵關機的10 s計數；定時中斷0用在對消毒機工作時間的計數。

(1) 電源按鍵子程序的設計

在主程序中，判斷有電源鍵時就設置鍵參數為1，蜂鳴器發出響聲，執行電源鍵子程序。 程序有2個分支。若消毒機的狀態為關機狀態(即狀態參數為0)就開機，執行開機分支，先打開風機和燈管及顯示LED狀態，然后置狀態為開機狀態(即狀態參數為0)，最后返回繼續判斷按鍵；若狀態表示為開機后其他狀態(即不為0)時，就關機，執行關機分支，先關燈管和風機改變LED狀態及狀態的參數為0，然后把狀態存放的單元地址重放在起始指針位置，最后調用結束程序并結束。

(2) 10 ms調用程序設計

為了構造10 s計數時間，參數的值很關鍵。要使第一個時間參數×第二個時間參數×10 ms=10 s，因而取第一個時間參數為25，第二個時間參數為40，有2個時間參數而構成雙重循環程序。每個空操作是1個指令周期，減1判斷為2個指令周期。而本系統用4 MHz的晶振，一個指令周期為3 μs。因而［(2+2)×第二個時間參數+1+2］×第一個時間參數×3 μs=10 ms，這樣符合程序的要求。

5 結 語

基于紅外遙控和低功耗AT89C2051的動態紫外線空氣消毒控制系統，采用室內空氣循環風方式，加裝過濾器和高效紫外 C 燈管，在迅速過濾掉空氣中塵埃粒子的同時，直接殺滅細菌、病毒，阻斷疾病的空氣傳播途徑，減少室內空氣污染，改善空氣質量，預防肺炎、流感等呼吸道疾病。本消毒凈化機可在有人的場合持續對室內空氣消毒滅菌、除塵凈化，其安全有效，對人體不產生任何危害。它不僅克服了傳統空氣消毒方法的缺點，而且具有消毒無死角、耗電低、速度快、效能高等特點，性價比高，適用范圍廣。在實際使用后，證明其方便、可靠。

參 考 文 獻

［1］余永權.ATMEL89系列單片機應用技術\\.北京:北京航空航天大學出版社，2002.

［2］Atmel公司.AT89系列單片機使用手冊\\.Atmel公司，

2004.

［3］李廣弟.單片機基礎\\.北京:北京航空航天大學出版社，2001.

［4］何立明.MCS51系列單片機應用系統設計系統配置與接口技術\\.北京:北京航空航天大學出版社，2000.

［5］韓廣興.電子元器件與實用電路基礎\\.北京:電子工業出版社，2005.

［6］王松武，于鑫，武思軍.電子創新設計與實踐\\.北京:國防工業出版社，2005.

［7］何希才，伊兵.新型實用電子電路400例\\.北京:電子工業出版社，1998.

［8］田良，王堯.綜合電子設計與實踐\\.南京:東南大學出版社，2002.

［9］姚福安.電子電路設計與實踐\\.濟南:山東科學技術出版社，2002.

［10］王建新，姜萍.電子線路實踐教程\\.北京:科學技術出版社，2003.

［11］胡斌，嚴大香.電源電路識圖與故障分析\\.北京:人民郵電出版社，2003.

［12］肖景和，趙健.實用遙控電路\\.北京:人民郵電出版社，2001.

作者簡介 苗榮霞 女，1971年出生，碩士，講師。主要從事計算機控制研究。