基于單片機空氣凈化器智能凈化控制系統設計

陳萬疆

(鹽城生物工程高等職業技術學校，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

在目前的社會發展形勢下，民眾對室內空氣質量的要求日益提高。與此同時，為更好地滿足建筑節能相關要求，在建筑設計時室內建筑的密閉性開始受到重視。不過這也導致室內外空氣的流通性降低，室內污染問題更明顯，不利于人體健康。目前室內空氣污染的危害在不斷顯現，因而很有必要進行研究。

室內空氣凈化器可以很好地滿足空氣凈化相關要求，在室內空氣污染不斷加劇的形勢下，民眾對室內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出來。本研究設計的凈化器具有室內通風和紫外滅菌功能，對空氣凈化有一定促進作用。

1 空氣凈化器控制系統概述

系統的控制對象為單相110 V空氣凈化器，在運行過程中，這種凈化器可以過濾室內空氣中各種狀態的污染物，同時基于紫外線殺菌，以此來滿足相關功能要求。該系統的功能結構相關情況如圖1所示。

圖1 空氣凈化器功能結構

具體分析由圖1可知，此控制系統可劃分為兩個單元，分別為驅動模塊和主控制模塊。輸入110 V的電源可滿足控制系統運行要求。對輸入的電流進行適當處理后，形成5 V與9 V直流電壓信號。單片機在運行中主要是通過指令對電機和紫外燈進行控制，以此實現消毒和空氣循環目的。其控制原理結構如圖2所示。

圖2 凈化器控制原理

驅動控制電路設計時主要是針對電源電路，基于LM7805芯片進行穩壓處理而獲得相應5 V、9 V直流電；電機驅動電路在運行中可進行電機的控制和調節，同時還可實現一定的保護功能；其中的燈管驅動控制電路可以檢測燈管狀態，并實現導通控制目的，以此來滿足系統功能要求。主控制板的硬件主要包括TGS電路、LHi電路、保護電路、LCD電路、功能按鍵電路等，在設計時根據要求進行詳細設計，且適當組合，確保系統功能實現。

系統在控制時，主要依據傳感器采集的信息，單片機[1]可處理傳感器發送的系統狀態信息，利用相應控制指令對儀器的工作狀態進行調節，使系統可靠穩定地運行。主控制、驅動控制模塊則可在軟件控制基礎上滿足系統應用要求，提高應用性能。

2 空氣凈化器控制系統硬件設計

分析這種控制系統的需求可發現，其硬件模塊在設計時應考慮一些主要功能要求。為滿足與此相關的功能要求而設計出電源控制電路、紫外燈電機驅動與控制電路、功能按鍵電路等。此外為滿足程序下載目的，還設置了控制程序下載電路等，控制系統對應的硬件模塊相關組成如圖3所示。

圖3 控制系統硬件模塊總體結構

分析圖3結構可知，這種系統的驅動控制部分主要包括：燈管、電源控制、電機驅動控制等相關單元。將這些單元設置到驅動控制電路板上；主控制模塊在運行時主要是針對顯示器、傳感器、紅外遙控和對應的按鍵進行控制。在主控制電路板中對這些進行設置，使得系統處于合理的運行狀態，同時也提高系統運行可靠性和效率。

3 空氣凈化器控制系統軟件設計

在進行軟件設計時，分析系統的需求情況后將模塊劃分為以下幾個單元：電機驅動程序、端口初始化程序、紅外信號處理程序，信號采集程序等。其控制程序相關組成如圖4所示。

圖4 控制系統程序結構

分析上圖結果可知，這種系統的驅動程序主要包括電機與燈管的驅動控制程序，且在運行過程中都是通過單片機進行控制，而其中的各部分存在一定組合關系。在程序整體設計時，各模塊都有重要的意義，可適當組合以滿足各方面應用要求，系統控制時需要用到ATmega128程序[2]。

紫外線室內空氣凈化器[3-4]控制系統的主程序流程如圖5所示。在運行中先對系統通上電源，然后打開開關確保其中各部分正常穩定地運行。開機工作后，初始化處理，并對端口地址進行分配。讀取相應傳感器測量到的信息，控制液晶顯示器處于工作狀態;接著基于系統的控制指令而對凈化器的工作模式進行調節，確保電機轉速保持在合理范圍內，同時控制紫外光燈管處于工作狀態，滿足系統的消毒滅菌相關要求，也為總體功能實現提供支持。

圖5 控制程序主流程

分析圖5程序主流程圖可知，在進行程序設計過程中，應該分析電路硬件設備與功能相關要求，并進行合理的布置。初始化設置后開始進行電路控制，并檢測信號、判斷信號，在此基礎上進行適當的調節，從而保證凈化器[5]參數在合理范圍內，確保其可靠穩定運行。

4 結語

空氣凈化技術是環保領域的一個新的課題，尤其是室內空氣凈化器誕生后，各種不同方式的空氣凈化器如雨后春筍般涌入市場。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品，儀器的控制系統基于單片機進行軟硬件模塊設計與開發，并且創新式地設計了氣體傳感器與紅外傳感器數據采集模塊，分別用于采集室內空氣質量和移動人體紅外信號強弱，以實現儀器隨外部環境自動調整工作狀態的功能。