基于单片机控制的PM2.5空气净化器的设计与研究

2016-03-12德州学院机电工程学院翟龙涛李庆才高勇善

电子世界 2016年22期

德州学院机电工程学院翟龙涛李庆才高勇善

德州学院机电工程学院翟龙涛李庆才高勇善

基于单片机控制的PM2.5空气净化器是以STC12C5A60S2单片机为核心，以高性能负离子发生器、积尘除尘管道、火焰传感器、报警器、LCD1602液晶显示屏、数字温湿度传感器模块DHT11、GSM短信模块、PCF8591模块、超高速无叶风扇等电路元件为执行系统，对周围的环境进行检测处理，旨在解决雾霾问题的同时，给人们的生活带来最大的便利。

单片机；空气净化器；PM2.5

随着社会的发展，雾霾问题出现在了人们的视野中，给人类的生存发展带来了不容小觑的影响。其中，导致雾霾的罪魁祸首就是PM2.5，PM2.5体积小、但活性极强并且极易携带病毒和重金属物质，被人体吸入后，给人们的健康带来了极大的影响。针对雾霾问题所带来的问题，本文设计了一款集多功能为一体的智能PM2.5空气净化器，旨在解决雾霾问题的同时，给人们的生活带来最大化的便利。

1　系统简介

1.1系统的组成

本文所设计的PM2.5空气净化器是以STC12C5A60S2单片机为核心，以高性能负离子发生器、积尘除尘管道、火焰传感器、报警器、LCD1602液晶显示屏、数字温湿度传感器模块DHT11、GSM短信模块、PCF8591模块、超高速无叶风扇等电路元件为执行系统，对周围的环境进行检测处理。PCF8591模块将采集到的信息传送给单片机，单片机通过预先设置好的程序对所接受到的信息做出相应的反应，进而实现不同的功能。

1.2主要执行系统的介绍

(1)高性能负离子发生器

负离子发生器是将输入的电信号经EMI处理电路及保护电路处理后，经一些列的电路转换后，将直流负电压释放到载体的尖端，通过尖端放电原理，利用尖端直流高压产生高电晕，进而释放出大量的电子（e-），由于电子固有的特性，它会主动结合空气中的灰尘、PM2.5颗粒、细菌等极小的颗粒，结合后会使得结合物的质量升高，在万有引力的作用下才生沉降，所以它无法长久的存在于空气中，正是基于这一特性，来达到空气净化、消毒杀菌的目的。对于尖端电离产生的小粒径负离子，对人体而言，也具有医疗保健功效：具有促进细胞新陈代谢、改善心肺特性、增强机体免疫能力等功能，因而我们选用性能高的负离子发生器。

(2)积尘除尘管道

圆柱形通道管与积尘箱的配合，构成了积尘除尘通道。灰尘降落管道的选用，首先要考虑防止灰尘的二次污染，即：圆柱形通道管应使得灰尘降落过程中受阻最小化，防止灰尘不能降落到指定的积尘箱内，造成二次污染，因而我们选用圆柱形落尘管道。积尘箱我们选用推拉槽式的积尘箱，这样的积尘箱即方便收集从积尘除尘通道降落下来的尘埃，又方便将收集到的尘埃进行清理。

(3)DHT11数字温湿度传感器模块

本装置采用DHT11数字温湿度传感器来对周围环境的温湿度进行检测，DHT11是一款包含已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它具有一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，是一个温湿度一体化测量的传感器，它具有耗能低、响应时间快、测量精度相对较高等特点，3.3V至5.5v的直流工作电压可以满足STC12C5A60S2对它的控制，DHT11传感器将采集到的信息传送到单片机，单片机根据接收到的信息在单片机系统内部将其转化为可视的数字变量，再将数据传送到LCD1602液晶显示屏上，将数据显示出来。

(4)LCD1602液晶显示屏

本装置采用LCD1602液晶显示屏对温湿度等信息进行显示，它可以同时显示16x02即32个字符，我们根据实际的需要，在1602显示屏上下分别设置显示温度、湿度与相对应的参数。

(5)火焰传感器模块

火焰传感器是一款对火焰特别敏感的传感器件，可用于检测一定范围内的火光情况，常与报警器结合用作火灾报警。它配有可调精密电位器，可以用来调节它的灵敏度，以适应不同场合不同光源的检测。

(6)GSM短信模块

GSM短信模块我们采用SIM900A模块，该模块支持2G、3G、4G手机卡，拥有短信、数据、彩信和上网等功能。5V供电，可以直接与单片机相连，属于低耗能装置，待机电流只需80MA左右，休眠低至10MA，因而适用范围广，适合在本套装置中使用。

2　功能介绍及工作原理

2.1净化除尘

本装置是以STC12C5A60S2单片机为控制核心，配以相应的程序，用来对电路中信息的处理和对执行电路的控制，具有超高速、低耗能，抗干扰极强的特点，是传统8051单片机运行速度的8—12倍左右，在本套装置中处于的核心地位。高性能负离子发生器、积尘除尘管道与超高速无叶风扇设在空气净化器内部，通过超高速无叶风扇的高速转动使得空气净化器的内部形成真空，此时便会与外界大气形成压差，由于大气压强瞬间大于空气净化器内部的压强，就会导致含灰尘、PM2.5离子、细菌等小颗粒的空气进入负离子发生器中，在负离子发生器中经过尖端放电过程后，空气中的有害小颗粒经结合、沉降、积淀后，通过积尘除尘管道进入到积尘箱中，净化后的空气由净化器的出口排除，以到达净化空气的作用。

2.2火灾报警

PM2.5空气净化器为居家生活所必备，除具有净化除尘功能外，还具有火灾报警的功能。此功能是由安装在空气净化器外部的火焰传感器和PCF8591模块检测火灾的信息，经处理送达单片机，通过与之前设定好的程序动作进行比较，进而做出相应的反应。火焰传感器、报警器、GSM短信模块的结合使用，是实现智能火灾报警功能的前提。GSM短信模块与报警器直接与单片机相连，通过声音报警与电话报警双向报警功能进行报警：如若家庭发生因线路老化或其他因素

引发的火灾后，系统采集到火灾信息后，通过报警器发出报警声与拨通户主手机进行双重报警为保障，以保证火灾信息能够及时送达主人，让主人及时处理火灾情况，已达到损失最小化的目的。

2.3温度检测

空气净化器的温度检测功能主要由DHT11数字温湿度传感器模块与PCF8591模块配合使用来对外部温湿度采集，为防止干扰信号的产生，需在电源引脚（VCC、GND）之间加上一个0.1UF的电容用做去耦滤波。当系统采集到外部环境的温湿度信息时，将采集到的信息送达STC12C5A60S2中，再将信息转化成人为可见的数字量显示在LCD1602液晶显示屏上。LCD1602液晶显示屏可分为上下两行显示，我们让其分别显示温度、湿度的数字变化。

3　装置综述

本装置采用STC12C5A60S2单片机为控制系统，对空气净化器的电路元件进行控制。装置上电即工作，通过负离子发生器与超高速风扇的协调配合对“吸”入的空气进行处理，已到达净化空气的作用；DHT11数字温湿度传感器模块与PCF8591模块的配合用于对环境温湿度信息的采集处理，再将参数信息送达单片机进一步加工处理，将环境的温湿度参数通过LCD1602液晶显示屏显示出来，可以实现良好的人机交互；由与单片机连接的火焰传感器、PCF8591模块、报警器以及GSM短信模块用于对家庭火灾信息的检测报警，一旦检测到火灾便可通过报警器的声音报警以及GSM短信模块的电话报警双重报警机制进行报警，通知户主及时处理火灾信息，以确保损失最小化。