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单片机在智能家居空气净化器系统中的应用随着科技的不断进步，智能家居产品逐渐走入人们的生活。
其中，空气净化器作为保障家庭健康的重要设备之一，其功能也在不断拓展和提升。
而单片机作为一种重要的微控制器，正发挥着越来越重要的作用。
本文将重点探讨单片机在智能家居空气净化器系统中的应用，并展望其未来的发展趋势。
一、单片机在智能家居空气净化器系统中的基本功能智能家居空气净化器系统是基于单片机的智能控制系统，其基本功能包括实时监测室内空气质量、自动调节过滤器工作模式、远程控制等。
单片机通过传感器实时采集室内空气的温度、湿度、PM2.5等数据，并通过算法进行处理和分析，及时反馈给用户当前的室内空气质量指数。
同时，单片机还可以根据用户的设定，自动调节过滤器的工作模式，以达到最佳的净化效果。
此外，用户还可以通过手机APP等远程控制方式，实现对空气净化器的状态监测和控制。
二、单片机在智能家居空气净化器系统中的优势1.高度自动化：单片机作为核心控制单元，能够实现对空气净化器系统的全自动化控制。
用户只需要简单地设置几个参数，系统就能根据环境条件实时调节过滤器的工作模式，无需手动干预，提升了用户的使用便利性。
2.节能环保：智能家居空气净化器系统通过引入单片机，能够根据室内空气质量的实时监测结果，智能调节过滤器的工作状态。
在室内空气质量较好时，可降低过滤器的工作强度，减少能源的消耗，从而达到节能环保的目的。
3.多样化功能：基于单片机的智能家居空气净化器系统不仅能实现室内空气质量的监测和净化，还可以与其他智能家居设备实现联动，如智能灯光、智能窗帘等。
通过无线通信，实现智能场景的联动，进一步提升用户的生活品质。
三、单片机在智能家居空气净化器系统中的发展趋势1.人工智能技术的应用：随着人工智能技术的发展，未来的智能家居空气净化器系统将可以通过学习用户的生活习惯和健康需求，进行自我调节和优化。
系统将能够根据用户的需求，自动调节净化器的工作模式和时间，最大程度地提升净化效果。
基于51单片机的空气净化机的设计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、*、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。
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、*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。
基于FPGA的智能空气净化器设计姓名学号学院专业年级指导教师年月日目录摘要 (3)Abstract (4)引言 (5)第一章绪论 (5)1.1空气净化器技术简介 (6)1.2国内外发展现状 (6)1.3研究背景及本文主要工作 (7)第二章智能空气净化器技术分析 (8)2.1 智能空气净化器传感器系统 (8)2.1.1 气体传感器 (9)2.1.2 灰尘传感器 (10)2.2 智能空气净化器控制系统 (10)2.2.1 研发阶段的控制系统 (11)2.2.2 生产阶段的控制系统 (12)第三章系统的硬件设计 (12)3.1 功能模块划分 (12)3.2 信息采集模块 (13)3.2.1 QS-01空气质量传感器 (13)3.2.2 ADC0809模数转换芯片 (14)3.2.3 DSM501灰尘传感器 (16)3.3 系统控制模块 (17)3.4 系统动力模块 (19)3.5 空气净化模块 (20)第四章系统的软件设计 (21)4.1 FPGA的软件设计概述 (21)4.1.1 VHDL及其特点 (22)4.1.2 VHDL的基本结构 (22)4.1.3 开发软件和设计流程 (23)4.2 具体程序设计 (24)4.2.1 ADC0809状态机设计 (24)4.2.2 QS-01气味传感器污染判断编程说明 (25)4.2.3 并行进程说明 (26)4.3 系统调试结果 (39)结论 (40)参考文献 (43)谢辞 (42)摘要近年来，工业发展和生活废气排放使得空气污染问题越来越严重。
空气污染俨然成为人类健康的一大杀手。
在人们日常居住的环境，居室空气净化成为了越来越被关注的一大议题。
在此背景下，空气净化器应运而生。
本文以实现居室空气的智能检测，智能净化为目标，设计出基于FPGA的智能空气净化器。
论文首先简介了空气净化器的发展现状，阐述项目设计的意义，并概述了本文研究的主要内容及所做的工作。
然后从分析空气净化器设计的关键技术入手，研究了空气净化器的硬件组成模块。
利用ATmega16L设计的温度控制系统利用ATmega16L设计的温度概述：一种基于ATmega16L1 引言随着科学技术的进步，检测行业发展快速，除了检测项目和内容不断扩大，更重要的是检测愈来愈科学化、职能化，主要表现在检测过程及检测结果由计算机监控和显示。
多点温度的采集控制近年来在检测行业应用较为广泛，其中以微机为核心的监控技术价格低廉，使用方便，应用也最普遍。
本文主要介绍基于ATmega16L单片机的温度控制系统的设计，具体包括炉温的采集和控制、LCD显示以及PC机绘制温度变化的曲线图等。
硬件和软件设计采用模块化的思想，系统集成度较高。
2 系统的硬件设计图1为系统硬件的总体结构图。
系统由主控制器、温度2．1 主控制器系统主控制器采用ATmega16L，该单片机是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器，具有先进的RISC结构，内部有大容量的ROM、RAM、FLASH和EEPROM，集成4通道PWM，SPI串行外设2．2 温度采集电路图2为温度采集电路。
该电路主要由温度传感器AD590和差分运算放大器AD524组成，其中温度传感器AD590是一种新型的两端式恒流器件。
激励电压范围是4～30 V，测温范围为-55～+150℃。
当AD590的电流流过一个5 kΩ的2．3 温度控制电路该电路主要由2．4 其他电路(1)显示电路系统的模块较多，I／0接口紧张，显示器选用液晶显示器TCl602A，接口采用高4位数据传输方式。
(2)键盘电路系统采用非矩阵式键盘，该键盘结构简单，使用方便，不会占用较多I／O，适用于按键个数较少的场合。
(3)串口电平转换电路电平转换由MAX488器件完成，MAX488为RS-488收发器，速度高于MAX232，简单易用，单+5 V供电，外接少量器件即可完成从TTL电平到RS-488电平的转换。
3 系统软件设计系统采用分层控制方式保证温度控制系统稳定。
下位机采用ATmega16L单片机作为硬件开发核心，采用C语言编程。
基于单片机的抽油烟机控制及净化系统设计抽油烟机是家庭厨房常见的设备之一，用于排除烹饪中产生的油烟、异味等污染物，保持厨房空气清新。
为了提高抽油烟机的效能和便利性，可以使用单片机来控制抽油烟机的运行，并结合净化系统来提高其净化效果。
基于单片机的抽油烟机控制系统设计包括两部分：控制模块和传感器模块。
控制模块使用单片机，通过按钮、开关等外部输入设备，实现抽油烟机的开关、调速、延时关闭等功能。
传感器模块用来检测油烟的浓度和厨房的温度，以便根据实际情况自动调整抽油烟机的运行状态。
在设计上，可以使用数字式环境传感器来检测空气中的油烟浓度，温度传感器来检测厨房的温度，然后将传感器模块与单片机进行连接。
通过单片机对传感器数据进行采集和处理，可以实现智能控制功能。
在抽油烟机的正常运行过程中，通过按钮或开关控制单片机进行开关、调速等操作。
当油烟浓度超过一定阈值或温度超过一定阈值时，单片机可以自动开启抽油烟机并将其调整至合适的速度。
同时，单片机可以设置延时关闭的功能，使抽油烟机在用完一段时间后自动关闭，避免浪费电能。
除了控制模块，净化系统也是抽油烟机的重要组成部分。
净化系统可以包括预过滤、活性炭过滤和高效过滤等净化装置，用于去除油烟、异味等污染物。
净化系统可以与单片机的控制模块相结合，实现根据油烟浓度的不同自动调整净化装置的运行状态，提高净化效果。
总的来说，基于单片机的抽油烟机控制及净化系统设计可以提高抽油烟机的效能和便利性，增强其自动化控制和净化能力。
通过合理设计控制模块和净化系统，可以实现抽油烟机在使用过程中更加智能化和环保化的功能。
《基于单片机的室内环境监测系统设计》篇一一、引言随着人们对生活品质的要求日益提高，室内环境监测变得越来越重要。
基于单片机的室内环境监测系统，可以实现对室内空气质量、温度、湿度等参数的实时监测和智能控制。
本文将详细介绍基于单片机的室内环境监测系统的设计思路、硬件组成、软件设计和实际应用等方面。
二、系统设计思路1. 需求分析：明确系统需要监测的参数，如空气质量、温度、湿度等，并确定系统应具备的功能，如数据采集、处理、显示和报警等。
2. 硬件选型：选择合适的单片机作为主控制器，选择传感器模块用于数据采集，选择适当的显示模块用于数据展示，以及根据需要选择其他辅助模块。
3. 软件设计：编写单片机程序，实现数据的采集、处理、显示和报警等功能。
三、硬件组成1. 主控制器：选用性能稳定、功耗低的单片机作为主控制器，负责整个系统的控制和数据处理。
2. 传感器模块：包括空气质量传感器、温度传感器和湿度传感器等，用于实时监测室内环境参数。
3. 显示模块：选用合适的显示模块，如LCD显示屏，用于展示监测数据。
4. 其他辅助模块：如电源模块、通信模块等，用于提供电源和实现与其他设备的通信。
四、软件设计1. 数据采集：通过传感器模块实时采集室内环境参数，如空气质量、温度和湿度等。
2. 数据处理：对采集到的数据进行处理和分析，如滤波、转换和存储等。
3. 数据显示：将处理后的数据通过显示模块展示给用户。
4. 报警功能：当监测到的数据超过设定阈值时，触发报警功能，如通过LED灯闪烁或蜂鸣器发声等方式提醒用户。
5. 通信功能：通过通信模块实现与上位机的通信，将数据传输至上位机进行进一步处理和分析。
五、实际应用基于单片机的室内环境监测系统具有广泛的应用场景，如家庭、办公室、医院等。
通过实时监测室内环境参数，可以为用户提供舒适的生活和工作环境。
同时，系统还可以根据用户的实际需求进行定制化开发，如添加空气净化器、加湿器等设备的控制功能，实现智能化的环境控制。
2系统的硬件电路设计2.1 主控制器电路设计主控芯片是整个系统的数据处理单元。
主控芯片主要负责数据操作、中断响应等各种逻辑指令。
主控芯片的工作频率与整个系统设计相关的内部硬件资源是好还是坏，要充分了解资源需求等系统要求，自行选择适合恰当的控制器。
否则，选择低性能主控芯片可能会影响整个系统性能，并为设计增加额外的困难。
本设计中采用STC89C52单片机最小系统。
STC89C52单片机最小系统具有体积小、质量轻、功能强、功耗低、性价比高等特点。
在本设计整套系统中起到了信号处理实时控制的作用，可以监测按键和采集传感器的各项参数，同时还能驱动LCD1602液晶显示检测到PM2.5浓度数据。
STC89C52单片机最小系统由STC89C52芯片、复位电路、时钟电路及输入/输出端口设备等构成。
STC89C52单片机是美国STC公司开发制造的一种8位微控制芯片，拥有512字节的数据存储空间和8K字节的程序存储空间。
共40个引脚，2个优先级设置，3个十六位强大定时/计数器，4个八位并行I/O端口，5个优质中断源。
STC89C52单片机的时钟引脚为XTAL1 和XTAL2；控制信号的引脚有RST，ALE，PSEN 和EA；I/O端口有P0，P1，P2和P3。
复位电路主要用于协助单片机来实现启动过程，控制单片机工作的起始状态。
在单片机工作过程中，受到外界干扰而出现代码丢失、运行出错或直接死机、停止运行的时候，此时通过复位，单片机内部的烧录代码就会自动重新执行。
复位方式一般分为自动复位和手动按键复位，本设计为了编程的简单化，采用了外部手动按键复位的方式。
STC89C52单片机的P0脚内无上拉电阻，为开漏输出。
所以在本设计中P0脚用作输出端口，需另加上拉电阻以加大输出的驱动能力，本设计采用10K的排阻作为上拉电阻。
时钟电路好比心脏，单片机的工作动力都来源于它。
时钟电路其实本质就是一个晶体振荡电路，提供一个正弦波信号作为基准让单片机进行工作，因此单片机的运行速度及处理能力都是由时钟电路决定。
基于ATmega16 单片机的微型气象探测系统设计-设计应用摘要：设计了一种便携式低功耗微型气象探测系统，该系统以低功耗ATmega16单片机作为控制部件，采用温湿度传感器、气压传感器以及光强度传感器，进行温度、湿度、气压和光照强度的测量；通过12864液晶、时钟芯片和E2PROM实现数据的显示、存储和查询。
实验测试结果表明该微型气象探测系统的测量精度达到了普通气象测量要求，稳定性高。
由于该气象探测系统具有微型化、低功耗、实时化和便携式等特点，因而特别适用于小区域的气象监测。
0引言气候变化使得我国干旱，洪涝等自然灾害更加严重，提高我国的气象探测能力，有助于增强我国灾害预警和人工影响天气能力。
因此，气象要素测量系统开发研究具有重要的意义。
目前很多地区气象要素的测量大多依靠当地天气预报，然而天气预报地域范围较广，无法到小区域的气候测量。
而搭建气象台成本较高，性价比低，因此设计一种微型化，便携式的综合气象探测系统就显得十分必要。
针对以上问题本文设计了一种便携式气象探测系统，该气象检测系统可以有效地测量小区域的温度、湿度、气压、光照强度等气象参数，精度可达到普通气象测量要求，还有显示、存储、回溯查询的功能，具有低功耗、微型化、便携式、低成本的特点，适应于各种小区域的气象测量，具有一定的实用价值。
1系统设计和工作原理本气象测量系统以低功耗AVR单片机ATmega16作为控制部件，如图1所示，由温度测量模块、湿度测量模块、气压测量模块、光照强度测量模块、时钟芯片、E2PROM、液晶显示和独立按键等模块组成。
通过各个传感器将温度、湿度、气压、光强度转化为电信号，利用单片机处理后得到测量数据，并在液晶上显示。
通过E2PROM和独立按键实现数据的存储和查询。
按下存储键，储存各个测量数据和时钟芯片得到的当前时间；按下查询键，查询以前存储的测量数据。
同时该系统还具有自动测量功能，自动测量时，关闭液晶，测得数据每30min存入E2PROM。
SCM Technology •单片机技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 245【关键词】单片机 传感器 手机APP 净化1 引言随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，汽车已经走入平常百姓家，车内的座椅、沙发垫等装饰材料会释放苯、甲醛等有毒物质，导致车内空气质量恶化，同时车内封闭的小环境，容易使人感到不适，引起头痛，恶心等现象。
本人根据实际生活的需要设计了一种车载空气净化器。
2 硬件电路设计2.1 系统结构该项目主要由空气质量传感器模块、MCU 控制模块、液晶显示模块、空气净化模块、电源模块、蓝牙模块、手机APP 等组成，如图1所示。
2.2 硬件模块介绍2.2.1 MCU 模块MCU 模块是采用STC89C52单片机作为控制核心，此单片机是STC 公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 字节系统可编程Flash 存储器，价格便宜，适合实际应用需要。
如图2所示。
除了复位电路、时钟电路外，P2端口连接LCD1602的液晶显示。
2.2.2 显示模块本电路显示模块采用的是LCD1602，可以显示2行*16字符，主要用来显示净化时间。
其中第3脚为V o 为对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，实际使用中用一个电位器来调整，如图3所示。
2.2.3 空气质量传感器模块基于单片机控制的车载空气净化器设计文/张仁朝 张茂贵空气质量检测模块采用的是SM427N001，它是一款高性价比的四等级空气质量传感器。
能够检测氨气、氢气、酒精、一氧化碳、甲烷、丙烷、甘烷、苯乙烯、丙二醇、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等有机挥发气体以及香烟、木材、纸张燃烧烟雾、油烟等。
该模块通过XH2.54-4立式插座与单片机P1^2、P1^3相连，接口定义如表1所示。
输出信号A 、B 与污染等级0-3相对应，0表示没有污染，3表示污染最严重，级别越高表示污染越严重，具体如表2所示。
毕业设计题目基于单片机的室内智能通风控制系统研究学生所在学院电气学院专业电气工程及其自动化学号学生姓名指导教师助理指导教师起止日期2011.03.07至2011.06.03摘要目前，国内大部分住宅的室内污染状况堪忧。
各种新型建筑材料、装修材料、日用化学品进入住宅成为室内污染源;另外，空调的使用和普及使室内通风率比以前明显下降，造成住宅室内污染的累积，致使室内的空气质量相对恶化。
由于上述种种原因，造成我国大部分居住建筑的通风状况相对较差，基本上不能满足我国《民用建筑室内环境污染控制标准》的有关规定。
在自然通风不能满足需要的时候，往往可以通过机械通风方式来改善室内的热环境和空气品质。
论文所研究的的室内环境调节系统充分利用室外环境条件，通过对建筑物室内外温度、湿度等的测量、比较、优化，进而控制送风设备、排风设备和窗及窗帘的状态，配合并联动空调的运行，达到智能调节建筑物室内环境的目的，以此改善室内空气品质。
本系统采用层次化、模块化设计。
整个系统由数据采集系统、单片机控制系统和计算机监控系统组成。
系统以单片机SST89E58RD2为核心，以JWSL-2系列壁挂型温湿度传感器等作为测量元件，通过单片机与传感器相连，采集并存储传感器的测量数据。
在单片机系统中，还要实现数据的实时显示、超限语音报警和数据辅助存储功能。
单片机作为监控系统的中心，通过RS232/RS485总线与监控计算机通信，将采集到的数据传输给监控计算机。
监控计算机将单片机传输的数据进行记录、存储和处理，供工作人员浏览、记录和进行相关理。
关键词：空气品质、单片机、温度、湿度、传感器ABSTRACTAt Present，most of the domestic indoor pollution situations are worth anxious. Various new building materials，decoration materials and commodity of chemical enter into indoor environment and become sources of pollution. In addition, the use and popularity of air-conditioning decrease the indoor ventilation obviously，resulting in the accumulation of residential indoor pollution and worse indoor air quality. For all above these reasons, most of our country’s building ventilating situations become relatively bad and cannot satisfy the requirements of our country’s ”Civil construction Indoor environment Contamination control Standard ” concerned basically.Usually，we improve the indoor hot environment and the air quality through the machine ventilation when the natural ventilation can’t meet the needs. The indoor environment regulating system on which this paper study belongs to the area of technology. It is a full use of the outdoor environmental conditions through the survey、comparison、optimization of building indoor& outside temperature，humidity and so on，and then control ventilation equipments、the window and window curtain and air-condition. By this process，the system can achieve the purpose of regulating building indoor environment intellectually and improve the indoor air quality.This system uses the hierarchization and modular design，the whole system is composed by the data acquisition system，the MCU control system and the computer supervisory system. The system takes the MCUSST89E58RD2 as core，JWSL-2-wall series of temperature and humidity sensors as a measuring device，capture and store the sensor data through the connection between MCU and sensors. In MCU system we have to realize the data real time display、warning when beyond the limited pronunciation and the data supplementary storage function. As the center of computer monitoring system，MCU communicate with computer through RS232/RS485 system bus and transmit the collected date to monitor computer. The monitor computer do the recording、memory and processing jobs for the data which MCU transmits，and then these data are supplied for the staff to browse，record and related process. Keywords: air quality、MCU、temperature、humidity、senso目录中文摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 引言 (1)1.1课题研究目的及其意义 (1)1.2课题研究主要内容 (4)1.3本文的组织结构 (5)2 室内空气品质控制 (6)2.1通风换气技术在我国住宅建筑中的应用 (6)2.2我国自然通风研究应用的发展方向 (6)2.3机械通风是解决住宅室内通风的适宜方法 (6)2.3.1机械通风是解决住宅室内通风的适宜方法 (6)2.3.2室内机械通风需要解决的问题 (7)2.4室内机械通风调节控制算法 (8)2.4.1相关的通风标准 (8)2.4.2室内机械通风量的估计算法 (9)2.4.3室内控制品质参数及数学模型 (9)2.4.4居室机械通风原理 (10)2.4.5通风系统布置 (10)2.4.6通风系统运行模式 (12)2.4.7目前住宅机械通风量的控制策略 (12)3 系统总体设计 (13)3.1系统总体设计 (13)3.2系统功能设计 (14)3.3系统设计原则 (14)4 系统硬件设计 (15)4.1控制器的硬件框图 (15)4.2控制器的功能及主要性能指标 (18)4.3控制器的设计原理 (20)4.4主控单元 (20)4.4.1 CPU的选择 (20)4.4.2 A/D转换 (24)4.5入与输出通道 (26)4.6串行通信模块的设计 (27)5 系统软件设计 (30)5.1主程序软件流程 (30)5.1.1初始化程序 (30)5.1.2主程序 (30)5.2围设备接口程序 (31)5.3信程序模块 (33)5.4上位机界面及系统参数设置 (34)5.5串口通信实现 (35)6 结论 (39)参考文献 (40)附录 (41)1 引言1.1 课题研究目的及其意义(1)项目的实施将提供有效的节能措施项目的开发符合我国节约型社会的建设要求，随着我国国民经济的快速发展，能源消费需求大幅增加，能源供需矛盾突出，提高能源利用效率、改善能源环境己经迫在眉睫。
基于ATmega16单片机的空气净化器控制系统设计余阿陵;陈显彬【摘要】本文提供一种能使室内空气得到净化的空气净化器设计。
以Atmel公司的AVR单片机ATmega16为核心处理器，通过相应气体传感器进行信号检测，由检测结果，实现了空气排风过滤系统的三个不同等级动力驱动的自动控制。
该空气净化器还具有PM2.5检测值显示、甲醛检测值显示、紫外线发生器控制、负离子发生器控制、定时与睡眠设置以及遥控等功能。
%This article provides a kind of design of air purifier for indoor air purification. The ATmega16 MCU as the core processor is to use,which is one of the products of Atmel company. Through signal detecting with corre-sponding gas sensor,and base on the detection results,it is achieved the air exhaust air filter system of three differ-ent levels of power driven automatic control. At the same time,This air-purifier is equipped with the PM2. 5 detec-tion data display,the CHOH detection data display,the ultraviolet generator control,the negative ion generator con-trol,the time and the sleep setting ,the remote control and other functions.【期刊名称】《电气电子教学学报》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】4页(P71-74)【关键词】PM2.5;非线性标度变换;移动平均值滤波【作者】余阿陵;陈显彬【作者单位】汕头职业技术学院，广东汕头515041;汕头高威电子有限公司，广东汕头515041【正文语种】中文【中图分类】TP212/2171995年和2012年，国家先后公布了《居室空气中甲醛的卫生标准》和《环境空气质量标准》[1，2]。
对检测居室中PM2.5、甲醛等污染物的浓度作了明确规定。
这使得根据检测值对居室内的空气进行相应的净化处理，以求实现健康安居的环保要求有了依据。
本文介绍一款空气净化器设计，它将过滤式净化、负离子净化、紫外线杀菌等空气净化技术组合起来。
通过引入PM2.5、甲醛气体传感器，在ATmega16单片机的智能化测控下，以三层过滤吸附装置过滤室内空气中颗粒状污染物、吸附各种有害物质；形成初步空气净化后，再通过电机驱动形成管道下的气流通道，促使空气由气流通道传送给杀菌装置；并由气流通道将净化后的空气排放到室内，从而获得室内的空气净化处理。
控制系统组成结构如图1所示。
控制系统将PM2.5检测传感器、甲醛检测传感器所检测到的对应模拟电压，由ATmega16单片机进行A/D转换。
为保证检测值的可靠性，单片机通过多次采样检测后，由程序算法实现移动平均值滤波，其后，再将处理好的数据通过非线性标度变换，转换为PM2.5、甲醛的体积浓度(PM2.5单位为：微克/立方米μg/m3；甲醛单位为：毫克/立方米mg/m3)，结果显示在SMC1604(显示容量为16×4字符)LCD显示器上。
图中的红外遥控发射器、红外遥控接收器组成了人机对话操作部分，其功能与后继的手动/自动控制、紫外线杀菌等按键功能一样，区别仅在操作距离上。
通过这三者的操作，可以实现：①系统开机/关机；②依PM2.5、甲醛检测值的自动/手动风速调整方式对三档风道电机转速进行设置；③负离子发生器、紫外线杀菌发生器的开关机控制；④睡眠定时时间设置。
同时为增强人机互动感，在单片机系统中配置了操作蜂鸣器。
图中，三档风道电机驱动电路是由单片机通过光电耦合器控制三路双向可控硅的导通与关断实现三档式交流电机的转速控制；紫外线杀菌发生器为一紫外线荧光灯，也由单片机通过光电耦合器，控制双向可控硅的导通与关断，来控制其工作；负离子发生器为本机电源电路中的一振荡升压电路，也是通过单片机控制其振荡的启动与停止来控制其工作。
2.1 ATmega16单片机资源分配图2为ATmega16单片机引脚分配，其引脚主要分成A、B、C、D四个端口类。
(1)A端口：PA0、PA1实现PM2.5、甲醛检测；PA2～PA7引脚均为控制电平输出端：PA2(KILL)为杀菌控制输出、PA3～5(SPEED3～1)为三档式交流电机转速的单片机控制输出、PA6(ANION)为负离子发生器工作控制端、PA7(SP)引脚为蜂鸣器工作控制端。
(3)C端口：作为LCD显示器SMC1604的标准接口，其数据总线采用4位方式，参见图中PC4～7(LCD D4～7)。
(4)D端口：PD0～PD7(除PD2)分别为开关机ON/OFF、手动/自动AUTO、定时设置TIME、手动三档转速电机设置SPEED、睡眠SLEEP、杀菌KILL、负离子发生器控制共七个按键接入端；PO2(T1838)为遥控接收器的输出，通过使用其第二功能：外部中断功能，来实现遥控控制。
2.2 PM2.5、甲醛传感器检测与控制电路图3为PM2.5传感器检测与控制电路。
图中PM2.5传感器采用郑州炜盛电子科技有限公司生产的半导体烟雾传感器：MQ02，为一气敏元件[3]。
在H1-H2端通电加热条件下，AA-BB端的电导率会随着空气中杂质浓度的增加而增大。
电路中C10、C12为滤波电容，用来滤除杂波干扰；R2-1、RB组成将电导率变化转换为电压的检测电路，AD0为将检测电压送到ATmega16第40脚的AD转换输入端；PMOS场效管Q1 NTR4101通过其栅极由ATmega16第2脚送来的低电平信号SEN POWER，将电源+5V VCC接通到MQ02的H1、AA端，实现开机预热控制与工作过程的通电加热。
甲醛传感器也采用了该公司的特殊气体传感器：MQ138，其工作原理与PM2.5传感器MQ02类似，接到ATmega16第39脚的AD1转换输入端。
电路部分这里不再给出[4]。
2.3 三档风道交流电机驱动控制电路图4为三档风道交流电机驱动控制电路。
电机的工作电源为交流220 V供电，在ATmega16单片机的PA3～5为低电平时，可控硅Q2～4导通。
其中单一路导通时，电机转速最低，风力最小；三路均导通时，电机转速最高，风力最大。
PA3～5三路均为高电平时，电机停转。
其他电路部分，均属常见单片机外围电路，本文不再赘述。
3.1 控制系统程序流程图5为系统主程序流程图；图6为由红外遥控接收的外部中断服务程序流程图。
以上未列出定时中断服务程序，其为主程序中设置了定时/睡眠后的定时功能，当其减计数值至零时置off标志，实现关机功能。
3.2 AD转换的移动平均值滤波ATmega16单片机AD转换的实现方式，可参考其他资料，本文不再进行讨论[5]。
这里重点说明一下ATmega16单片机AD转换采样数据的移动平均值滤波的程序实现。
由于受到外界噪声干扰的影响，AD转换采样值可能出现不规律的跳动，本程序分别对PM2.5和甲醛传感器的AD转换值进行了移动平均值滤波。
对PM2.5移动平均值滤波程序如下：read_adc(0x00); //读AD转换值ch0v1=(uint)(ADCW*5/1.024);ch0v2=ch0v2+ch0v1; //PM2.5平均值滤波n1++; //计平均值滤波平均次数if(n1==12){ch0v=(uint)(ch0v2/n1);ch0v2=0;n1=0;}3.3 滤波值的标度变换PM2.5传感器的输出电压值与实际其所检测的PM2.5体积浓度值对应关系如表1所示，甲醛传感器的相应关系与此类似[3，4]。
由表中数值可见，其呈非线性关系。
因此程序实现该标度变换的思路为：在获得PM2.5、甲醛传感器的输出电压移动平均滤波值后，先将其转换为序列n值，再通过该n值，由建立在程序中的PM2.5、甲醛体积浓度值数组查表，获得其体积浓度值。
另：表中的报警点，为三档风道电机转速的切换点，当各移动平均值等于切换点电压值时，在设置为自动方式时，会自动切换三档风道电机转速。
实现程序如下：首先在程序中建立与表1对应的两个数组如下：uint tab1[]={0,1,2,3,3,4,…,,9,10,11,…19,20,20,20,…49,50,…,90,100};//甲醛测试电压标度变转数组uint tab2[]={16,17,…71,75,76,7…99,100,101,…149,150,151,…,96,197};//PM2.5测试电压标度变转数组依移动平均值的查表程序如下：{uchar t1;t1=(uchar)(0.0768*ch0v-4);pm2p5=10*tab2[t1];}{uchar t;t=(uchar)(1.024*(ch1v-1000)/10-28);ch2o=10*tab1[t]; }本程序在Code VisionAVR编译器下进行设计，通过Proteus ISIS仿真软硬件的运行效果。
图7为自动运行时的显示效果。
其中上侧第一行左边三个“θ”，代表负离子发生器处于工作状态；上侧第一行右边为紫外线杀菌发生器外工作状态；当这两者功能关闭时无显示；末行右边的三个“F”，代表三档风道电机转速度的运行状态，显示一个“F”代表最低风速，显示三个“F”代表最高风速；中间两行为PM2.5、甲醛体积浓度值。
通过与市面上专用 PM2.5、甲醛检测仪进行检测值对比，结果一致。
而且各项控制，包括红外遥控功能均运行正常。
手动时“AUTO”显示变为“MANUAL”，风速由手动设置，不依PM2.5、甲醛值变化。
家用空气净化器是近年来家用电器中的新型热门产品。
本设计在这方面进行了智能化控制方式的设计尝试，而且从运行结果上表现出良好的运行状态，整个系统由ATmega16单片机作为核心，大大简化了硬件设计的复杂层度；又因为其所具备的良好软硬件编程仿真环境，极大的缩短了产品开发周期。
因本课题包含单片机的传感器信号检测、数据移动平均值滤波处理、信号标度变换、显示输出与控制等智能化测控系统的大量知识点，非常适合引入到智能检测与控制等单片机类课程中，作为课程的综合设计内容来开展教学。
