BOB半岛空气净化器设计样本doc空气净化器设计和制作 指导老师 张冠芬 摘要：采取双波长等离子空气净化技术，依靠AVR单片微原理，以atmega8单片机为控制关键，检测交流过零点，控制可控硅实现调压调速；使用一体化红外接收头，进行遥控解码，实现红外遥控；驱动步进电机，实现摆风叶摆动，完成空气净化器设计制作，达成了净化空气、改善大家居住环境目标。它关键使用于通风不足室内环境和空气品质差公共环境等。 关键词：AVR单片机；双波长等离子净化技术；可控硅调压；红外遥控解码 研究背景 在我们生活大多数场所，为了节省能源，其建筑全部是密封。即使在安装空调系统前提下，通常新风量约占空调总风量15％左右，85％全部是室内回风，所以室内大部分空气全部在往返循环使用，所以室内常积有很多诸如病毒、霉毒、细菌、真菌、烟尘、异味、化学物和转潢后甲醛、笨、氨等污染，使室内空气质量愈加恶化，污染愈加严重。在卫生部组织开展全国公共场所中央空调通风系统卫生情况监督检验结果也表明，合格率仅为6.2％。大家在这么环境下生活工作，严重危害健康和生命。双波长光氢等离子净化技术，就能在不改变现有通风和人员照常工作动态情况下，快速杀菌，消毒，同时提升环境空气含氧量。 1设计原理 采取双波长等离子空气净化技术，依靠AVR单片微原理，以atmega8单片机为控制关键，检测交流过零点，控制可控硅实现调压调速；使用一体化红外接收头，进行遥控解码，实现红外遥控；驱动步进电机，实现摆风叶摆动，完成空气净化器设计制作，达成了净化空气、改善大家居住环境目标。它关键使用于通风不足室内环境和空气品质差公共环境等。 2系统设计 2.1设计总要求： 该净化器关键实现功效有：该净化器实现杀菌净化功效，用户使用遥控器进行操作。可设定净化器工作时间，定时1、2、3个小时，循环选择。可调整风机风速，分为高风速，中速，低速，循环选择。可自动改变风向，含有摆风功效，结构图以下图1： 主 主 控 板 交流风扇电 机 摆风叶步进电机 空气净化装 置 红外遥控 12v变压器 220V供电 图1系统结构图 2.2模块设计方案比较论证 依据净化器设计要求，系统模块关键分为：主控电路模块，状态显示模块，交流电机调压调速模块，红外遥控模块，步进电机驱动模块，空气净化模块。 1.2.1主控板 方案1：主控板采取ATMEGAatmega8，ATmega8关键特征以下： 高性能、低功耗 8 位AVR 微处理器 ，优异RISC 结构 130 条指令 ， 大多数指令实施时间为单个时钟周期，32个8 位通用工作寄存器，全静态工作，工作于16 MHz时性能高达16MIPS ，只需两个时钟周期硬件乘法器，非易失性程序和数据存放器，8K 字节系统内可编程Flash 擦写寿命: 10,000 次，含有独立锁定位可选Boot 代码区， 经过片上Boot 程序实现系统内编程，线 字节EEPROM 擦写寿命: 100,000 次 1K字节片内SRAM。 方案2：采取可编程逻辑器件CPLD作为。CPLD能够实现多种复杂逻辑功效，规模大，密度高体积小，易于进行扩展等优点，但擦出次数少，通常见于大系统控制电路中。 方案3:和MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存放器、 1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz～33Hz 、 加密程序存放器 、 32个可编程I/O口线位定时器/计数器 八个中止源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中止可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符。 经分析论证，考虑系统稳定性，可靠性，和最关键抗干扰能力等，最终决定采取方案1。 2.2.2状态显示 方案1 :用数码管进行显示。因为数码管显示速度快，编程简单，显示效果简练，但体积较大，显示大量字符时不实用。 方案2 用LCD液晶进行显示。其显示内容丰富、清楚，显示信息量大，编程较难。适适用于显示大量数据，同时支持显示多钟字符。 方案3 采取led发光二极管。 经分析，因为受到机器外壳形状限制。显示面板较小，所以采取led发光二极管，简单明了对功效状态示意显示。采取方案3。 2.2.3交流电机调压调速模块 风机风速调整需经过改变电机电压， 使用可控硅实现交流电压调整。 可控硅它是由四层半导体材料组成，有三个PN结，对外有三个电极图2，第一层P型半导体引出电极叫阳极A，第三层P型半导体引出电极叫控制极G，第四层N型半导体引出电极叫阴极K。从晶闸管电路符号图2能够看到，它和二极管一样是一个单方向导电器件，关键是多了一个控制极G，这就使它含有和二极管完全不一样工作特征。 图2 可控硅BTB12 可控硅触发电路关键有下面两种形式： 1、导通角触发调压速度比较快，不过会对电网造成很大谐波干扰；2、过零触发几乎没有谐波干扰，但系统响应时间最少半个交流周期。? 经分析：考虑因为使用单片机控制可控硅，系统对应时间可在0.02m内，故采取过零触发，图3。 图3过零触发电路 过零触发电路图3用于检测交流电过零点。当过零时，可控硅打开，同时电路给单片机触发信号，单片机收到信号后，延时一段时间立即关断可控硅。经过改变延时长短，改变通电时间，进而改变电机电压。 2.2.4 红外遥控模块 红外遥控采取一体化红外遥控接收头图4，它将红外接收管(光电二极管)、放大器、滤波器及解调器集成在个硅片上,不仅尺寸小、无需外部元件,而且含有抗光电干扰性能好(无需外加磁屏蔽及滤光片)、并有接收角度宽等特点。 图4一体化红外遥控接收头 2.2.5步进电机驱动模块 方案1 采取l298N，成本高，安装不方便。 方案2 采取ULN20XX 图5步进电机驱动模块ULN20XX及其内部结构方框图 步进电机采取ULN20XX驱动图5。ULN20XX 是高耐压、大电流达林顿陈列BOB半岛，由七个硅NPN 达林顿管组成。该电路特点以下：ULN20XX 每一对达林顿全部串联一个2.7K 基极电阻,在5V 工作电压下它能和TTL 和CMOS 电路直接相连，能够直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理数据。ULN20XX 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，而且能够在关态时承受50V 电压，输出还能够在高负载电流并行运行。 经分析论证，选择方案二。 22.6空气净化装置—双波长光氢等离子空气净化器 工作原理：双波长光氢等离子空气净化器图6，当细小颗粒物随气流经过高压电离区（采取优异技术，输出8000V直流高压电，形成强电场）时，被高压电场带上正电荷，带正电荷粒子经过带负电荷集尘板（输出4000V恒流电压）时，被吸附在集尘板上，附在颗粒表面上细、病毒、微生物处于正离子包围中，快速取得饱和电量而发生点解，在这个过程中，细菌细胞壁会被正电子击穿并破坏细胞电解质、从而被杀死。而这一过程中残余细菌、病毒和空气当中可会发性有机污染物继续被光氢等离子体所杀灭、降解、最终产物仅为无毒无害H2O和CO2，如此循环往复，室内空气得以净化，从而提升室内空气品质。 图6 双波长光氢等离子空气净化器 3硬件电路设计 3.1电气原理图 电气原理图1关键包含主控芯片电路，电源电路，过零检测电路，步进电机驱动电路，接口插件等。 图7电气原理图1 电气原理图2关键包含：可控硅调压电路，交流电机控制电路，净化器控制电路，接口插件等，以下图8： 图8电气原理图2 电气原理图3以下图9关键包含红外接收电路、led显示电路、接口插件等。 图9电气原理图3 3软件设计 控制程序使用C语言开发，编程软件AVR-GCC，仿真软件AVRstudio7.5。单片机C语言编程开发，含有可移植性好，易懂易用特点，适合较大程序开发。 3.1程序步骤图 开始 开始 红外检测 开机键是否按 摆风叶键是否按 摆风 风速键是否按 设定风速 定时键是否按 设定工作时间 结束 否 否 否 否 是 是 是 是 是 是 是 是 图13程序步骤图 3.2红外遥控解码程序 while (INT); //等候低电平 do { time = time_count_highlevel(); if (error != 0) { goto ERROR_SET; } }while (time 5000); for (i = 0;i 5;i++) { time = time_count_highlevel(); if (error != 0) { goto ERROR_SET; } if (time 1000) { word_high = word_high 1; word_high++; } else { word_high = word_high 1; } } if (word_high == 0x1b) { for (i = 0;i 7;i++) { time = time_count_highlevel(); if (error != 0) { goto ERROR_SET; } if (time 1000) { word_low = word_low 1; word_low++; } else { word_low = word_low 1; } } 3.3过零检测调压程序 if(!(GIFR(1INTF0)))//外部中止，过零检测********************* { GIFR=_BV(INTF0); uu=1; } if(uu==1) //调速子程序******************************** { t2++; t23++; if(t2==su) { t2=0; PORTC=_BV(PC0); } if(t23==su+1) { uu=0; t23=0; t2=0; if(n==0) { su=43; PORTC=~_BV(PC3);PORTC=_BV(PC4); } else if(n==1) { su=33; PORTC=_BV(PC3);PORTC=~_BV(PC4); } else if(n==2) { su=13; PORTC=~_BV(PC3);PORTC=~_BV(PC4); } else if(n=3) {n=0;} PORTC=~_BV(PC0); } } 全部程序见附录1： 4整机调试 4.1硬件电路调试 硬件电路最严重就是干扰问题，光氢净化器开启装置，在通电开启时会产生瞬时高压，同时产生电磁干扰，偶然能够迫使程序复位，为处理此问题，采取了很多措施：在芯片电源管脚添加滤波电容，修改了PCB布线，禁用单片机外部复位引脚等，这些改善效果不显著，没有能够根本处理问题，到最终发觉，在光氢净化器电源线上加电磁环能有效改善干扰现象，经测试，在加有电磁环后，程序再没有出现过复位现象。 4.2程序调试 程序设计也碰到了很多问题，红外解码时，无法正确译码，收到红外指令无法正常实施，以后经过数次修改，在每次大循环后，经过增加延时处理了此问题。调压程序部分，也碰到了很多问题，交流过零点检测很轻易实现了，但使用可控硅调压是时发觉，交流电动机在低速时有震动现象，且震动很厉害，以后发觉，在中止服务函数嵌套延时函数是很不正确，尤其是延时时间较长时，以后把延时函数改写为累计计数方法实现，震动现象有很大改善。 经过不停测试，改善。最终能够实现全部要求功效，较稳定运行。 5整机功效指标 5.1功效指标 “定时”功效：按遥控器上“定时”键，可用于设定杀菌净化器关机时间，分别为1小时，2小时，3小时，无定时，如此反复，且机身对应指示灯亮，净化器定时关机后，按“开/关”能够再次开启净化器。 “扫风”功效：当开机扫风片下摆打开后，按一下遥控器上“扫风”键，扫风片上下摆动，再次按时，扫风片停止摆动。 “风速”功效：可用于设定净化器风机风速，分别为低速、中速、高速，按“风速”键循环操作，机身对应指示灯亮。开机默认为低速。 “开/关”功效：按一下遥控器上“开/光”键，听到“嘀”一声后，杀菌器开启，扫风片下摆打开，开机指示灯亮。停止使用时，再按一下“开/关”键，听到“嘀”一声后，杀菌净化器停止运行，扫风片上摆关闭。5~10秒后指示灯灭，杀菌净化器根本关机。 5.2样机照片 图14样机照片 6结论 经过这次创新，做好一件作品需要坚持，碰到困难是肯定，出现问题也是无法避免，只能经过不停尝试，找四处理措施，当以后再碰到时能够立即处理，就不再是困难。软硬件设计要相互补充，只要硬件没问题，程序肯定是能够写出来，但硬件合理设计会让程序设计更简单更稳定。软件合理设计会简化硬件电路，降低成本。 参考文件： [1]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理和应用原理[M].1版.北京航空航天大学出版社.20XX:200-260. 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