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基于单片机的室内智能空气净化器系统的设计
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基于单片机的室内智能空气净化器系统的设计
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摘 要
随着全世界空气污染的趋势日益严重,我们居住的室内环境受到外界空气
环境的影响,PM2.5含量、有害气体污染物越来越高,很多城市都受到了严重
的污染。同时,室内空气还受到家具残留、建筑残留、装饰装修残留等问题的
影响。大家几乎所有的时间停留在室内,我们每个人的身体健康状况与室内环
境的好坏有很大的联系。
设计一款有效的智能空气净化器系统是本文研究的主要目的,是基于
STM32微处理器控制系统的设计与开发,其中包含了硬件电路设计与软件程
序的开发。本文立足于净化器的工作原理,搭建出其中每一个子模块的硬件电
路原理图。在软件开发方面,从对系统的功能需求分析出发,实现主程序的初
始化到各个子程序的结合和调配,最终给出相应的Proteus仿真电路。本文重点
设计与研究的目标为利用传感器采集数据,控制被控执行机构。
传感器采集主要包括:温度与湿度、PM2.5、甲烷等有害气体。控制系统
部分包括:STM32单片机的最小系统,辅助电源,显示模块,报警模块与红
外遥控模块。净化空气的主要执行机构包括通风风扇,紫外灯杀菌管,负离子
净化器。本文研究过程中,通过探讨设计方法和理念,有效的分析设计过程,
适当的使用仿真软件和测试仪器。使本设计真正达到安全、环保,具有高效、
节能、可靠的实用性能。
关键词 室内空气净化器 STM32 负离子发生器 仿真
I
Abstract
With the increasing trend of air pollution around the world, the air of outside-
d o o r h a s e x c e r t n a g t i v e i n f l u e n c e t o t h e q u a l i t y o f a i r o f i n s i d e - d o o r , t h e
c o n c e n t r a t i o n o f P M 2 . 5 a n d h a r m f u l g a s h a s i n c r e a s e d m o r e a n d m o r e r a p i d l y .
Thus,many cities have been seriously polluted. At the same time, the indoor air is
a l s o a f f e c t e d b y f u r n i t u r e r e s i d u e s , a r c h i t e c t u r a l r e s i d u e s , d e c o r a t i v e d e c o r a t i o n
a n d o t h e r i s s u e s . M a n y p e o p l e a l m o s t s t a y i n d o o r s a l l t h e t i m e , t h e r e a r e m a n y
contact between healthy and indoor air. The design of an effective intelligent air
p u r i f i e r s y s t e m i s t h e m a i n p u r p o s e o f t h i s p a p e r . I t i s b a s e d o n t h e d e s i g n a n d
development of STM32 microprocessor control system, which includes hardware
c i r c u i t d e s i g n a n d s o f t w a r e p r o g r a m d e v e l o p m e n t . T h i s a r t i c l e b a s e d o n t h e
working principle of the purifier, build each of the sub-modules of the hardware
circuit schematic. In the software development,from the functional requirements
o f t h e s y s t e m a n a l y s i s , t h e m a i n p r o g r a m t o a c h i e v e t h e i n i t i a l i z a t i o n o f t h e
subroutine to the combination and deployment, and give the corresponding Proteus
s i m u l a t i o n c i r c u i t i n t h e e n d . T h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e d e s i g n a n d r e s e a r c h
objectives for the use of sensors to collect data, control the controlled actuator.
Temperature、humidity、PM2.5、methane and other harmful gases are the
mainly index included in sensor acquisition. Control system part includes STM32
microcontroller minimum system,auxiliary power supply, display module, alarm
module and infrared remote control module. The main implementing agencies for
air purification include ventilation fans, Ultraviolet ray sterilizing lamp sterilizers
and negative ion cleaners.
Key words Indoor air purifier STM32 negative ion generator simulation
II
目 录
摘 要..................................................................................................................... I
ABSTRACT............................................................................................................. II
第1章 绪论.......................................................................................................... 1
1.1背景和意义........................................................................................................................ 1
1.2 国内外发展现状................................................................................................................ 1
1.2.1
室内空气净化器的发展现状
.....................................................................................1
1.2.2
室内空气净化器的发展趋势
.....................................................................................2
1.3本设计研究的主要内容..................................................................................................... 2
第2章 室内空气净化器总体设计.......................................................................4
2.1 总体方案设计................................................................................................................... 4
2.1.1
系统的硬件功能分析
.................................................................................................4
2.1.2
控制器的选型
............................................................................................................ 5
2.2 室内空气净化器软件总体设计......................................................................................... 8
2.2.1
室内控制系统软件总体设计
...................................................................................... 8
2.2.2
软件主程序流程
......................................................................................................... 9
第3章数据采集模块设计..................................................................................11
3.1模拟量输入的接口技术................................................................................................... 11
3.1.1
多路开关
.................................................................................................................. 11
3.1.2
采样
-
保持器
............................................................................................................. 12
3.1.3 A/D
转换器
................................................................................................................ 12
3.2 温湿度检测模块.............................................................................................................. 13
3.2.1
温度传感器
DS18B20................................................................................................ 13
3.2.2
湿度传感器
HS1101.................................................................................................. 14
3.3粉尘与气体传感器模块设计........................................................................................... 16
3.3.1 MQ-2
气体传感器
..................................................................................................... 16
3.3.2 GP2Y1010AU0F
粉尘传感器
......................................................................................17
第4章 控制系统的硬件设计与实现..................................................................19
4.1 控制系统硬件模块总体结构.......................................................................................... 19
4.2 电源模块设计................................................................................................................. 20
4.2.1
电源模块结构
.......................................................................................................... 20
4.2.2
电源电路设计
.......................................................................................................... 20
4.3 风扇控制模块设计.......................................................................................................... 21
4.3.1
控制电路设计
........................................................................................................... 22
4.4 紫外灯管模块设计.......................................................................................................... 22
4.5 负离子发生器模块设计.................................................................................................. 23
4.6 液晶显示模块设计.......................................................................................................... 25
4.7 按键模块设计................................................................................................................. 25
4.7.1
复位按键电路
.......................................................................................................... 25
4.7.2
功能按键电路
.......................................................................................................... 26
4.8报警模块设计.................................................................................................................. 27
4.9通信模块设计.................................................................................................................. 27
第5章 软件程序设计与仿真.............................................................................29
5.1软件程序设计.................................................................................................................. 29
5.1.1
系统程序主流程
......................................................................................................29
5.1.2
系统初始化程序设计
...............................................................................................30
5.2 PROTEUS仿真软件环境..................................................................................................... 32
5.3 系统功能实现与仿真结果.............................................................................................. 33
5.3.1
系统硬件调试
........................................................................................................... 33
5.3.2
功能实现验证
........................................................................................................... 34
结 论..................................................................................................................38
致 谢..................................................................................................................39
参考文献............................................................................................................40
附录 1................................................................................................................ 42
CONT ENT S
摘 要..................................................................................................................... I
ABSTRACT............................................................................................................. II
第1章 绪论.......................................................................................................... 1
1.1背景和意义........................................................................................................................ 1
1.2 国内外发展现状................................................................................................................ 1
1.2.1
室内空气净化器的发展现状
.....................................................................................1
1.2.2
室内空气净化器的发展趋势
.....................................................................................2
1.3本设计研究的主要内容..................................................................................................... 2
第2章 室内空气净化器总体设计.......................................................................4
2.1 总体方案设计................................................................................................................... 4
2.1.1
系统的硬件功能分析
.................................................................................................4
2.1.2
控制器的选型
............................................................................................................ 5
2.2 室内空气净化器软件总体设计......................................................................................... 8
2.2.1
室内控制系统软件总体设计
...................................................................................... 8
2.2.2
软件主程序流程
......................................................................................................... 9
第3章数据采集模块设计..................................................................................11
3.1模拟量输入的接口技术................................................................................................... 11
3.1.1
多路开关
.................................................................................................................. 11
3.1.2
采样
-
保持器
............................................................................................................. 12
3.1.3 A/D
转换器
................................................................................................................ 12
3.2 温湿度检测模块.............................................................................................................. 13
3.2.1
温度传感器
DS18B20................................................................................................ 13
3.2.2
湿度传感器
HS1101.................................................................................................. 14
3.3粉尘与气体传感器模块设计........................................................................................... 16
3.3.1 MQ-2
气体传感器
..................................................................................................... 16
3.3.2 GP2Y1010AU0F
粉尘传感器
......................................................................................17
第4章 控制系统的硬件设计与实现..................................................................19
4.1 控制系统硬件模块总体结构.......................................................................................... 19
4.2 电源模块设计................................................................................................................. 20
4.2.1
电源模块结构
.......................................................................................................... 20
4.2.2
电源电路设计
.......................................................................................................... 20
4.3 风扇控制模块设计.......................................................................................................... 21
4.3.1
控制电路设计
........................................................................................................... 22
4.4 紫外灯管模块设计.......................................................................................................... 22
4.5 负离子发生器模块设计.................................................................................................. 23
4.6 液晶显示模块设计.......................................................................................................... 25
4.7 按键模块设计................................................................................................................. 25
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