基于单片机的车载智能杀菌器系统研究与设计

陈寿坤,郑清兰

(闽南理工学院 实践教学中心，福建 石狮 362700)



基于单片机的车载智能杀菌器系统研究与设计

陈寿坤,郑清兰

(闽南理工学院 实践教学中心，福建 石狮 362700)

设计了一款简便、小巧的车载智能杀菌器。该设计包括硬件电路设计和软件系统设计两部分。硬件电路包括智能充电模块、智能杀菌模块及复位电路等，采用Atmel公司的89C51单片机作为主控元件，从汽车的点烟口提供12 V的电源供系统使用。软件部分由主程序、各控制子程序组成。以单片机为核心的智能消毒杀菌系统，由单片机控制臭氧发生的自动开启与关闭， 实现车载内智能消毒、除味、杀菌等功能，能将车内难闻的味道、有害气体、细菌等消灭，使车内的空气变好。

单片机；智能除味；智能充电模块；杀菌气体模块

社会的进步，国家经济的上升带动人们生活质量的不断提高，拥有小型汽车的人逐渐增多，车内的各种装饰也不断推陈出新、花样越来越多。汽车坐垫、脚垫等用的皮革、胶水材料也越来越多，所产生的甲醛、甲笨等有毒气体可以说是无处不在。人们在享受豪车生活的同时，也同样受环境的污染，身体健康严重受到威胁，特别是有小孩的家庭，房间、车内要定期进行清理、杀菌、消毒。目前市场上销售的车内净味产品，价格偏高，功能不够齐全，并且很少有带杀菌的功能。假如能用较低的成本生产出带有杀菌和消毒功能的产品，那未来的市场需求将会很大。因上，设计了主要以89C51单片机为核心，具有实现上述的除味、杀菌、消毒等功能的车载智能杀菌器[1]。

1 系统总体设计

系统框图如图1所示，该设计的系统模块大致分为单片机系统核心模块、提供电路工作的充电模块、用来产生臭氧的杀菌模块、报警电路模块及单片机最小电路复位电路。

充电模块电路：大部分汽车的蓄电池都是直流12 V(或直流24 V),而该系统的单片机所需的电源为5 V，所以通过充电模块电路将直流12 V作为电路的输入端，再经集成稳压电源7805输出5 V 的电源供单片机使用。并且此电路具有自动充电功能，保证系统各电路的工作不间断。

单片机系统核心模块：89C51具有多个A/D转换器，加上该系统不需要与外部通讯，也不需要扩展多余的存储器，因此选择89C51单片机作为主要部件。

杀菌模块电路：此电路的作用是杀菌、除异味及清除车内有毒的甲醇气体，主要利用紫外线的方法产生臭氧，然后通过51单片机进行控制。

另外还有报警电路和复位电路，报警电路主要用于当设备出现异常情况时的提示，而复位电路是用来使单片机恢复到初始状态的电路。

图1 系统总体设计框

2 系统各部分硬件电路

2.1 控制系统的电源部分

车载智能除味、消毒、杀菌器主要应用于汽车、家庭新居等环境，主要由两种供电系统:一种是应用于汽车上，那么电源由汽车自己提供，从点烟接口提供12 V电压供系统使用；另一种是家庭居住，直接从市电220 V提供，但这个供电系统要经过变压、整流等处理才能提供电压12 V给系统使用。该设计主要以汽车上的应用为例[2-3]。

汽车在行驶时，汽车12 V输出端口给锂电池充电，当电池充完电后，电路自动断开充电过程，由电池供电。电池电量不足时，开启报警功能。汽车行驶时，电路自动接通充电过程，减少对汽车电池的依赖，以免影响汽车电池的使用寿命，达到智能充电，智能电源管理的目的，具体充电管理系统如图2所示。

充电方式采用恒压限流法，此方法分为恒流和恒压两个阶段。在恒流时相电压会稍微大一点，由系统提供电流值，发恒流的方式给电池充电。当电池充电的电压与给定电压的转化值一致时，就进入恒压阶段。要根据电压大小充电，恒压转化值会影响充入电量的多少，在电池有充足的电量时，单片机会控制定时开启/停止消毒器 ；如果充电出现充电故障系统会启动报警功能。

在充电过程中通常会出现两种情况：一是因为充电量不足导致电池的容量不能得到充分的利用，这样一来工作时间长，会造成电池容量的流失；一是根据第一种情况要求将恒压转换值设置得高一些，但如果恒压值太高，容易造成充电后期过充的现象，这样也会致使电池容量的流失。为此在充电设计时要注意平衡两种情况。

图2 充电管理系统

2.2 自动/手动控制方式

控制臭氧发生器的工作有自动和手动两种方式：自动控制是系统按一定的时间周期启动，按规定的时间10分钟工作一次，达到自动开启、自动关闭的作用；手动控制是由用户手动开启，长时间没有关闭，会启用自动关闭的流程。使用者可以根据习惯选择自动或手动的工作方式，使自己能方便使用。

2.3 臭氧气体产生

臭氧发生器电路如图3所示，是使用特定频率的高压电场，使氧气分子在电场内和电场外发生一系列的电化学反应3O2=2O3,因而产生出所需的臭氧。该设计使用具有中频和高压电特点的臭氧发生器，此臭氧发生器具有比工频或高频发生器体积小的优势，而且功耗较低、臭氧产生量也较多等。主要是具有很强氧化性，能长时间有效的分解车内产生的有毒气体(如苯、甲醛、烟味、二甲苯臭味等异味)，起到消除有毒气体，同时又能净化车内的空气[4]。臭氧发生器所产生的臭氧气体，具有很强氧化性，并有杀菌的作用，杀菌效果比氯气、紫外线更有优势。由于氯气是有毒气体，而且有较强的腐蚀性，不适合用在车内；而如果用紫外线杀菌，不能有背阴面，不能有死角，否则紫外线照不到，降低了杀菌效果，不能达到消灭、清除有害气体的目的。而用臭氧杀菌，不受环境、空间的影响，对整个车内空间都有效果，不存在死角，能消灭90%以上，不会残留有毒气体。所以，一般人们也把臭氧发生器称为“负氧离子发生器”[5,7]。

图3 臭氧发生器电路

2.4 单片机控制系统

单片机可采用PIC系列、STM32、AT89C51等，这是市面比较经常用的，工作电压在3.3 V或5 V[7]。单片机主要完成的任务：

(1)实现臭氧发生器能自动开启，自动关闭。

(2)当12 V电池充满电后，系统会自动切断充电过程。

(3)实现电池欠压时，启动报警功能并自动给电池充电。

(4)判断整套系统供电的使用情况，如果出现异常，就立即启动报警功能，断开电路。

2.5 系统总体电路原理图

总体电路原理图如图4所示，单片机及各部分电路所需的电源汽车点烟口提供12 V的电源经7805稳压电源电路转化为稳压的直流5 V电源。臭氧发生器由RF630场效应管驱动，接入单片机的P1.0口进行控制。报警电路接入单片机的P3.7口，通过单片机的中断程序进行控制，当设备出现异常时报警。

3 系统软件设计

系统程序流程如图5所示。根据当前值来判定用哪一种充电方式，当电压大于13.8 V时，充电器采用恒流充电方式，同时单片机会控制定时开启消毒器工作；当电压小于13.8 V时，充电器采用恒流充电，单片机会控制停止除味、消毒，杀菌器工作[8]。

图5 控制流程

图4 总体电路原理

为了防止积累误差影响到系统的稳定性，一般采用下面两种方法：

1)对原有积累的误差清零，当误差为±1时，只实行积分运算，减小调整的速度，以免产生振荡。

2)当蓄电池在充电的时候，电池内部发生大规格的化学反应，因此电池会产生出大量的热量。温度上升会影响充电功能、会影响电池寿命，所以，充电电压需要根据环境温度进行调整，以-4 mV/℃ 的补偿系数来调整。因此，加入了温度补偿功能。

4 结 语

该设计中的智能车载杀菌器用单片机作为主控芯片，硬件电路整体成本低，软件设计简单易于实现。整个车载智能除味、消毒、杀菌，系统具有臭氧杀菌效果佳，有效杀灭各种病菌，达到预期的性能指标(除味、消毒，杀菌)。智能杀菌器具有体积小、携带方便、性能可靠等优点，可广泛应用于各种汽车内[9]。

[1]李慧敏，王建伟.浅析汽车车内除味及消毒[J].现代工业经济和信息化，2013(5)：201-203.

[2]刘允峰，韩建群.基于飞思卡尔S12单片机的智能车系统设计与实现[J].渤海大学学报：自然科学版，2015，36(4)：359-362.

[3]王春芳，张玲丽.消毒衣柜的PIC单片机控制电路设计[J].电气应用，2008(6)：31-35.

[4]张爱华.救护车消毒前后监测及管理对策[J].中华医院感染学杂志，2010(6)：54-57.

[5]彭武厚.臭氧发生器的工作原理和电路图[EB/OL].http://expert.sgst.cn/questionDetail.do?id=14413,2009-06-22/2017-02-02.

[6]邵长敏，钱万红.臭氧杀菌技术[J].山东农机化，2003(4)：127-130.

[7]陈忠孝.单片机原理与应用[M].西安：西北大学出版社,2011.

[8]高卫东.51单片机原理与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[9]邝小磊.单片机应用综述[J].电子工程师,2001(8):25-28.

(责任编辑魏静敏校对张凯)

ResearchandDesignofIntelligentVehicleBasedonSingleChipMicrocomputer

CHEN Shou-kun,ZHENG Qing-lan

(Practical Teaching Center,Minnan University of Science and Technology,Shishi 362700,Fujian Province)

In this paper,a small and convenient intelligent vehicle-mounted sterilizer was designed.This design mainly includes the hardware circuit and the software system.The hardware circuit includes intelligent charging module,intelligent sterilization module and reset circuit which utilizes ATMEL 89C51 microcontroller as the main control component and is supplied by 12V power source from the mouth of the car cigarette lighter.The software system is composed of the main program and various subroutines.With the single chip microcomputer as the core of the intelligent disinfection sterilization system,the automatic opening and closing of the ozone generation is controlled by the single chip microcomputer to realize the functions of intelligent disinfection,odor,sterilization and so on.

Single chip microcomputer; Intelligent taste removal; Intelligent charging module; Sterilization gas module

2017-04-05

陈寿坤(1978-)，男，福建泉州人，实验师。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.03.015

TP273.5

： A

： 1673-1603(2017)03-0278-05