基于单片机空气净化器智能净化控制系统设计

陈万疆

(盐城生物工程高等职业技术学校，江苏 盐城 224000)

0 引言

在目前的社会发展形势下，民众对室内空气质量的要求日益提高。与此同时，为更好地满足建筑节能相关要求，在建筑设计时室内建筑的密闭性开始受到重视。不过这也导致室内外空气的流通性降低，室内污染问题更明显，不利于人体健康。目前室内空气污染的危害在不断显现，因而很有必要进行研究。

室内空气净化器可以很好地满足空气净化相关要求，在室内空气污染不断加剧的形势下，民众对室内空气净化器的需求也在迅速增加，很多高性能的空气净化装置被研发出来。本研究设计的净化器具有室内通风和紫外灭菌功能，对空气净化有一定促进作用。

1 空气净化器控制系统概述

系统的控制对象为单相110 V空气净化器，在运行过程中，这种净化器可以过滤室内空气中各种状态的污染物，同时基于紫外线杀菌，以此来满足相关功能要求。该系统的功能结构相关情况如图1所示。

图1 空气净化器功能结构

具体分析由图1可知，此控制系统可划分为两个单元，分别为驱动模块和主控制模块。输入110 V的电源可满足控制系统运行要求。对输入的电流进行适当处理后，形成5 V与9 V直流电压信号。单片机在运行中主要是通过指令对电机和紫外灯进行控制，以此实现消毒和空气循环目的。其控制原理结构如图2所示。

图2 净化器控制原理

驱动控制电路设计时主要是针对电源电路，基于LM7805芯片进行稳压处理而获得相应5 V、9 V直流电；电机驱动电路在运行中可进行电机的控制和调节，同时还可实现一定的保护功能；其中的灯管驱动控制电路可以检测灯管状态，并实现导通控制目的，以此来满足系统功能要求。主控制板的硬件主要包括TGS电路、LHi电路、保护电路、LCD电路、功能按键电路等，在设计时根据要求进行详细设计，且适当组合，确保系统功能实现。

系统在控制时，主要依据传感器采集的信息，单片机[1]可处理传感器发送的系统状态信息，利用相应控制指令对仪器的工作状态进行调节，使系统可靠稳定地运行。主控制、驱动控制模块则可在软件控制基础上满足系统应用要求，提高应用性能。

2 空气净化器控制系统硬件设计

分析这种控制系统的需求可发现，其硬件模块在设计时应考虑一些主要功能要求。为满足与此相关的功能要求而设计出电源控制电路、紫外灯电机驱动与控制电路、功能按键电路等。此外为满足程序下载目的，还设置了控制程序下载电路等，控制系统对应的硬件模块相关组成如图3所示。

图3 控制系统硬件模块总体结构

分析图3结构可知，这种系统的驱动控制部分主要包括：灯管、电源控制、电机驱动控制等相关单元。将这些单元设置到驱动控制电路板上；主控制模块在运行时主要是针对显示器、传感器、红外遥控和对应的按键进行控制。在主控制电路板中对这些进行设置，使得系统处于合理的运行状态，同时也提高系统运行可靠性和效率。

3 空气净化器控制系统软件设计

在进行软件设计时，分析系统的需求情况后将模块划分为以下几个单元：电机驱动程序、端口初始化程序、红外信号处理程序，信号采集程序等。其控制程序相关组成如图4所示。

图4 控制系统程序结构

分析上图结果可知，这种系统的驱动程序主要包括电机与灯管的驱动控制程序，且在运行过程中都是通过单片机进行控制，而其中的各部分存在一定组合关系。在程序整体设计时，各模块都有重要的意义，可适当组合以满足各方面应用要求，系统控制时需要用到ATmega128程序[2]。

紫外线室内空气净化器[3-4]控制系统的主程序流程如图5所示。在运行中先对系统通上电源，然后打开开关确保其中各部分正常稳定地运行。开机工作后，初始化处理，并对端口地址进行分配。读取相应传感器测量到的信息，控制液晶显示器处于工作状态;接着基于系统的控制指令而对净化器的工作模式进行调节，确保电机转速保持在合理范围内，同时控制紫外光灯管处于工作状态，满足系统的消毒灭菌相关要求，也为总体功能实现提供支持。

图5 控制程序主流程

分析图5程序主流程图可知，在进行程序设计过程中，应该分析电路硬件设备与功能相关要求，并进行合理的布置。初始化设置后开始进行电路控制，并检测信号、判断信号，在此基础上进行适当的调节，从而保证净化器[5]参数在合理范围内，确保其可靠稳定运行。

4 结语

空气净化技术是环保领域的一个新的课题，尤其是室内空气净化器诞生后，各种不同方式的空气净化器如雨后春笋般涌入市场。文章研究的紫外线空气净化器属于半智能式的空气净化产品，仪器的控制系统基于单片机进行软硬件模块设计与开发，并且创新式地设计了气体传感器与红外传感器数据采集模块，分别用于采集室内空气质量和移动人体红外信号强弱，以实现仪器随外部环境自动调整工作状态的功能。