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0 引言 隨著(zhù)工業(yè)和社會(huì )的發(fā)展，全球空氣污染很?chē)乐�，人�?lèi)健康正面臨著(zhù)“室內空氣污染”的威脅。因此，人們需要專(zhuān)門(mén)的空氣凈化裝置一空氣凈化機�？諝鈨艋瘷C發(fā)展至今，先后經(jīng)歷了兩代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品采用物理方法，即通過(guò)過(guò)濾、吸附、磁化、負離子等消除煙塵，其缺點(diǎn)在于無(wú)法消除由異味、病原菌、病毒、微生物等造成的污染。第二代產(chǎn)品利用化學(xué)反應產(chǎn)生臭氧負離子來(lái)凈化空氣，但是臭氧有令人難以容忍的刺鼻味道，并且臭氧作為強氧化劑對人體有一定的傷害。國內目前大量使用的空氣凈化機是以砍伐木材為代價(jià)，生產(chǎn)特殊紙張做成過(guò)濾器，給生態(tài)環(huán)境造成很大破壞，也增加了消費成本。若過(guò)濾器未能及時(shí)更換，空氣凈化機不僅無(wú)法實(shí)現空氣凈化功能，而且本身成為污染源，造成二次污染。本文介紹基于51單片機的智能高效空氣凈化機屬環(huán)保節能、高科技、經(jīng)濟型產(chǎn)品。 1 總體設計 1．1 高壓靜電除塵原理 高壓靜電除塵是根據靜電荷的異性相吸、同性相斥的原理，利用靜電力將空氣中帶電粉塵吸附沉降下來(lái)，以達到除塵的目的。 含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(xiàn)(又稱(chēng)電暈極)和接地的陽(yáng)極板之問(wèn)所形成的高壓電場(chǎng)通過(guò)時(shí)，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時(shí)，帶負電的氣體離子，在電場(chǎng)力的作用下，向陽(yáng)極板運動(dòng)，在運動(dòng)中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場(chǎng)力的作用下，亦向陽(yáng)極運動(dòng)，到達陽(yáng)極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽(yáng)極板上，從而得到凈化的氣體。 1．2 空氣凈化機的總體設計框圖 空氣凈化機的總體設計框圖如圖1所示。51單片機控制各部件工作，當本空氣凈化機工作時(shí)，風(fēng)速發(fā)生器開(kāi)始轉動(dòng)，被污染的空氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入凈化機，經(jīng)過(guò)層層凈化后，最終變成清新的空氣從出風(fēng)口流出。 
空氣凈化機的總體設計框圖 前過(guò)濾器可以濾除空氣中的大顆粒，包括大顆�；覊m、絨毛及毛發(fā)等；高壓靜電除塵單元的作用是吸附空氣中的細小顆粒，如煙霧、花粉、細菌、病毒等；異味吸收器用來(lái)吸收常見(jiàn)的室內異味及化學(xué)氣體，帶來(lái)令人愉悅的潔凈空氣；風(fēng)速發(fā)生器有高、中、低風(fēng)三種工作模式，可以根據具體的需求對風(fēng)速進(jìn)行調整；負離子發(fā)生器能夠釋放負離子，使空氣更清新怡人。 操作按鍵可以實(shí)現空氣凈化機的開(kāi)、關(guān)，及對空氣凈化機的工作模式進(jìn)行調整，指示燈則會(huì )指明空氣凈化機當前的工作狀態(tài)；還可以根據需要點(diǎn)亮夜光燈，照亮居室。 為了防止空氣的二次污染，應分別對高壓靜電除塵單元和異味吸收器進(jìn)行定期的清洗或更換。高壓靜電除塵單元每?jì)芍苡米詠?lái)水清洗一次，異味吸收器一年更換一次。清洗和更換的時(shí)問(wèn)由單片機預先設定，機器運行時(shí)間滿(mǎn)兩周或一年時(shí)，相應的指示燈被點(diǎn)亮并發(fā)出警報聲，提醒人們清洗高壓靜電除塵單元或者更換異味吸收器。清洗或者更換完成后，可以操作按鍵，使單片機重新計時(shí)。 2 電路設計 2．1 單片機的選擇 單片機采用 silicon Laboratories 公司的C8051F310，它是一種完全集成的混合信號片上系統型MCU芯片，內部主要集成了SMBus／IIC、增強型UART和SPI串行接口、單端／差分ADC、高精度可編程的內部時(shí)鐘振蕩器、VDD監視器、內部上電復位模塊、捕捉／比較模塊和看門(mén)狗定時(shí)器功能的可編程計數器／定時(shí)器陣列(PCA) 等功能部件。C8051F310使用Silicon Laboratories專(zhuān)利的高速CIP-51微控制器內核，70％的指令執行時(shí)間為一個(gè)或者兩個(gè)系統時(shí)鐘周期；工作電壓為2．7～3．6V，典型工作電流為5mA，功耗比較低。另外，此單片機還具有16kB可在系統編程的FLASH存儲器，可用于非易失性數據存儲。 2．2 單片機控制電路 單片機控制電路的結構框圖如圖2所示。
單片機控制電路的結構框圖 P1．x~P3．x是單片機的普通I／O端口，各端口可承受的最大電壓為5V。為了減少干擾，應將暫時(shí)不用的引腳接地。 單片機接受從按鍵電路發(fā)來(lái)的指示信號，分析處理后，向風(fēng)速調整電路、狀態(tài)指示燈電路和其他電路發(fā)送控制信號，以實(shí)現空氣凈化機工作狀態(tài)的改變。 3 軟件設計 為提高系統的快速性和實(shí)時(shí)性，系統的軟件設計全部使用匯編語(yǔ)言編程。軟件采用模塊化設計，有利于修改和調試。程序主要分5部分：主程序、計時(shí)中斷服務(wù)子程序、風(fēng)速調整子程序、夜光燈子程序和負離子發(fā)生器子程序。主程序首先對各個(gè)數據寄存器和外圍電路進(jìn)行初始化，隨后進(jìn)入查詢(xún)狀態(tài)，當按鍵有信號輸入時(shí)便調用相應的子程序。利用LED指示燈和蜂鳴器，指示系統的工作狀態(tài)。 從FLASH存儲區劃分出兩部分，分別作為高壓靜電除塵單元FLASH存儲區和異味吸收器FLASH存儲區，用來(lái)存儲高壓靜電除塵單元的工作時(shí)間和異味吸收器的工作時(shí)間。 計時(shí)中斷服務(wù)子程序設計框圖如圖3所示。系統每工作15分鐘，便產(chǎn)生一次中斷，進(jìn)行計時(shí)處理后，返回主程序。
程序設計框圖 在風(fēng)速調整子程序中，根據按鍵的次數不同，系統把機器調整為低、中、高風(fēng)和關(guān)機狀態(tài)。在低、中和高風(fēng)狀態(tài)時(shí)高壓靜電除塵單元處于工作狀態(tài)，此時(shí)其他按鍵處于有效狀態(tài)；在關(guān)機狀態(tài)，高壓靜電除塵單元處于關(guān)閉狀態(tài)，并且其他按鍵也是不起作用的。 夜光燈子程序設計框圖如圖4所示。夜光燈開(kāi)關(guān)按鍵有兩種功能，按鍵時(shí)間小于3秒時(shí)，改變夜光燈的工作狀態(tài)；按鍵時(shí)間大于或等于3秒時(shí)，清零異味吸收器的工作時(shí)間。 負離子發(fā)生器子程序與夜光燈子程序設計相似，先判斷負離子按鍵時(shí)間是否滿(mǎn)足3秒，如果不滿(mǎn)足，執行打開(kāi)或者關(guān)閉負離子發(fā)生器及負離子發(fā)生器指示燈并結束返回主程序；否則擦除高壓靜電除塵單元FLASH存儲區的時(shí)間、返回主程序。 4 結束語(yǔ) 利用51單片機設計的本空氣凈化機具有結構簡(jiǎn)單、性能可靠、節能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次測試，該系統工作穩定。 參考文獻 1. 丁元杰 單片微機原理及應用 2005 2. 孫峰 靜電除塵應用原理 [期刊論文] -內蒙古科技與經(jīng)濟2005(11) 3. 潘琢金 C8051F310/1/2/3/4/58/16KBISP FLASH微控制器數據手冊 2004 作者：徐玉華 陳軍寧 徐太龍（安徽大學(xué),電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ） 來(lái)源：電子技術(shù) 2009 36(7) |
