基于單片機(jī)技術(shù)的室內(nèi)加濕器設(shè)計(jì)與研究

隨著人們的生活水平不斷提高，人們對(duì)建筑的居住環(huán)境、辦公環(huán)境的舒適性要求越來(lái)越高，但隨之而來(lái)的由于裝修和室內(nèi)家具不合格而導(dǎo)致的室內(nèi)污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。據(jù)國(guó)家有關(guān)部門(mén)的最新調(diào)查，每年由于空氣污染要導(dǎo)致13.8萬(wàn)人死亡。

針對(duì)上述問(wèn)題，利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種室內(nèi)增濕空氣凈化裝置，通過(guò)氣體探測(cè)模塊對(duì)室內(nèi)氣體成分的檢測(cè)將其傳送給單片機(jī)來(lái)進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的處理，從而保證室內(nèi)空氣質(zhì)量。同時(shí)，溫、濕探測(cè)觸頭也會(huì)對(duì)室內(nèi)的空氣干燥程度做出檢驗(yàn)，當(dāng)室內(nèi)空氣干燥相對(duì)值超過(guò)所設(shè)定值，將通過(guò)此裝置中的超聲波霧化器來(lái)進(jìn)行對(duì)空氣的加濕。

1  系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)

1.1  溫、濕度探測(cè)模塊

該裝置采用了DHT11溫、濕度探測(cè)模塊對(duì)室內(nèi)空氣的溫度和濕度進(jìn)行檢測(cè)。需要注意的是，傳感器上電之后，越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)需要1S鐘的時(shí)間，DHT11傳感器，可直接與單片機(jī)的I/O端口連接，溫、濕度模塊工作電路如下圖，以此對(duì)室內(nèi)溫、濕度的實(shí)時(shí)測(cè)量，DHT111接線電路如圖如圖1所示。 

圖1  DHT11接線電路

1.2  氣體探測(cè)模塊

本裝置采用MQ系列氣體傳感器，可選用MQ-2或者M(jìn)Q-135。其均屬于氣體傳感器的一種，可檢測(cè)有毒氣體、一氧化碳、硫化氫以及甲烷等可燃性氣體的含量，并且它抗干擾能力比較好，比如水蒸氣、油煙等對(duì)它的影響較小，

1.3  步進(jìn)電機(jī)

根據(jù)該裝置整體考慮，對(duì)步進(jìn)電機(jī)要求就是體積大約在30mm3至60mm3之間，由于步進(jìn)電機(jī)是帶動(dòng)花瓣的張開(kāi)與合攏，所以需要其轉(zhuǎn)距在2度之內(nèi)，扭矩大約在0.59N.m左右,接線圖如圖2所示。 

圖2  步進(jìn)電機(jī)接線電路

1.4  超聲波噴霧加濕裝置

本系統(tǒng)通過(guò)外圍電容電感與功率三級(jí)管組成三點(diǎn)式振動(dòng)電路，超聲波霧裝置接線電路如圖3所示，該電路可以將超聲波強(qiáng)烈的振蕩電能經(jīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而將液態(tài)的水打成水霧，從而起到對(duì)室內(nèi)濕度調(diào)節(jié)的目的。圖3即為超聲波霧裝置接線電路部分： 

圖3  超聲波霧化裝置電路

為了防止水位低于安全水位時(shí)，噴霧裝置仍在工作，同時(shí)設(shè)計(jì)了水位檢測(cè)裝置，水位低于設(shè)定位置噴霧裝置將自動(dòng)切換為停止工作狀態(tài)來(lái)保護(hù)裝置，達(dá)到反饋調(diào)節(jié)的目的。圖4即為水位計(jì)控制部分有關(guān)電路： 

圖4  水位計(jì)控制電路

1.5  紫外線消毒燈控制模塊

紫外線消毒燈模塊主要功能是通過(guò)紫外燈光發(fā)出的紫外線對(duì)室內(nèi)起到殺菌和消毒作用，紫外線的強(qiáng)照射能夠穿透微生物、細(xì)菌一系列微生物的細(xì)胞膜，從而起到破壞其結(jié)構(gòu)，最后達(dá)到殺菌消毒的目的，紫外線消毒燈電路如圖5所示。 

圖5  紫外線消毒燈電路

消毒燈控制模塊采用的是直流24V的工作電壓，利用單片機(jī)，讓其控制場(chǎng)效應(yīng)管IRF630的通斷，從而達(dá)到對(duì)紫外燈的空控制，其工作電路參考圖6，單片機(jī)通過(guò)控制P22端口的輸出電平，從而達(dá)到控制紫外燈的通斷工作，即輸出為低電平時(shí)，紫外燈管開(kāi)始接通工作，可對(duì)室內(nèi)存在的有害氣體進(jìn)行殺菌消毒，當(dāng)端口輸出為高電平時(shí)，紫外燈管就停止工作。 

圖6  消毒燈控制模塊

2  系統(tǒng)仿真測(cè)試

采用Proteus 軟件，在ISIS環(huán)境下以直接繪制原理圖來(lái)仿真，通過(guò)系統(tǒng)軟件調(diào)試，系統(tǒng)可以穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。仿真測(cè)試如圖5所示。本次試驗(yàn)選取在一特定房間進(jìn)行，在做實(shí)驗(yàn)之前，人為使室內(nèi)空氣污染較重，該裝置的顯示器模塊分別顯示出了凈化前的各參數(shù)：

（空氣指標(biāo)） Air： inferior（偏差）；

（空氣溫度）temperature: 23℃；

（空氣濕度） humidity: 50%；

裝置經(jīng)過(guò)26分鐘運(yùn)行后后，檢測(cè)到空氣指標(biāo)變?yōu)椋海ê茫篻ood）；

空氣溫度temperature：23℃；

（正常）normal。 

圖6  LCD1602液晶顯示器仿真測(cè)試

通過(guò)系統(tǒng)的軟件仿真與測(cè)試，本文基于STC89Ｃ52單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的室內(nèi)增濕輔助空氣凈化蓮花燈運(yùn)行基本穩(wěn)定。

3  結(jié)語(yǔ)

（1）針對(duì)室內(nèi)環(huán)境污染問(wèn)題的現(xiàn)狀、加濕器與空氣凈化器的發(fā)展現(xiàn)狀。利用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一款低成本、多種功能合一的室內(nèi)增濕輔助空氣凈化蓮花燈。

（2）分模塊分別對(duì)溫濕度探測(cè)模塊、氣體探測(cè)模塊、步進(jìn)電機(jī)、超聲波噴霧加濕裝置、以及紫外線消毒燈控制模塊進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)，并借助Proteus軟件進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。

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