基于單片機的智能空氣凈化器的設計畢設論文

1、 畢 業(yè) 設 計專 業(yè)： 班級學號： 學生姓名： 指導教師： 二一 年 月 基于單片機的智能空氣凈化器的設計design of intelligent air cleaner based on mcu專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 學 院： 年 月摘 要隨著生活的日益發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，同時也伴隨著很多問題的產(chǎn)生，由于人們對工業(yè)發(fā)展所造成的負面影響預料不夠，預防不及時，造成了現(xiàn)在我們存在三大危機：資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞。環(huán)境污染，如今重要的有大氣污染，土壤污染以及水體污染，每一個都與我們的生活息息相關(guān)，嚴重影響著我們的生活質(zhì)量，嚴重影響著我國可持續(xù)發(fā)展的政策，所以我國也非常

2、重視對環(huán)境的改造與還原，讓我們重回一個沒有污染的綠色環(huán)境，但這是一個長久的事情，俗話說冰凍三尺非一日之寒，環(huán)境的優(yōu)化非一朝一夕可以完成的。為了讓我們生活質(zhì)量的提高，同時也免除我們因為環(huán)境污染受到傷害。如今，本設計針對空氣質(zhì)量pm2.5設計了基于單片機的空氣凈化器，其中有空氣自動檢測裝置，當檢測到空氣污染達到一定程度時，本設計會自動開啟風扇排除污染空氣，同時啟動空氣負離子發(fā)生器，凈化空氣。該系統(tǒng)操作簡單適用于小空間內(nèi)的空氣質(zhì)量檢測凈化，讓我們可以在一個良好的環(huán)境中工作，學習，休息，娛樂。關(guān)鍵詞：環(huán)境污染;單片機;空氣凈化器;負離子發(fā)生器abstractwith the increasing de

3、velopment of life, peoples rising living standards, but also with a lot of problems, because people are not expected negative impact on the industry is highly developed, to prevent negative, resulting in a pure in the three crises: shortage of resources, environmental pollution and ecological destru

4、ction we now. environmental pollution, now important is air pollution, water and soil pollution, every are closely linked with our life, a serious impact on the quality of our lives, a serious impact on the sustainable development of our countrys policy, so our country also attaches great importance

5、 to the environment change and reduction, let us return to a no pollution of the green environment, but this is a matter for a long time. as the saying goes, rome was not built in a day, to optimize the environment of non can be done overnight. in order to improve the quality of our lives, but also

6、avoid we because the environment pollution is hurt,.now, i in indoor air quality of pm2.5 design based on mcu air purifier, including air automatic detection device, when the detected air pollution to a certain extent, the device will automatically start the exhaust fan to exclude air pollution, and

7、 start air negative ion generator and air purification. the system is simple and suitable for air quality detection and purification in small space, so that we can work in a good environment, learning, rest, entertainment.key words：environmental pollution；single chip microcomputer；air cleaner；negati

8、ve ion generator目錄1引言11.1課題研究背景11.1.1大氣污染現(xiàn)狀11.1.2 空氣凈化器發(fā)展史21.2課題研究意義21.3 課題主要任務32系統(tǒng)方案42.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)42.2裝置結(jié)構(gòu)組成42.2.1環(huán)境空氣質(zhì)量檢測部分42.2.2 負離子空氣凈化器設備驅(qū)動部分52.3 聲光報警系統(tǒng)電路的驅(qū)動部分62.4 系統(tǒng)功能設計73系統(tǒng)硬件設計83.1控制系統(tǒng)設計83.1.1 stc12c5a60s2單片機簡介83.1.2 stc12c5a60s2單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)83.2 qs-01空氣質(zhì)量傳感器103.2.1 qs-01空氣質(zhì)量傳感器簡介103.2.2 qs-01的結(jié)構(gòu)103.3 紅

9、外線控制113.3.1紅外線裝置簡介113.3.2紅外線遙控裝置編碼123.4 液晶屏顯示器133.4.1液晶顯示器簡介133.4.2 液晶顯示原理及分類133.5負離子空氣凈化器153.5.1負離子空氣凈化器的簡介153.5.2 負離子發(fā)生器結(jié)構(gòu)164 軟件設計174.1主程序設計174.2紅外遙控設計194.3液晶屏顯示設計194.4 qs-01傳感器工作設計195 系統(tǒng)的調(diào)試及實驗結(jié)果21結(jié)論22附 錄23參考文獻36致 謝3736天津職業(yè)技術(shù)師范大學2015屆本科生畢業(yè)設計1引言 1.1課題研究背景1.1.1大氣污染現(xiàn)狀隨著生活的日益發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，同時也伴隨著很多問題的

10、產(chǎn)生，由于人們對工業(yè)發(fā)展做造成的負面影響預料不夠，預防不及時，造成了現(xiàn)在我們所要面臨的三大危機：資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞。環(huán)境污染，如今重要的有大氣污染，土壤污染以及水體污染，每一個都與我們的生活息息相關(guān)，嚴重影響著我們的生活質(zhì)量，嚴重影響著我國可持續(xù)發(fā)展的政策，所以我國也非常重視對環(huán)境的改造與還原，讓我們重回一個沒有污染的綠色環(huán)境，但這是一個長久的事情，俗話說冰凍三尺非一日之寒，環(huán)境的優(yōu)化非一朝一夕可以完成的。生活中可以時時看到的污染就是大氣污染，pm2.5一直危害著我們的健康。pm2.5即細顆粒物，細顆粒物指環(huán)境空氣中直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物。它能在空氣中懸浮較長時間，其在空

11、氣中含量濃度越高，則空氣污染越嚴重。雖然pm2.5只是地球大氣成分中含量很少的一部分，但它對空氣質(zhì)量和能見度等的影響不可忽視。與其他的大氣顆粒物相比，pm2.5有如下特點：粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠。根據(jù)這些特點看，pm2.5對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。如今我們的生活節(jié)奏變快，網(wǎng)絡時代的來臨讓我們的生活更加方便，足不出戶便可知天下事，不出一門，天下事物皆可送來。這樣的生活節(jié)奏，讓我們在非常長的時間處于一個半封閉的空間內(nèi)。雖然這樣的生活非常方便，但是在如今的空氣污染下，雖然我們不出去，但是顆粒污染依然無聲無息

12、的發(fā)生在我們的身邊，無論是開門關(guān)門的瞬間，或是外出回來，或是朋友走訪，都會在不知不覺間將污染顆粒帶到我們生活的空間，畢竟我們處于一個大的空間之中，地球！所以不可避免的會受到傷害。 如今大氣污染如此嚴重，我們要預防其的危害，預防的辦法除了減少工業(yè)污染，我們在家的時候也是可以做到的，有三種方法可以明顯的預防pm2.5：1、過濾法包括空調(diào)、加濕器、空氣清新器等，優(yōu)點是明顯降低pm2.5的濃度，缺點是濾膜需要清洗或更換。2、水吸附法超聲霧化器、室內(nèi)水簾、水池、魚缸等，能夠吸收空氣中的親水性pm2.5，缺點是增加濕度，憎水性pm2.5不能有效去除。3、植物吸收法植物葉片具有較大的表面積，能夠吸收有害氣體

13、和吸附pm2.5，優(yōu)點是能產(chǎn)生有利氣體，缺點是吸收效率低，有些植物會產(chǎn)生有害氣體。1.1.2 空氣凈化器發(fā)展史空氣凈化器起源于消防用途，1823年，約翰和查爾斯迪恩發(fā)明了一種新型煙霧防護裝置，為的是保護消防員進行消防工作時免受煙霧的侵襲。1854年，一個名叫約翰斯滕豪斯的人在前輩發(fā)明的基礎上又取得新進展：通過數(shù)次嘗試，他了解到向空氣過濾器中加入木炭可從空氣中過濾出有害和有毒氣體。第二次世界大戰(zhàn)期間，美國政府對放射性物質(zhì)開始進行研究，他們需要研制出能夠過濾出所有有害顆粒的方法，以保證室內(nèi)的空氣質(zhì)量與安全，使科學家可以呼吸，于是hepa過濾器應運而生。在20世紀50、60年代，hepa過濾器一度非

14、常流行，很受防空洞設計和建設人員歡迎。進入20世紀80年代，空氣凈化的重點已經(jīng)向各種空氣凈化的多樣性轉(zhuǎn)變，如家庭空氣凈化器。過去的過濾器顯得非常單一，只能在去除空氣中的惡臭和有毒氣體方面有良好的功能，但對于霉菌孢子、病毒或細菌則明顯乏力，而新的家庭和寫字間用空氣凈化器，不僅能清潔空氣中的有毒氣體，還能凈化空氣，去除空氣中的細菌、病毒、灰塵、花粉、霉菌孢子等?，F(xiàn)在，空氣凈化器針對不同的效果與環(huán)境有了不同的的設計制作方式，并且每一次技術(shù)的變革都為人們室內(nèi)空氣品質(zhì)的改善帶來顯著效果。而這一切目的只有一個：希望能凈化室內(nèi)空氣來提高人們的生活質(zhì)量。 1.2課題研究意義本次開發(fā)的空氣凈化器主要是：針對室內(nèi)

15、空氣環(huán)境污染問題嚴重，通過空氣質(zhì)量傳感器檢測室內(nèi)空氣環(huán)境質(zhì)量，采用了單片機為微處理器，對采集模塊輸入的信號進行有效的分析處理，從而達到凈化室內(nèi)空氣，保持室內(nèi)空氣質(zhì)量，為室內(nèi)提供一個空氣潔凈的環(huán)境的目的。室內(nèi)氣凈化器使用方便、不受時間、空間的過多限制，可隨時凈化室內(nèi)空氣、清除有害氣體，具有較強的殺菌、凈化空氣、除異味等功能，對于長時間在室內(nèi)的人們來說，本空氣凈化器顯得尤為重要，它能使室內(nèi)環(huán)境空氣比外面更加清新和潔凈，有益于人們精神集中、心情舒暢，更有益于健康。1.3 課題主要任務根據(jù)以上所述，以單片機為控制核心，接收到傳感器的信號為開關(guān)，啟動空氣凈化裝置?？諝鈨艋b置可以進行靈敏度的調(diào)節(jié)，設置不

16、同的質(zhì)量預警值，當達到預警值時自動開啟工作模式，也可以在特定情況下，手動開啟凈化裝置，進行空間內(nèi)的空氣凈化。主要研究工作有：1、以單片機為核心，進行數(shù)據(jù)的處理與對設備的調(diào)試。2、qs-01傳感器的應用3、紅外控制裝置的應用4、液晶屏顯示的應用5、負離子空氣凈化器的應用 2系統(tǒng)方案2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本課題設計由環(huán)境空氣檢測部分、a/d數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分、人機界面顯示部分、繼電器電路驅(qū)動部分以及報警電路驅(qū)動部分，環(huán)境空氣質(zhì)量檢測通過qs-01傳感器檢測設備空間的空氣質(zhì)量，根據(jù)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣，傳感器的數(shù)據(jù)輸出端輸出響應的線性模擬量電壓，傳感器data端輸出的檢測電壓信號直接傳輸給a/d數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片adc083

17、1，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片及外圍驅(qū)動電路的搭建，使得芯片接收到的模擬量電壓信號通過芯片內(nèi)部的集成電路將模擬量信號轉(zhuǎn)換成單片機可識別的純數(shù)字量信號，供單片機進行數(shù)據(jù)的讀取及數(shù)據(jù)處理。通過單片機將傳感器的實時數(shù)據(jù)進行預設報警值的對比，得到相應的控制標志位，驅(qū)動相應的io口輸出高低電平，以實現(xiàn)外設繼電器電路的驅(qū)動，控制負離子空氣凈化裝置和排風換氣裝置的工作以及系統(tǒng)報警電路的驅(qū)動，實現(xiàn)聲光報警。另外本設計為了體現(xiàn)系統(tǒng)的直觀性，系統(tǒng)中還通過lcd1602作為人機交互顯示界面，由于lcd1602的顯示功能驅(qū)動采用并行接口方式進行數(shù)據(jù)傳輸，不僅保證數(shù)據(jù)的傳輸速度，更保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。圖

18、2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2裝置結(jié)構(gòu)組成2.2.1環(huán)境空氣質(zhì)量檢測部分 本設計的環(huán)境空氣質(zhì)量檢測傳感器采用模擬量信號輸出的qs-01傳感器，該傳感器的額定工作電壓為dc5v，即在引腳1和引腳3之間接5v的工作電壓，在引腳2接一個5k-10k的偏壓電阻，調(diào)節(jié)傳感器電壓信號輸出的靈敏度，具體電路連接電路圖如圖2-2所示。為了保證qs-01傳感器電壓信號輸出的穩(wěn)定和精確性，在模塊初次上電工作時需要10s左右的預熱時間，當模塊處于正常工作狀態(tài)時，引腳1和3之間的電壓為加熱電壓。當傳感器所處的環(huán)境空氣質(zhì)量發(fā)生變化時，傳感器引腳1和2之間的電阻會根據(jù)空氣質(zhì)量的變化進行相應的線性變化，隨之兩個引腳間的檢測電壓也會

19、相應變化，傳感器周圍的空氣質(zhì)量越差，及污染程度越高，則引腳2端的檢測電壓會升高，傳感器的檢測電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片adc0831進行信號轉(zhuǎn)換，將模擬量信號轉(zhuǎn)換為單片機可識別的數(shù)字量信號，以便于單片機進行后續(xù)程序的運行，從而實現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量污染程度的實時監(jiān)測。圖2-2 qs-01傳感器電路原理圖2.2.2 負離子空氣凈化器設備驅(qū)動部分 負離子空氣凈化裝置通過雙電極片之間的電弧將空氣中的污染物顆粒擊穿并吸附在電極片上，實現(xiàn)空氣的凈化。由于負離子空氣凈化裝置的額定工作電壓為dc12v，單片機無法直接通過io口對其進行驅(qū)動，因此需要額外的電壓隔離或繼電器對凈化裝置進行驅(qū)動，本設計采用繼電器驅(qū)動電路實現(xiàn)驅(qū)

20、動電壓的轉(zhuǎn)換，將單片機io口輸出的5v電壓轉(zhuǎn)換成凈化裝置所需要的12v電壓，以保證設備的正常運行，如圖2-3所示。當單片機的p2.3管腳（即qa1引腳）輸出高點平時，驅(qū)動三極管q1導通，則繼電器線圈得電，產(chǎn)生磁性，將觸點吸合以驅(qū)動凈化裝置，實現(xiàn)單片機控制凈化器裝置的工作運行。圖2-3空氣凈化原理圖2.3 聲光報警系統(tǒng)電路的驅(qū)動部分在系統(tǒng)中，聲光報警的作用是進行聽覺和視覺的雙重感官提醒，因此在設計過程中使用蜂鳴器和led指示燈作為聲光報警系統(tǒng)的元件。由于蜂鳴器是直流電壓驅(qū)動器件，只需要給蜂鳴器供上額定的電壓就能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出響聲。單片機驅(qū)動蜂鳴器有兩種方式：一種是通過單片機輸出pwm直接對蜂鳴器

21、進行驅(qū)動，另一種是通過單片機的io電平翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生不同的驅(qū)動波形對蜂鳴器進行驅(qū)動。因為蜂鳴器的工作電流比較大，所以無法直接通過單片機的io口進行驅(qū)動，一般需要通過放大電路才能驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲響。驅(qū)動電路如圖2-4所示。led報警指示功能的驅(qū)動電流較小，因此可以使用單片機的io引腳進行直接驅(qū)動，具體驅(qū)動電路如圖2-4所示。圖2-4聲光報警驅(qū)動電路2.4 系統(tǒng)功能設計整個系統(tǒng)供電后，單片機進入工作模式，為了保證單片機采集qs-01 傳感器數(shù)據(jù)的準確性，單片機在上電之后需要10s左右的初始化延時，因為空氣傳感器需要一定時間的預熱才能進入正常的工作狀態(tài)，當空氣傳感器預熱完成后，將進入連續(xù)工作模式，即實時的

22、檢測空間環(huán)境中空氣質(zhì)量的污染程度，并將檢測的實時數(shù)據(jù)發(fā)送到adc0831模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進行傳感器信號的處理，直接發(fā)送到單片機，為單片機后續(xù)執(zhí)行相關(guān)程序提供準確的參考依據(jù)。當單片機采集到實時的檢測數(shù)據(jù)之后，單片機會通過8位的并行接口將相應的數(shù)據(jù)發(fā)送到lcd1602液晶顯示屏上進行直觀的顯示，液晶顯示屏上面會顯示當前空氣質(zhì)量的數(shù)值，設定的預警值，負離子空氣凈化裝置和排風扇等相關(guān)設備的運行狀態(tài)顯示，為使用者提供更加直觀的觀察系統(tǒng)運行狀態(tài)。當單片機檢測到空氣傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)超過設定的預警值時，單片機會立即發(fā)送相應的應急處理命令，驅(qū)動繼電器電路和聲光報警電路，即打開負離子空氣凈化裝置和排風扇，改善空氣質(zhì)量

23、，直到環(huán)境空氣質(zhì)量的指標數(shù)據(jù)低于設定的預警值，系統(tǒng)恢復正常工作狀態(tài)。3系統(tǒng)硬件設計3.1控制系統(tǒng)設計3.1.1 stc12c5a60s2單片機簡介stc12c5a60s2單片機是由stc公司生產(chǎn)的一款高性能單片機，該單片機不僅具有速度快，超強的抗干擾能力以及極低的功率損耗性能決定了該芯片的高性價比，是目前市場上較為普遍的主流型單片機產(chǎn)品，而且該型號單片機被稱為8051單片機的增強版，因為該單片機的編程和指令代碼與8051完全兼容，不僅速度提高了8-12倍，而且芯片內(nèi)部集成了2路pwm和8路adc接口，其功能能夠完全符合本系統(tǒng)設計的要求。3.1.2 stc12c5a60s2單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本系列

24、單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。其中包括中央處理器（cpu）、程序存儲器（flash）、數(shù)據(jù)存儲器（sarm）、定時/計數(shù)器、uart串口、串口2、i/o接口、高速a/d轉(zhuǎn)換、spi接口、pca、看門狗及片內(nèi)r/c振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。stc12c5a60s2系列的單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱的上一個片上系統(tǒng)。 圖3-1 stc12c5a60s2系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖在本次的設計當中，單片機最小系統(tǒng)圖如下所示：圖3-2 單片機最小系統(tǒng)3.2 qs-01空氣質(zhì)量傳感器3.2.1 qs-01空氣質(zhì)量傳感器簡介qs-01是一種二氧化錫半導體氣體傳感器，對各種空氣污染源

25、都有很高的靈敏度，并且可以快速響應，給傳感器采用塑料外殼，有3個引腳，可在極低的功耗情況下獲得極好的感應特性，這款產(chǎn)品非常適用于空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)、排風電扇和空氣凈化器。3.2.2 qs-01的結(jié)構(gòu)氣敏半導體材料分布在鋁基上，鋁基上引出電極，在基底背面鍍上了一層氧化釕作為加熱器，他們都被封裝在了塑料殼中。圖3-3 傳感器元件圖3-4 結(jié)構(gòu)圖3-5 管腳排列圖3-6電路3.3 紅外線控制紅外線遙控是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)

26、設備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可靠而且能有效地隔離電氣干擾。3.3.1紅外線裝置簡介通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖 3-7 所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、led紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。圖3-7紅外遙控系統(tǒng)框圖3.3.2紅外線遙控裝置編碼紅外線編碼是數(shù)據(jù)傳輸和家用電器遙控常用的一種通訊方法，其實質(zhì)是一種脈寬調(diào)制的串行通訊。家電遙控中常用的紅外線編碼電路有pd6121g 型 ht622 型和 7461 型等。紅外線通訊的發(fā)送部分主要是把待發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格

27、式的脈沖，然后驅(qū)動紅外發(fā)光管向外發(fā)送數(shù)據(jù)。接收部分則是完成紅外線的接收、放大、解調(diào)，還原成同步發(fā)射格式相同（但高、低電位剛好相反的脈沖信號。這些工作通常由一體化的接收頭來完成，主要輸出ttl兼容電平。最后通過解碼把脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。圖3-8是一個紅外線遙控制系統(tǒng)的原理框圖。 圖3-8紅外遙控系統(tǒng)示意圖圖 3-9 示出該紅外遙控系統(tǒng)的編碼格式。圖中，pd6121g遙控器的二進制“0”由 0.56ms的間隔加 0.565ms的脈沖表示；二進制“1”由 0.56ms的間隔加 1.685ms的脈沖表示。每次發(fā)送的 32 二進制碼可分成兩部分，其中前 16 位是遙控器辨識碼，主要用

28、于區(qū)別不同遙控器，后 16 位是操作碼。這兩個部分的后 8 位都是前 8 位的反碼，用作數(shù)據(jù)校驗。每幀數(shù)據(jù)以 9ms的間隔加 4.5ms的脈沖作為數(shù)據(jù)頭。圖3-9 脈沖編碼格式3.4 液晶屏顯示器3.4.1液晶顯示器簡介在我們的生活中，對于液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品不可缺少的器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、led數(shù)碼管、液晶顯示器。 在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：1、顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持

29、那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（crt）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。2、數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。3、體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4、功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動ic上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。3.4.2 液晶顯示原理及分類1 液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適

30、用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、pda移動通信工具等眾多領域。2 液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（static）、單純矩陣驅(qū)動（simple matrix）和主動矩陣驅(qū)動（active matrix）三種。3 液晶顯示器各種圖形的顯示原理:（1）線段的顯示點陣圖形式液晶由mn個顯示單元組成，假設lcd顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共168=

31、128個點組成，屏上6416個顯示單元與顯示ram區(qū)1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由ram區(qū)的000h00fh的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（000h）=ffh時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當（3ffh）=ffh時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（000h）=ffh，（001h）=00h，（002h）=00h，（00eh）=00h，（00fh）=00h時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是lcd顯示的基本原理。（2）字符的顯示用lcd顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由68或88點陣組成，既要找到和

32、顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示ram區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在lcd上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示ram對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。（3）漢字的顯示漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32b，分左右兩半，各占16b，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在lcd上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示ram對應的地址，設立光標

33、，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32b顯示完就可以lcd上得到一個完整漢字。在本設計中l(wèi)cd1602液晶屏接口如下圖所示：圖3-10 lcd602液晶屏接口3.5負離子空氣凈化器3.5.1負離子空氣凈化器的簡介 負離子空氣凈化器既是負離子產(chǎn)生源又是空氣凈化裝置。主要構(gòu)件是負電暈放電區(qū)和通風風扇。電暈線上加有負高壓,形成負電暈放電,在其周圍形成空間電荷區(qū),產(chǎn)生大量的負離子,負離子隨著氣流進入室內(nèi),起著空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)和凈化作用,負直流高壓電源接到電暈線上,對地線開始電暈放電。電暈線周圍的空氣在高壓下電離,其中,正離子在強大的負電壓電場下,被吸引

34、至電暈線上,負離子則向正極方向移動,一部分達到網(wǎng)狀電極,另一部分在風機的作用下,進入到外部空氣,這部分負離子部分與空氣中的粉塵結(jié)合,迅速下降,起到凈化空氣的作用。 圖3-11 電暈放電示意圖3.5.2 負離子發(fā)生器結(jié)構(gòu)負離子濃度和臭氧濃度是負離子發(fā)生器的兩個主要性能參數(shù)。其中負離子的濃度決定著凈化效率,而臭氧濃度則決定著負離子發(fā)生器是否能被選用。前者越高越好,后者越低越好。這里采用線網(wǎng)狀電極電暈放電,電極結(jié)構(gòu)與負離子濃度和臭氧濃度有一下關(guān)系:(1)負離子濃度、臭氧濃度、電暈電流隨著放電電壓的升高增加;(2)其它條件相同,電暈線加熱(加熱電壓在電暈線承受范圍內(nèi))可以提高負離子濃度、增加電暈電流,

35、而降低臭氧濃度;(3)其它條件相同,電極間距減小(保證在該結(jié)構(gòu)下起暈電壓、火花放電電壓之間有足夠的變化空間),負離子濃度、臭氧濃度、電暈電流都上升,反之則下降;(4)其它條件相同,接地電極線間距增大,負離子濃度、臭氧濃度、電暈電流下降,反之上升;(5)其它條件相同,電暈線并聯(lián)時各參數(shù)都要高于電暈線串聯(lián)時的情況;(6)其它條件相同,電暈線長度增大,負離子濃度上升,臭氧濃度和電暈電流降低。4 軟件設計 軟件是計算機系統(tǒng)的大腦，沒有軟件的計算機就像沒有大腦的人一樣，不能充分發(fā)揮它的功能。在本次設計的控制系統(tǒng)中，硬件設備的功能是通過軟件來賦予其意義的，如系統(tǒng)要控制負離子空氣凈化裝置，首先要通過有線串行

36、通信程序來完成控制功能，其次在定義按鍵功能，通過編程完成led數(shù)碼顯示等等，綜上所訴，軟件是控制系統(tǒng)中的一個非常重要組成部分。 本次設計的控制系統(tǒng)的軟件程序包括：風扇開關(guān)控制程序、負離子空氣凈化開關(guān)控制程序、報警掃描控制程序、傳感器數(shù)據(jù)采集程序、液晶屏顯示控制程序、紅外遙控程序以及按鍵功能程序等。本著軟件設計的基本方法此次設計控制程序的軟件設計方法是利用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化分析與設計方法來完成的。結(jié)構(gòu)化程序設計方法雖然是早期的程序設計方法，但該方法還一直被廣泛地使用。結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)分析與設計貫穿整個軟件設計過程，遵循“自頂向下，逐步求精”的基本原則。圖4-1 空氣凈化控制系統(tǒng)軟件程序總體結(jié)構(gòu)圖4.1主程序

37、設計 本系統(tǒng)在接通電源后，首先對所有模塊進行初始化配置，延時5s對傳感器預熱處理，預熱時間到達后系統(tǒng)模塊進入正常工作模式。首先是qs-01傳感器正常開啟后對傳感器檢測區(qū)域進行數(shù)據(jù)的收集，并將檢測到的數(shù)據(jù)傳送到單片機，單片機讀取到監(jiān)測初始數(shù)據(jù)后需要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理函數(shù)，對數(shù)據(jù)進行處理并與設定的預警值進行比較，將比較后所得到的標志位數(shù)據(jù)進行報警電路和設備驅(qū)動電路的觸發(fā)，并將實時數(shù)據(jù)傳送到lcd1602液晶顯示屏進行實時環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的顯示。如果檢測到的環(huán)境參數(shù)超過預警值時，單片機io口將驅(qū)動繼電器電路工作，繼電器電路工作后會接通負離子空氣凈化裝置和排風裝置，通過運行相關(guān)凈化裝置使室內(nèi)的空氣質(zhì)量保持到安全

38、閾值范圍，此時，顯示屏上顯示檢測的空氣污染程度已經(jīng)低于基礎設定，風扇以及負離子空氣凈化裝置停止工作?？梢酝ㄟ^本地設置和紅外遙控設定預警值，同時本設計也設定了手動啟動程序，不論傳感器檢測到的數(shù)據(jù)是否超過基礎值，當你手動打開時，都可以進行空氣凈化過程，風扇和負離子空氣凈化裝置可以單獨開啟。同樣，當設備工作的時候也可以手動停止設備的運行，當按下停止遙控按鈕時，風扇和負離子空氣凈化裝置同時停止。具體工作流程如下圖所示： 圖4-2 主程序工作流程圖4.2紅外遙控設計 在本次的設計當中，當系統(tǒng)啟動時，在一定范圍內(nèi)可以通過紅外遙控器對該設備進行控制。并且遙控器也可以設定系統(tǒng)的預警值和開啟或關(guān)閉風扇以及負離子

39、空氣凈化裝置。4.3液晶屏顯示設計本設計采用的是lcd1602液晶顯示屏，單片機將檢測并處理完成的傳感器數(shù)據(jù)實時發(fā)送到液晶屏，然后顯示屏通過一個直觀的數(shù)據(jù)顯示出來，使操作人員可以更直觀的觀測到所想檢測的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。圖4-3 液晶屏顯示流程圖4.4 qs-01傳感器工作設計 qs-01傳感器，當接通電源后，該傳感器啟動并預熱完成后開始工作，通過內(nèi)部的電路檢測所在空間的空氣污染程度，然后將這種模擬量傳送到單片機，單片機內(nèi)部的ad轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為單片機可識別的數(shù)字量，單片機根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行相關(guān)函數(shù)的運行。圖4-4 qs-01傳感器工作流程圖5 系統(tǒng)的調(diào)試及實驗結(jié)果1、焊接硬件電路板。2、給單

40、片機燒寫控制一個i/o點亮led燈的測試程序確保單片機最小系統(tǒng)能夠正常工作。3、給單片機燒寫讀取qs-01空氣質(zhì)量傳感器數(shù)據(jù)的c程序，通過串口調(diào)試助手打印到電腦上，以確保qs-01空氣質(zhì)量傳感器與單片機硬件電路連接正確。4、給單片機燒寫讀取lcd1602液晶顯示器液晶顯示程序數(shù)據(jù)的c程序，通過串口調(diào)試助手打印到電腦上，以確保lcd1602液晶顯示器與單片機硬件電路連接正確。5、將單片機、qs-01空氣質(zhì)量傳感器、lcd602液晶顯示屏、繼電器驅(qū)動電路、報警電路的所有驅(qū)動程序，進行整合，燒寫入單片機進行整個系統(tǒng)的調(diào)試。6、系統(tǒng)地功能調(diào)試完成后，對相應的外管的設計安裝。7、經(jīng)過整個系統(tǒng)的測試，系統(tǒng)

41、地功能基本實現(xiàn)了本課題設計的初衷。 結(jié)論本設計已經(jīng)成功，雖然過程比較坎坷，但結(jié)果是好的，在設計中雖然遇到了很多困難，但是每次認真努力解決之后，那一份的收獲也是巨大的。最后的調(diào)試當中，出現(xiàn)一些狀況，雖然一開始很是迷茫，但在老師和同學一起的幫助寫終于解決了問題，也讓我明白了很多，設計是一個系統(tǒng)，人與人也是一個系統(tǒng)，元件之間又互相增益與影響，人與人之間也是的。室內(nèi)空氣凈化系統(tǒng)主要由單片機和外圍驅(qū)動電路構(gòu)成，單片機的開發(fā)和研究功能非常的強大，只有你想不到的，沒有你做不到的，所以，遇到問題不要著急煩躁，靜下來，好好想想問題的關(guān)鍵，最后總能解決的。本設計工作時能不停地監(jiān)測周圍的空氣質(zhì)量，并針對不同的情況做

42、出不同的應對，該系統(tǒng)經(jīng)過反復調(diào)試后運行良好。本設計屬于小型設計，便于攜帶，節(jié)能環(huán)保，建議廣泛應用在家庭、辦公室、豪華會所等，具有較好的實際應用價值。附 錄電路設計原理圖： 程序如下：#includecontrol.h#includehongwai_rec.h#includedrive.h#includestc_eeprom.h#includeqs_01.hsbit key=p32;sbit key_add=p34;sbit key_plus=p35;extern unsigned char max;extern unsigned char set_com; void ext0_init() e

43、a=1; ex0=1;/enable it0=1;/modevoid keyset() interrupt 0ex0=0;set_com=1;ie0=0;ex0=0;/ ad_show();void fan_show(bit a) if(a=1) lcd_pos(1,5);lcd_wdat(n);delay_ms(3);lcd_wdat( );delay_ms(3); else lcd_pos(1,5);lcd_wdat(f);delay_ms(3);lcd_wdat(f);delay_ms(3); void fres_show(bit a) if(a=1) lcd_pos(1,14);lcd

44、_wdat(n);delay_ms(3);lcd_wdat( );delay_ms(3); else lcd_pos(1,14);lcd_wdat(f);delay_ms(3);lcd_wdat(f);delay_ms(3); void check_auto() unsigned int result; result=ad_change(0x00)/10; if(result=max) ad_show(); fres_show(1); fan_show(1); led_switch(1); buzzer_switch(1); qa_u_switch(1); qa_o_switch(1); el

45、se ad_show(); fres_show(0); fan_show(0); led_switch(0); buzzer_switch(0); qa_u_switch(0); qa_o_switch(0); void max_set_local()unsigned char a;led_switch(1);delay_ms(200);delay_ms(200);while(set_com=1)if(key_add=0)delay_ms(50);if(key_add=0)max_add();if(key_plus=0)delay_ms(50);if(key_plus=0)max_plus()

46、;if(key=0)delay_ms(200);if(key=0)led_switch(0);ie0=0;ex0=1;set_com=0;ad_show();void check()if(set_com=0)check_auto();if(set_com=1)max_set_local();if(set_com=3)ad_show();#includedrive.hsbit led=p20;sbit buzzer=p21;sbit qa_u=p22;sbit qa_o=p23;void led_switch(bit a)led=a;void buzzer_switch(bit a)buzzer

47、=a;void qa_u_switch(bit a)qa_u=a;void qa_o_switch(bit a)qa_o=a;#includehongwai_rec.h#includedrive.h#includestc_eeprom.h#includecontrol.hextern unsigned char set_com;extern unsigned char max;sbit dat=p33; void delay() unsigned char i;for(i = 0; i99)max=0;iaperasesector(1); / 擦除eeprom扇區(qū) iapwritebyte(1

48、, max); /寫eeprom max_show();void max_plus()max=max-1;if(max10)ex1=0;return ; else ea=1; ie1=0; ex1=1; return ; /等待低電平9毫秒 buzzer_switch(1); while(dat=1);/等待高電平4.5毫秒delay_ms(1);i+;if(i6)ex1=0;return ; buzzer_switch(0); for(j=0;j4;j+) for(i=0;i8;i+) rec_datj=1; / buzzer_switch(1); while(dat=0); / buzze

49、r_switch(0); delay(); if(dat=1)rec_datj|=0x01;while(dat=1); elserec_datj|=0x00; if(rec_dat2=0xa2)motor_work(); if(rec_dat2=0x22)motor_stop(); if(rec_dat2=0xe2)fresh_work(); if(rec_dat2=0xc2)fresh_stop(); if(rec_dat2=0xe0)max_plus(); if(rec_dat2=0xa8)max_add();/ send_byte(rec_dat0);delay_ms(1);/ send_byte(rec_dat1);delay_ms(1);send_byte(rec_d