文 献 综 述

1．空气净化器产生的原因

随着国内经济的高速发展,人们的生活水平在不断的提高，工业化进程不断推进，环境污染日益严重，雾霾天气频发，对人体健康构成很大危害。现在人们的生活和工作都主要在室内，而我们的室内空气质量却越来越差。在我们日常的室内生活中也会产生大量的污染物，例如烟草燃烧、各种溶剂、油漆、电脑和打印机、墙纸、地毯等都会产生污染物。室内空气中还会有很多如尘埃、烟雾、细菌、皮屑、毛发等可吸入颗粒物等。同时，由于越来越多的家电产品的使用，使得空气中的负离子浓度越来越低。室内空中的这些污染物对我们人体健康有很大危害，各种悬浮颗粒物还会传播疾病，而对我们人体有利的负离子含量却变的更少了。在建筑节能的要求和现代科技的支持下，尤其是空调的普遍使用，室内建筑的密闭性越来越好，室内空气与室外空气的交换越来越少，造成了室内空气质量的进一步恶化。因此开发新型空气净化器装置具有重要的环保价值及社会意义。

2．净化器总体功能及工作原理

2.1 空气净化器的总体功能

本课题要研究的主要目的是设计开发一种新型多功能的室内空气净化器。该空气净化器要求能够对室内空气质量状况进行实时监测、反应灵敏并且具有相应的处理措施；能够感应人体活动有并做出判断给出相应处理措施；本空气净化器能够吸附各种有害物质还具有杀菌功能；具有友好的人机交互界面；具有自动开关机、定时操作、多种工作模式选择和多种操作方式为一体的综合产品。

在合肥工业大学李果的论文基于ATmega28单片机的空气净化器控制系统设计与研究中，设计的空气净化器控制系统总体功能需求图如图2.1所示：

图2.1 空气净化器控制系统总体功能需求

2.2空气净化器的工作原理

室内空气经过气流通道进入空气净化器中，由室内空气采集检测传感器进行空气质量数据采集，通过控制装置在显示装置LCD 上显示空气质量状态。室内空气经过气流通道入风口进入过滤装置后，三层过滤吸附装置过滤室内空气中颗粒状污染物，吸附各种有害物质和微生物。初步净化后空气经气流通道进入通风装置，之后进入杀菌装置。杀菌装置将初步净化后的室内空气中的各种细菌和病毒灭杀后得到净化空气，净化后室内空气通过出风口送入室内环境。实现空气净化器的功能需求，对控制系统按照模块化设计进行软硬件设计与实现。主要有显示模块、按键处理模块、数据采集处理模块、蜂鸣器驱动模块、电机驱动模块、红外遥控模块、紫外灯管驱动模块和电源控制模块。

合肥工业大学任俊龙在论文基于AVR单片机的空气净化器控制系统的硬件设计与实现中，设计的空气净化器功能实现过程图如图2.2所示：

图2.2 空气净化器功能实现过程图

3．系统的设计方案

3.1 硬件设计

根据控制系统的功能要求，控制系统硬件将由核心处理器(MCU)、按键、显示器(12864LCD)、交流电机、紫外灯管、空气质量传感器、人体热释电红外传感器、蜂鸣器和远程红外遥控设备组成。

控制系统硬件设计方框图如图3.1所示：

图3.1 控制系统硬件设计方框图

3.2软件设计

根据硬件设计方案决定对系统软件进行模块化设计和实现，系统软件功能通过主程序和各子程序共同完成。本控制系统软件主要由初始化模块、全局变量定义模块、显示模块、按键处理模块、数据采集处理模块、外部中断处理模块、时间处理模块、蜂鸣器驱动模块、电机驱动模块、紫外灯管驱动模块和电源控制模块等模块子程序和主程序构成。

控制系统软件设计方框图如图3.2所示、控制系统主程序流程图如图3.3所示：

图3.2 控制系统软件设计方框图

图3.3 控制系统主程序流程图

4．主要模块的介绍

黄开在论文基于AVR单片机的柜式空气净化器控制系统设计与研究中有介绍其控制系统需求模块，如图4.1所示：

图4.1空气净化器控制系统功能需求模块图

4.1传感器数据采集模块

传感器输出的信号经预处理变为电压模拟信号后，需转成数字量才能进行数字显示或送入单片机。这种把模拟信号数字化的过程称为数据采集。数据采集系统提供了必要的模拟/数字（A/D）接口，通过使用放大器、滤波器、采样/保持电路、多路转换器和模拟/数字转换器（A/D）等部件，将一个或多个传感器的原始数据转换成适于数字处理的输出。

4.2显示器控制模块

由空气净化器控制系统的需求分析可以知道，当仪器通电正常运行时，其显示器就显示出空气净化器的各种信息，包括了：工作模式、房间大小、空气质量、电机转速、定时信息、过滤网状态与灯管状态信息。

4.3按键控制模块

根据空气净化器功能需要本控制系统按键控制模块共设 7 个按键，分别为电源开关按键、房间大小调节按键、工作模式选择按键、定时设置按键、显示器背光按键、滤网计时复位按键和紫外灯计时复位按键。按键的功能设置尽量使得系统使用的效率能够达到最大化，尽可能的节省能源。按键操作简单易会，容易上手。

4.4电机控制模块

电机的驱动是利用单片机输出的低电平导通信号来实现的，提供给电机低电平驱动信号的是PE3 端口，执行导通的语句为：PORTE=0xFF; DDRE=0x0F。在电机的运行过程中，需要根据空气净化器的工作状态来调整电机的转动速度。AVR 单片机端口将通过按键与传感器检测信号来判断仪器需要的工作状态，PE3 端口将依此来调整输出输出脉冲的占空比来调整电机转速。占空比越大，电机驱动电流越小，转速减慢；占空比越小，电机驱动电流越大，转速加快。根据占空比的大小，电机转速被分为了一档、二档等七个档位；此外，对电机设置定时控制，当运行达到预设的关机时间，电机将会停止工作。电机驱动与控制程序流程图如图4.4所示：

图4.4 电机驱动与控制程序流程图

5．紫外线空气净化器的应用前景

紫外光空气净化器，是利用了紫外线的原理通过紫外线的照射，穿透微生物的细胞膜，破坏各种病菌，细菌，寄生虫以及其他致病体的DNA 结构，毁坏其核酸分子键，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，从而达到消毒灭菌的作用。在现在的社会中，利用原理的家用电器变得非常普及，尤其是在欧美和日韩等发达国家。在国内紫外线消毒也长期应用于医疗卫生等领域。随着收入的提高，生活水平的提高和现实的室内空气质量的每况愈下之间产生了极大矛盾，而室内紫外线杀菌型空气净化器无疑就是解决矛盾的首选良方。在解决了安全、环保和应用效果等方面的一系列问题之后，紫外线型空气净化器专为居家使用量身定做，更符合家庭消毒标准，也满足医疗机构标准。

6．参考文献

[1] 任俊龙. 基于AVR单片机的空气净化器控制系统的硬件设计与实现[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2010.

[2] 马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007

[3] 张妍,李振海.室内空气净化器性能指标的探讨[J].环境与健康杂 2007,24（6）:453-455

[4] 万国平，聂惠芬，万志强，王辉华. 基于Atmega16单片机的小型室内空气净化器的研制[B]. 1009-0134(2012)08(下)-0128-03:128-130

[5] 黄开. 基于AVR单片机的柜式空气净化器控制系统设计与研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2013.

[6] 方爱平.基于单片机的步进电机控制系统的设计与实现[D].杭州:浙江工业大学 2008

[7] 吴忠标,赵伟荣. 室内空气污染及净化技术[M]. 化学工业出版社, 2005

[8] 张培仁,孙力.基于C语言C8051F系列微控制器原理及应有[M].北京：清华大学出版社，2006.

[9] 孙霞.基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究[D].南京:河海大学，2006

[10] 胡慧敏. 基于 ARM 嵌入式的人机接口（MMI）设计[D].天津：天津大学，2008

[11] 高立新．室内空气净化器的现状及改进措施[J]．哈尔滨工业大学学报，2004， 21(2)：199-201．

[12] 张文彩,张波.新型空气净化器的研制与应用[J].静电应用技术研究 2000,21（3）:79-82

[13] 卢兴国.微型多功能传感器的研制[D].合肥:合肥工业大学 2005

[14] 张洪润 ,傅瑾新等 .传感器应用设计 300例(上册)[M].北京航空航天大学出版社 2008:3-10

[15] 古志坚. 基于单片机的步进电机控制系统研究[D]. 华南理工大学，2013

[16] 李玉平.静电式智能空气净化器系统设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2013

[17] 李果. 基于ATmega28单片机的空气净化器控制系统设计与研究[D].合肥：合肥工业大学