沈星宇，谷敏章，吳夢(mèng)洋，趙佳穎

（東南大學(xué)成賢學(xué)院 電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，江蘇 南京 210088）

1 硬件架構(gòu)分析

（1）本項(xiàng)目凈化器的硬件部分使用了ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S51芯片作為主控芯片。該CMOS8單片機(jī)具有速度快、功率低、性能高、抗干擾能力超強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1]。它的代碼與指令與傳統(tǒng)使用的8051能夠做到完全兼容，但與之相比，速度為后者的8～12倍。在本項(xiàng)目中該主控芯片實(shí)現(xiàn)了甲醛模塊和PM2.5模塊的啟動(dòng)，成功使用一二級(jí)口令語音模塊進(jìn)行開關(guān)設(shè)置，硬件方面聯(lián)動(dòng)了風(fēng)扇的啟動(dòng)和LCD1602的顯示。

（2）甲醛模塊：本項(xiàng)目使用了嵐寶甲醛檢測(cè)模塊。工作流程如圖1所示。

圖1 ZE08-CH20型甲醛模組結(jié)構(gòu)

該甲醛檢測(cè)模塊是一個(gè)便攜式?？?，具有通用型、模組小型化的特點(diǎn)。該傳感器模塊的工作原理是使用電化學(xué)原理，對(duì)所選取測(cè)量環(huán)境中的甲醛進(jìn)行探測(cè)與處理。在溫度補(bǔ)償這方面，該內(nèi)部放置一個(gè)溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)此功能，而另一方面利用了其模擬電壓輸出的方式，使用較為便利。綜合來說，這是一款靈敏度及分辨率高、功耗低、壽命長、穩(wěn)定性良好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的模塊。

（3）PM2.5監(jiān)測(cè)模塊：本項(xiàng)目在這方面采用了GP2Y-1010AU0F傳感器。這是一款用來感應(yīng)空氣中的微小顆粒的光學(xué)空氣質(zhì)量檢測(cè)器，本項(xiàng)目利用其內(nèi)部的紅外線Diode與光電晶體管phototransistor，空氣中存在的PM2.5能夠借此反射光，如非常細(xì)小的煙霧顆粒與煙草顆粒也可以被察覺檢測(cè)到，通過該空氣凈化器進(jìn)行吸附處理[2]。本產(chǎn)品正適合于這種小體積、質(zhì)量小、更加輕便、易于安裝的小模塊。

（4）語音模塊：LD3320。這是一款建立于“關(guān)鍵詞表”的聲調(diào)語音識(shí)別技術(shù)。工作流程如圖2所示。

圖2 語音識(shí)別芯片工作流程

該LD3320語音模塊芯片是一款囊括語音處理器與AD轉(zhuǎn)換器、咪頭（聲音輸出與麥克風(fēng)接口）等外部電路，無需包括Flash與RAM在內(nèi)的其他輔助芯片，直接在集成度高的電路板上實(shí)現(xiàn)語音交互等相關(guān)功能，極其適合類似于此項(xiàng)目的小規(guī)模產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)[3]。在本項(xiàng)目的空氣凈化器中語音說出一級(jí)口令“凈化器”，指示燈亮起，繼續(xù)說出“開啟”“關(guān)閉”二詞即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉的功能。

（5）風(fēng)扇模塊：5 V 12 W大功率風(fēng)扇。當(dāng)空氣中甲醛或PM2.5濃度高于設(shè)定值時(shí)，風(fēng)扇自動(dòng)反轉(zhuǎn)，將所吸的空氣通過HEPA高能活性炭吸附過濾網(wǎng)，通過吸附來實(shí)現(xiàn)空氣的凈化；直至甲醛或PM2.5濃度低于程序內(nèi)設(shè)的閾值時(shí)，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

（6）顯示模塊：1602LCD。本項(xiàng)目使用這種點(diǎn)陣型液晶來顯示字母與數(shù)字等[4]。它由大量點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。該顯示模塊每一行有16個(gè)字符液晶模塊。通過我們的編程，主控芯片利用甲醛和PM2.5模塊收集信號(hào)數(shù)據(jù)，再發(fā)送到LCD顯示模塊，模塊可依次顯示實(shí)時(shí)甲醛濃度、PM2.5，以及自己設(shè)置的可控空氣中甲醛濃度、PM2.5含量的范圍并且實(shí)時(shí)產(chǎn)生變化。

2 性能測(cè)試及應(yīng)用

實(shí)際應(yīng)用中，基于上述方案設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)現(xiàn)顯示當(dāng)前甲醛濃度、PM2.5，超過設(shè)定值自啟動(dòng)風(fēng)扇通過過濾網(wǎng)進(jìn)行吸附并且能夠通過語音控制開關(guān)的空氣凈化器。

1、提高對(duì)往來賬款管理的重視。為更好地從源頭完善往來賬款的管理環(huán)境，應(yīng)從高層到業(yè)務(wù)部門全面提高對(duì)往來賬款的重視，從制度管理和實(shí)際操作中建立完整的管理體系，進(jìn)行分級(jí)、分工操作。建立以公司經(jīng)理為組長、財(cái)務(wù)負(fù)責(zé)人為副組長、相關(guān)部門負(fù)責(zé)人為成員的往來款管理小組，負(fù)責(zé)全公司往來款管理的考核和督導(dǎo)?；驹瓌t是全公司業(yè)務(wù)部門以財(cái)務(wù)部為首，以財(cái)務(wù)部每月公布的往來款數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，按照業(yè)務(wù)歸口負(fù)責(zé)的管理制度，進(jìn)行每月的管理情況通報(bào)，并對(duì)未能及時(shí)完成往來款催繳和清理工作的部門進(jìn)行績效扣罰。

操作步驟如下。

啟動(dòng)設(shè)備：語音輸入一級(jí)口令“凈化器”以及二級(jí)口令“開啟”。

顯示屏上顯示實(shí)時(shí)空氣中的甲醛濃度與PM2.5。

使用烙鐵觸碰潮濕的紙模擬PM2.5的變化。

數(shù)值顯示：PM2.5傳感器檢測(cè)到PM2.5升高，自啟動(dòng)開啟風(fēng)扇，凈化空氣，空氣通過HEPA高效過濾網(wǎng)之后，PM2.5檢測(cè)到低于標(biāo)準(zhǔn)值，風(fēng)扇關(guān)閉。

使用油漆產(chǎn)生的甲醛氣體觀察顯示屏上甲醛濃度的變化。

數(shù)值顯示：甲醛傳感器檢測(cè)到甲醛濃度升高，自啟動(dòng)開啟風(fēng)扇，凈化空氣，空氣通過HEPA高效過濾網(wǎng)之后，甲醛濃度檢測(cè)到低于標(biāo)準(zhǔn)值，風(fēng)扇關(guān)閉。

關(guān)閉設(shè)備：語音輸入一級(jí)口令“凈化器”以及二級(jí)口令“關(guān)閉”。

本文為了直觀地顯示檢測(cè)甲醛與PM2.5含量的準(zhǔn)確度，通過采用試驗(yàn)中的幾組代表性數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1—2所示。

表1 起始甲醛濃度、PM2.5數(shù)值與誤差

表2 凈化后甲醛濃度、PM2.5

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明用帶煙烙鐵靠近前后和噴油漆前后甲醛濃度、PM2.5有明顯變化，并自啟動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，恢復(fù)預(yù)設(shè)濃度以下后再自動(dòng)關(guān)閉，經(jīng)過市場(chǎng)上已出售的可靠的甲醛含量檢測(cè)儀和空氣凈化監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)，結(jié)果完全符合人體健康要求。

本系統(tǒng)具備以下幾個(gè)主要性能特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，各個(gè)模塊分割合理，易于制作與生產(chǎn)。（2）成本低廉，與市場(chǎng)上昂貴的空氣凈化設(shè)備相比，該系統(tǒng)的價(jià)格更加親民。（3）功能多樣化，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中甲醛、PM2.5濃度，并通過1602液晶屏幕顯示，做到實(shí)時(shí)查看，實(shí)時(shí)凈化，具備報(bào)警功能。

3 結(jié)語

本文介紹了一個(gè)自啟動(dòng)吸附甲醛過濾PM2.5復(fù)合型空氣凈化器的設(shè)計(jì)方案，雖然市場(chǎng)中已經(jīng)出現(xiàn)很多類似的空氣凈化器，但相比之下此設(shè)計(jì)方案中自啟動(dòng)為最大的特色，實(shí)現(xiàn)成本更低且加工制造工藝簡單，此方案對(duì)于解決現(xiàn)代人忽視空氣質(zhì)量問題具有積極意義，也十分符合如今注重健康、生活智能的新理念。

[1]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[2]謝云輝.基于單片機(jī)和GP2Y1010AU粉塵傳感器的空氣質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)[D].合肥：安徽理工大學(xué)，2014.

[3]朱楠.基于單片機(jī)的語音控制開關(guān)設(shè)計(jì)[D].西安：陜西理工學(xué)院，2015.

[4]趙曉安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001.