陳萬疆

(鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇 鹽城 224000)

0 引言

在目前的社會發(fā)展形勢下，民眾對室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求日益提高。與此同時，為更好地滿足建筑節(jié)能相關(guān)要求，在建筑設(shè)計時室內(nèi)建筑的密閉性開始受到重視。不過這也導(dǎo)致室內(nèi)外空氣的流通性降低，室內(nèi)污染問題更明顯，不利于人體健康。目前室內(nèi)空氣污染的危害在不斷顯現(xiàn)，因而很有必要進行研究。

室內(nèi)空氣凈化器可以很好地滿足空氣凈化相關(guān)要求，在室內(nèi)空氣污染不斷加劇的形勢下，民眾對室內(nèi)空氣凈化器的需求也在迅速增加，很多高性能的空氣凈化裝置被研發(fā)出來。本研究設(shè)計的凈化器具有室內(nèi)通風和紫外滅菌功能，對空氣凈化有一定促進作用。

1 空氣凈化器控制系統(tǒng)概述

系統(tǒng)的控制對象為單相110 V空氣凈化器，在運行過程中，這種凈化器可以過濾室內(nèi)空氣中各種狀態(tài)的污染物，同時基于紫外線殺菌，以此來滿足相關(guān)功能要求。該系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)相關(guān)情況如圖1所示。

圖1 空氣凈化器功能結(jié)構(gòu)

具體分析由圖1可知，此控制系統(tǒng)可劃分為兩個單元，分別為驅(qū)動模塊和主控制模塊。輸入110 V的電源可滿足控制系統(tǒng)運行要求。對輸入的電流進行適當處理后，形成5 V與9 V直流電壓信號。單片機在運行中主要是通過指令對電機和紫外燈進行控制，以此實現(xiàn)消毒和空氣循環(huán)目的。其控制原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 凈化器控制原理

驅(qū)動控制電路設(shè)計時主要是針對電源電路，基于LM7805芯片進行穩(wěn)壓處理而獲得相應(yīng)5 V、9 V直流電；電機驅(qū)動電路在運行中可進行電機的控制和調(diào)節(jié)，同時還可實現(xiàn)一定的保護功能；其中的燈管驅(qū)動控制電路可以檢測燈管狀態(tài)，并實現(xiàn)導(dǎo)通控制目的，以此來滿足系統(tǒng)功能要求。主控制板的硬件主要包括TGS電路、LHi電路、保護電路、LCD電路、功能按鍵電路等，在設(shè)計時根據(jù)要求進行詳細設(shè)計，且適當組合，確保系統(tǒng)功能實現(xiàn)。

系統(tǒng)在控制時，主要依據(jù)傳感器采集的信息，單片機[1]可處理傳感器發(fā)送的系統(tǒng)狀態(tài)信息，利用相應(yīng)控制指令對儀器的工作狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)可靠穩(wěn)定地運行。主控制、驅(qū)動控制模塊則可在軟件控制基礎(chǔ)上滿足系統(tǒng)應(yīng)用要求，提高應(yīng)用性能。

2 空氣凈化器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

分析這種控制系統(tǒng)的需求可發(fā)現(xiàn)，其硬件模塊在設(shè)計時應(yīng)考慮一些主要功能要求。為滿足與此相關(guān)的功能要求而設(shè)計出電源控制電路、紫外燈電機驅(qū)動與控制電路、功能按鍵電路等。此外為滿足程序下載目的，還設(shè)置了控制程序下載電路等，控制系統(tǒng)對應(yīng)的硬件模塊相關(guān)組成如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)硬件模塊總體結(jié)構(gòu)

分析圖3結(jié)構(gòu)可知，這種系統(tǒng)的驅(qū)動控制部分主要包括：燈管、電源控制、電機驅(qū)動控制等相關(guān)單元。將這些單元設(shè)置到驅(qū)動控制電路板上；主控制模塊在運行時主要是針對顯示器、傳感器、紅外遙控和對應(yīng)的按鍵進行控制。在主控制電路板中對這些進行設(shè)置，使得系統(tǒng)處于合理的運行狀態(tài)，同時也提高系統(tǒng)運行可靠性和效率。

3 空氣凈化器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

在進行軟件設(shè)計時，分析系統(tǒng)的需求情況后將模塊劃分為以下幾個單元：電機驅(qū)動程序、端口初始化程序、紅外信號處理程序，信號采集程序等。其控制程序相關(guān)組成如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)

分析上圖結(jié)果可知，這種系統(tǒng)的驅(qū)動程序主要包括電機與燈管的驅(qū)動控制程序，且在運行過程中都是通過單片機進行控制，而其中的各部分存在一定組合關(guān)系。在程序整體設(shè)計時，各模塊都有重要的意義，可適當組合以滿足各方面應(yīng)用要求，系統(tǒng)控制時需要用到ATmega128程序[2]。

紫外線室內(nèi)空氣凈化器[3-4]控制系統(tǒng)的主程序流程如圖5所示。在運行中先對系統(tǒng)通上電源，然后打開開關(guān)確保其中各部分正常穩(wěn)定地運行。開機工作后，初始化處理，并對端口地址進行分配。讀取相應(yīng)傳感器測量到的信息，控制液晶顯示器處于工作狀態(tài);接著基于系統(tǒng)的控制指令而對凈化器的工作模式進行調(diào)節(jié)，確保電機轉(zhuǎn)速保持在合理范圍內(nèi)，同時控制紫外光燈管處于工作狀態(tài)，滿足系統(tǒng)的消毒滅菌相關(guān)要求，也為總體功能實現(xiàn)提供支持。

圖5 控制程序主流程

分析圖5程序主流程圖可知，在進行程序設(shè)計過程中，應(yīng)該分析電路硬件設(shè)備與功能相關(guān)要求，并進行合理的布置。初始化設(shè)置后開始進行電路控制，并檢測信號、判斷信號，在此基礎(chǔ)上進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，從而保證凈化器[5]參數(shù)在合理范圍內(nèi)，確保其可靠穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

空氣凈化技術(shù)是環(huán)保領(lǐng)域的一個新的課題，尤其是室內(nèi)空氣凈化器誕生后，各種不同方式的空氣凈化器如雨后春筍般涌入市場。文章研究的紫外線空氣凈化器屬于半智能式的空氣凈化產(chǎn)品，儀器的控制系統(tǒng)基于單片機進行軟硬件模塊設(shè)計與開發(fā)，并且創(chuàng)新式地設(shè)計了氣體傳感器與紅外傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，分別用于采集室內(nèi)空氣質(zhì)量和移動人體紅外信號強弱，以實現(xiàn)儀器隨外部環(huán)境自動調(diào)整工作狀態(tài)的功能。