基于单片机的室内智能空气净化器设计

史帅伟 吴成林 刘铮

摘要：本文介绍了一种基于51系列单片机设计的室内智能空气净化器的设计。该设计实现检测装置自动控制净化装置和按键手动控制净化装置的双控制系统净化器。净化器利用活性炭、HEPA滤网等净化吸附、反应装置实现净化处理，通过加湿、臭氧杀菌、负离子净化等措施对室内空气进行清洁。

引言：

随着云计算和大数据的发展，物联网时代的到来，智能设备成为了物联网时代的代表性项目，而我们这个设计的目的很纯粹是希望把智能设备尽最大努力普及到普通人的生活里，让每一个活在物联网时代的人都能感受到物联网时代的品质生活。

1净化器硬件设计

硬件部分采用模块设计，控制部分采用继电器控制各模块的开启与关闭。净化装置与检测装置分两部分运行，且分开供电，并通过51单片机实现检测装置控制净化装置的运行。

净化器智能化工作是本设计的一个亮点，通过市场调查和查阅资料，我们发现如今大部分的净化器没有自动控制的设计，即不论室内空气污染程度如何，净化器的工作均要由人手动开关。我们的设计中净化器检测装置长时间运行检测，当检测到室内污染物甲醛和PM2.5的浓度值高于设定的上限食物，净化部分即开始工作净化空气。当空气质量好转，检测部分检测到空气污染物浓度低于上限时，净化器停止工作。

1.1检测部分控制系统硬件设计

1.1.1按键模块

检测部分共有四个按键触发，一个为检测部分总开关，两位三个并列为功能键。三个按键中一个是屏幕显示检测物（甲醛和PM2.5）的切换，另外两个是设定触发净化装置工作的上限浓度的按键。即按键KEY1是开关键，按键KEY2是设置键，按键KEY3是阈值加，按键KEY43是阈值减。

1.1.2晶振模块

通过晶振模块提供11.0592Hz的振荡信号。

1.1.3液晶显示

通过51单片机处理，在LCD液晶显示实时空气质量。LCD液晶屏幕使用型号为SMC 1602A的LCD液晶屏幕。其接口信号如图所示。

1.1.4传感器模块

传感器模块中甲醛模块为电化学甲醛模块，其是一个通用型模组。利用电化学原理对空气中存在的CH2O进行探测，此模块与英国达特甲醛传感器相结合，具有良好的稳定性。此模块带有NTC温度传感器，可进行温度补偿。主要应用便携式仪表、空气质量监测设备、空气净化机、新风换气系统、空调、智能家居设备等场所。

1.2 净化模块

用风机将空气抽入机器，通过内置的滤网进行物理装置初步过滤空气，主要能够起到初步过滤粉尘、可吸入颗粒物、异味、部分有毒气体和杀灭部分细菌的作用。滤网有集尘滤网、除臭滤网、HEPA滤网。其中成本比较高的就是HEPA滤网，它能起到分解有毒气体和杀菌作用，特别是抑制二次污染。

下一步是化学净化，通过活性氧电解装置产生活性氧，在分解区活性氧与有害有毒气体发生化学反应，发生的部分方程式如下。

1HCHO+2O3=1CO2+1H2O+2O2

1CO+O3=CO2+O2

3O3+2NH3=N2+3H2O+3O2

2净化器整体工作流程

空气净化器有着手动和自动模式可供选择，供使用用者自行调节。

手动操作时摁下电源按钮打开净化器，长摁电源按钮即可关闭。

智能控制部分，我们可以自己设置空气中pm2.5和甲醛允许存在的最大临界值。检测模块运行时，会不断检测空气中pm2.5和甲醛的含量，当检测到二者含量中的任意一个的值超过我们设定的最大值时，将信号传递给单片机，通过单片机控制与开关电路连接的继电器闭合1s，打开净化器开始净化，同时继续检测空气质量，当pm2.5和甲醛含量均低于设定值时，控制继电器闭合3s，净化器关闭。选用自动模式，能够自动完成对室内空气及进入室内的空气进行净化，不但能够减少室外污染气体、细菌等进入室内，还可以实现室内自循环、净化。设定临界值时操作也很簡单、人性化。

参考文献

[1]孔令猛，闫永泽，李昊.基于单片机的车载空气净化器控制系统设计[J].电子制作，2019（1）：85-86.

[2]文彪，明立娟.基于单片机的空气质量检测仪设计[J].科技创新与应用，2018（13）：97-98.

作者简介：

史帅伟（1996.10）男河南省内黄县410527199610095014本科生电气工程及其自动化专业

吴成林（1998.04）男河南省新乡市410721199804212015本科生电气工程及其自动化专业

刘铮（1998.3）男河南省洛阳市410323199803220014本科生电气工程及其自动化

基金项目：郑州大学大学生创新创业训练计划“智能生活-封闭小空间空气净化器等智能设备的设计”（2018cxcy138）