智能空气净化器控制电路的设计

科学技术创新2019.26

智能空气净化器控制电路的设计

薛壮壮董玉保何立山丁男菊秦逸平

（无锡科技职业学院电子技术学院，江苏无锡214028）

1概述

近年来我国伴随着现代科技的发展和工业化进程，环境污染的问题愈发严重，受大气污染的影响，室内空气中可吸入颗粒物含量超标，人体暴露在这样的空气环境中会对健康造成危害。欧美国家空气净化装置技术成熟并且十分普及，已经是必备的家用电器。我国空气净化器产业起步较晚，只有几年的发展历史，技术研发及市场运作均不够成熟，目前中国市场上销售的空气净化器的主要品牌及市场份额中外国品牌仍处于主导地位，占据着大量的国内市场。而欧美国家的空气污染物与我国的差异很大，欧美国家的净化器大都是以过滤花粉和大颗粒污染物为主，没有兼顾到我国室内空气中PM2.5等细颗粒和超微颗粒及有害挥发性气体。目前我国国内开发的净化器对PM2.5等细颗粒和超微颗粒的净化也是作用甚微。因此，我们急需开发出适应我国空气污染情况的空气净化器。现阶段欧美的空气净化技术是朝着高效低能耗的趋势发展，此外，空气净化器作为一种必备的家用电器也将朝着智能化的方向发展。基于此，本项目设计一台能监测及净化包括PM2.5及PM10颗粒物的空气净化器，并具有一定的智能化功能。

2系统总体设计

本项目设计一台能监测PM2.5及PM10颗粒物的浓度及去除灰尘、烟尘、细小悬浮颗粒物等污染物的空气净化器，通过蓝牙与智能手机相连，可在净化器及智能手机APP上显示空气状况，调节净化器的运行状态。风机的转速可以由净化器根据空气状况自动调节或用户手动调节。空气净化器控制系统的结构如图1所示。选用STM32“增强型”系列的STM32F103R8T6型单片机。工作电压3.3V，包含12bitADC模块、3个通用16位定时器和一个高效定时器用于捕获PWM输入信号和输出PWM脉宽调制型号，3个UART，51个通用I/O口。

图1空气净化器控制系统结构

3硬件电路设计

3.1数据采集功能实现

3.1.1PM10、PM2.5检测电路

PM10属于粉尘颗粒物，直径小于等于10μm,主要来源于汽车尾气污染，路面扬尘等，而实际生活当中，在活动频繁的室内存在较多的是不被《室内空气质量标准》列入在内的直径小于等于2.5um的悬浮颗粒物，即PM2.5,它也是PM10的一部分。项目主要针对室内存在较多的PM2.5。在选择传感器时，通过比较若干传感器的技术参数，选用激光型PM2.5传感器CP15-A31e来检测PM2.5及PM10的质量浓度。该传感器检测范围广，激光检测稳定、一致性好，反应迅速，串口输出，分辨颗粒最小直径达0.3um，相对误差10%。

图2激光型PM2.5传感器连接电路

3.1.2温湿度采集电路

项目选用DHT11数字温湿度传感器，这是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。产品为4针单排引脚封装，连接方便。

图3温湿度传感器连接电路

摘要：随着我国现代化的不断发展，室内空气中PM2.5等细颗粒和超微颗粒及有害挥发性气体含量超标。针对这一情况，本课题以STM32单片机作为主控芯片。本项目能监测PM2.5及PM10颗粒物的浓度及去除灰尘、烟尘、细小悬浮颗粒物等污染物，通过蓝牙与智能手机相连，可在净化器及智能手机APP上显示空气状况，根据空气污染情况调节净化器的运行状态。

关键词：STM32单片机；激光型PM2.5传感器；风机；蓝牙

中图分类号:TM13文献标识码:A文章编号:2096-4390(2019)

26-0016-03 16

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2019.26科学技术创新

3.2空气净化功能实现

3.2.1滤网

使用风机加速空气对流，让空气通过滤网净化。采用初中高

三效过滤网，初中高三效过滤网由无数细小网孔的预过滤铁

网、HEPA高效过滤网、活性炭滤网构成，能够净化空气中常见

的污染物质包括大颗粒污染物、细小悬浮颗粒物、尘螨以及部

分细菌、异味和挥发性有毒气体。效率高达99%以上。

3.2.2风机驱动电路

为了给用户带来方便，风机的转速可以由净化器根据空气

状况自动调节或用户手动调节。因此，项目选用DC12V NMB涡

轮离心风机，高风压、大风量，低噪音适用于家居环境。电机驱

动芯片选用L298N，驱动能力强，且有过流保护功能，当出现电

图

4风机控制及驱动电路

3.3人机交互功能实现

3.3.1液晶显示电路

项目选择了带字库且配置了LED黄色背光的LCD12864液

晶显示屏，它拥有128列x64行的信息显示能力，能够显示出四

行八列点阵汉字或128x64像素以下各种尺寸的图片整个液晶

屏的长宽高为93x70x12.5mm,显示屏幕尺寸为73x39mm。

LCD12864的数据传输有并行和串行两种方式，并行传输数据

较快，因此在实际应用当中，将液晶模块与主控器以并行方式

连接，如图5所示。液晶显示器所展示给用户的信息包括

PM10、PM2.5、温度、湿度、空气质量、电机状态、电源状态等。

3.3.2按键输入电路

电阻式触摸按键虽然价格低，但是需在操作设备表面涂抹

一层导电薄膜，使用寿命较短;而电容式触摸按键可以穿透

20mm厚度的绝缘材料，灵敏度高，稳定性和可靠性强，不受环

境困素改变的影响且寿命长，因此，本文选择了电容式触摸开

关。

图6按键输入电路

3.3.3蓝牙连接电路

在设计空气净化器的过程中，为了实现其智能化加入了蓝

牙模块。通过蓝牙与智能手机相连，在智能手机APP上显示空

气污染数据及控制净化器工作状态，从而方便调节净化器的运

行状态。选用HC-06蓝牙模块，能耗低、体积小，在一般家居环

境中的通讯距离能达到8m～10m，完全可以满足家居环境对设

计的要求。

图7蓝牙模块

3.4系统软件设计

3.4.1开发软件介绍

本设计是在Keil uVision5环境下开发的，Keil uVision5软

件支持C语言的编程及调试，运用方便，是做单片机开发毕业

设计者的首选。在编译完Keil uVision5后，直接用U-Link烧录

到开发板上，实现实物与程序的连接。在烧录前要在电脑上安

装U-Link驱动，后直接点击下载即可。

3.4.2主程序流程(见图8)。

4结论

整个控制系统从总体方案到硬件电路设计，再到控制系统

软件程序设计，最终完成整机软硬件调试。实现了如下功能：

4.1实现数据采集的功能：采集污染粉尘PM2.5及PM10的

浓度、温湿度的数据。

4.2实现空气净化功能：驱动风机促使污染空气

图5LCD12864液晶驱动电路（转下页）

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