基于ATmega16单片机的空气净化器控制系统设计

基于ATmega16单片机的空气净化器控制系统设计

余阿陵;陈显彬

【摘要】本文提供一种能使室内空气得到净化的空气净化器设计。以Atmel公司的AVR单片机ATmega16为核心处理器，通过相应气体传感器进行信号检测，由检测结果，实现了空气排风过滤系统的三个不同等级动力驱动的自动控制。该空气净化器还具有PM2.5检测值显示、甲醛检测值显示、紫外线发生器控制、负离子发生器控制、定时与睡眠设置以及遥控等功能。%This article provides a kind of design of air purifier for indoor air purification. The ATmega16 MCU as the core processor is to use,which is one of the products of Atmel company. Through signal detecting with corre-sponding gas sensor,and base on the detection results,it is achieved the air exhaust air filter system of three differ-ent levels of power driven automatic control. At the same time,This air-purifier is equipped with the PM2. 5 detec-tion data display,the CHOH detection data display,the ultraviolet generator control,the negative ion generator con-trol,the time and the sleep setting ,the remote control and other functions.

【期刊名称】《电气电子教学学报》

【年(卷),期】2016(038)001

【总页数】4页(P71-74)

【关键词】PM2.5;非线性标度变换;移动平均值滤波

【作者】余阿陵;陈显彬

【作者单位】汕头职业技术学院，广东汕头515041;汕头高威电子有限公司，广

东汕头515041

【正文语种】中文

【中图分类】TP212/217

1995年和2012年，国家先后公布了《居室空气中甲醛的卫生标准》和《环境空

气质量标准》[1，2]。对检测居室中PM2.5、甲醛等污染物的浓度作了明确规定。这使得根据检测值对居室内的空气进行相应的净化处理，以求实现健康安居的环保要求有了依据。

本文介绍一款空气净化器设计，它将过滤式净化、负离子净化、紫外线杀菌等空气净化技术组合起来。通过引入PM2.5、甲醛气体传感器，在ATmega16单片机的智能化测控下，以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；形成初步空气净化后，再通过电机驱动形成管道下的气流通道，促使空气由气流通道传送给杀菌装置；并由气流通道将净化后的空气排放到室内，从而获得室内的空气净化处理。

控制系统组成结构如图1所示。

控制系统将PM2.5检测传感器、甲醛检测传感器所检测到的对应模拟电压，由ATmega16单片机进行A/D转换。为保证检测值的可靠性，单片机通过多次采样检测后，由程序算法实现移动平均值滤波，其后，再将处理好的数据通过非线性标度变换，转换为PM2.5、甲醛的体积浓度(PM2.5单位为：微克/立方米μg/m3；甲醛单位为：毫克/立方米mg/m3)，结果显示在SMC1604(显示容量为16×4字符)LCD显示器上。

图中的红外遥控发射器、红外遥控接收器组成了人机对话操作部分，其功能与后继的手动/自动控制、紫外线杀菌等按键功能一样，区别仅在操作距离上。通过这三

者的操作，可以实现：①系统开机/关机；②依PM2.5、甲醛检测值的自动/手动风速调整方式对三档风道电机转速进行设置；③负离子发生器、紫外线杀菌发生器的开关机控制；④睡眠定时时间设置。同时为增强人机互动感，在单片机系统中配置了操作蜂鸣器。

图中，三档风道电机驱动电路是由单片机通过光电耦合器控制三路双向可控硅的导通与关断实现三档式交流电机的转速控制；紫外线杀菌发生器为一紫外线荧光灯，也由单片机通过光电耦合器，控制双向可控硅的导通与关断，来控制其工作；负离子发生器为本机电源电路中的一振荡升压电路，也是通过单片机控制其振荡的启动与停止来控制其工作。

2.1 ATmega16单片机资源分配

图2为ATmega16单片机引脚分配，其引脚主要分成A、B、C、D四个端口类。

(1)A端口：PA0、PA1实现PM2.5、甲醛检测；PA2～PA7引脚均为控制电平输出端：PA2(KILL)为杀菌控制输出、PA3～5(SPEED3～1)为三档式交流电机转速的单片机控制输出、PA6(ANION)为负离子发生器工作控制端、PA7(SP)引脚为蜂鸣器工作控制端。

(3)C端口：作为LCD显示器SMC1604的标准接口，其数据总线采用4位方式，参见图中PC4～7(LCD D4～7)。

(4)D端口：PD0～PD7(除PD2)分别为开关机ON/OFF、手动/自动AUTO、定时设置TIME、手动三档转速电机设置SPEED、睡眠SLEEP、杀菌KILL、负离子发生器控制共七个按键接入端；PO2(T1838)为遥控接收器的输出，通过使用其第二功能：外部中断功能，来实现遥控控制。

2.2 PM2.5、甲醛传感器检测与控制电路

图3为PM2.5传感器检测与控制电路。图中PM2.5传感器采用郑州炜盛电子科技有限公司生产的半导体烟雾传感器：MQ02，为一气敏元件[3]。

在H1-H2端通电加热条件下，AA-BB端的电导率会随着空气中杂质浓度的增加而增大。电路中C10、C12为滤波电容，用来滤除杂波干扰；R2-1、RB组成将电导率变化转换为电压的检测电路，AD0为将检测电压送到ATmega16第40脚的

AD转换输入端；PMOS场效管Q1 NTR4101通过其栅极由ATmega16第2脚

送来的低电平信号SEN POWER，将电源+5V VCC接通到MQ02的H1、AA端，实现开机预热控制与工作过程的通电加热。

甲醛传感器也采用了该公司的特殊气体传感器：MQ138，其工作原理与PM2.5

传感器MQ02类似，接到ATmega16第39脚的AD1转换输入端。电路部分这

里不再给出[4]。

2.3 三档风道交流电机驱动控制电路

图4为三档风道交流电机驱动控制电路。电机的工作电源为交流220 V供电，在ATmega16单片机的PA3～5为低电平时，可控硅Q2～4导通。其中单一路导通时，电机转速最低，风力最小；三路均导通时，电机转速最高，风力最大。PA3～5三路均为高电平时，电机停转。其他电路部分，均属常见单片机外围电路，本文不再赘述。

3.1 控制系统程序流程

图5为系统主程序流程图；图6为由红外遥控接收的外部中断服务程序流程图。

以上未列出定时中断服务程序，其为主程序中设置了定时/睡眠后的定时功能，当

其减计数值至零时置off标志，实现关机功能。

3.2 AD转换的移动平均值滤波

ATmega16单片机AD转换的实现方式，可参考其他资料，本文不再进行讨论[5]。这里重点说明一下ATmega16单片机AD转换采样数据的移动平均值滤波的程序实现。

由于受到外界噪声干扰的影响，AD转换采样值可能出现不规律的跳动，本程序分