基于单片机的智能空气净化器的设计毕设论文(3)

天津职业技术师范大学2015届本科生毕业设计

2.2装置结构组成

2.2.1环境空气质量检测部分

本设计的环境空气质量检测传感器采用模拟量信号输出的QS-01传感器，该传感器的额定工作电压为DC5V，即在引脚1和引脚3之间接5V的工作电压，在引脚2接一个5K-10K的偏压电阻，调节传感器电压信号输出的灵敏度，具体电路连接电路图如图2-2所示。为了保证QS-01传感器电压信号输出的稳定和精确性，在模块初次上电工作时需要10S左右的预热时间，当模块处于正常工作状态时，引脚1和3之间的电压为加热电压。当传感器所处的环境空气质量发生变化时，传感器引脚1和2之间的电阻会根据空气质量的变化进行相应的线性变化，随之两个引脚间的检测电压也会相应变化，传感器周围的空气质量越差，及污染程度越高，则引脚2端的检测电压会升高，传感器的检测电压通过模数转换芯片ADC0831进行信号转换，将模拟量信号转换为单片机可识别的数字量信号，以便于单片机进行后续程序的运行，从而实现环境空气质量污染程度的实时监测。

图2-2 QS-01传感器电路原理图

2.2.2 负离子空气净化器设备驱动部分

负离子空气净化装置通过双电极片之间的电弧将空气中的污染物颗粒击穿并吸附在电极片上，实现空气的净化。由于负离子空气净化装置的额定工作电压为

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DC12V，单片机无法直接通过IO口对其进行驱动，因此需要额外的电压隔离或继电器对净化装置进行驱动，本设计采用继电器驱动电路实现驱动电压的转换，将单片机IO口输出的5V电压转换成净化装置所需要的12V电压，以保证设备的正常运行，如图2-3所示。当单片机的P2.3管脚（即QA1引脚）输出高点平时，驱动三极管Q1导通，则继电器线圈得电，产生磁性，将触点吸合以驱动净化装置，实现单片机控制净化器装置的工作运行。

图2-3空气净化原理图

2.3 声光报警系统电路的驱动部分

在系统中，声光报警的作用是进行听觉和视觉的双重感官提醒，因此在设计过程中使用蜂鸣器和LED指示灯作为声光报警系统的元件。由于蜂鸣器是直流电压驱动器件，只需要给蜂鸣器供上额定的电压就能驱动蜂鸣器发出响声。单片机驱动蜂鸣器有两种方式：一种是通过单片机输出PWM直接对蜂鸣器进行驱动，另一种是通过单片机的IO电平翻转产生不同的驱动波形对蜂鸣器进行驱动。因为蜂鸣器的工作电流比较大，所以无法直接通过单片机的IO口进行驱动，一般需要通过放大电路才能驱动蜂鸣器发出声响。驱动电路如图2-4所示。

LED报警指示功能的驱动电流较小，因此可以使用单片机的IO引脚进行直接驱

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动，具体驱动电路如图2-4所示。

图2-4声光报警驱动电路

2.4 系统功能设计

整个系统供电后，单片机进入工作模式，为了保证单片机采集QS-01 传感器数据的准确性，单片机在上电之后需要10S左右的初始化延时，因为空气传感器需要一定时间的预热才能进入正常的工作状态，当空气传感器预热完成后，将进入连续工作模式，即实时的检测空间环境中空气质量的污染程度，并将检测的实时数据发送到ADC0831模数转换芯片进行传感器信号的处理，直接发送到单片机，为单片机后续执行相关程序提供准确的参考依据。当单片机采集到实时的检测数据之后，单片机会通过8位的并行接口将相应的数据发送到LCD1602液晶显示屏上进行直观的显示，液晶显示屏上面会显示当前空气质量的数值，设定的预警值，负离子空气净化装置和排风扇等相关设备的运行状态显示，为使用者提供更加直观的观察系统运行状态。当单片机检测到空气传感器发送的数据超过设定的预警值时，单片机会立即发送相应的应急处理命令，驱动继电器电路和声光报警电路，即打开负离子空气净化装置和排风

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扇，改善空气质量，直到环境空气质量的指标数据低于设定的预警值，系统恢复正常工作状态。

3系统硬件设计

3.1控制系统设计

3.1.1 STC12C5A60S2单片机简介

STC12C5A60S2单片机是由STC公司生产的一款高性能单片机，该单片机不仅具有速度快，超强的抗干扰能力以及极低的功率损耗性能决定了该芯片的高性价比，是目前市场上较为普遍的主流型单片机产品，而且该型号单片机被称为8051单片机的增强版，因为该单片机的编程和指令代码与8051完全兼容，不仅速度提高了8-12倍，而且芯片内部集成了2路PWM和8路ADC接口，其功能能够完全符合本系统设计的要求。

3.1.2 STC12C5A60S2单片机的内部结构

本系列单片机的内部结构如图3-1所示。其中包括中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SARM）、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2系列的单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称的上一个片上系统。

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图3-1 STC12C5A60S2系列内部结构框图

在本次的设计当中，单片机最小系统图如下所示：

图3-2 单片机最小系统

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