单片机智能空气净化器系统设计
摘 要随着大气污染的增加，更为严重的室内空气污染已成为全球关注的焦点。因此室内空气质量（IAQ）在当前国际领域是中国环境研究的重要研究课题。国家开展了多项措施，以改善室内空气品质，空气净化器能有效去除室内污染物，是室内空气污染控制不可缺少的手段。本文介绍了空气净化器的研究背景，介绍了其发展和空气净化器的现状。空气净化器的设计详细介绍了常用的使用方法，技巧，实际应用分析，设计和总体方案的完成。然后，它还描述了由硬件和软件设计的多功能空气净化器控制系统，包括空气质量检测模块(ATmega128最小系统设计、QS-01空气质量传感器、PM2.5传感器检测模块、温湿度传感器检测模块)，人机交互模块（液晶显示模块、触摸按键模块、蜂鸣器警报电路），热释电红外开关模块，并提出风扇控制策略（紫光灯和负离子发生装置）。最后，进行系统测试并且设计一个多功能空气净化器的净化效果评价程序。对固体颗粒物PM2.5、气态污染物TVOC的净化能力进行测试和设计缺陷的分析，说明和讨论改进的方向。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.1.1大气与室内空气的污染现状 1
1.1.3国内空气净化器的发展及现状 4
1.2课题研究意义 5
1.3研究任务 5
第二章 总体方案设计 7
2.1净化方案设计 7
2.1.1净化方式的选择 7
2.1.2净化技术的选择 8
2.2整体结构设计 9
2.3控制方案设计 11
2.3.1功能设计 11
2.3.2微控制器的选定 12
2.3.3控制系统总体设计 13
第三章 控制系统硬件设计 14
3.1ATmega128最小系统设计 14
3.2 QS01空气质量传感器设计 17
3.2.1 QS01空气质量传感器简介 17
3.2.2 QS01的结构 18
3.2.3 PM2.5传感器检测模块硬件设计 19
3.2.4温湿度传感器检测模块硬件设计 21
3.3人机交互模块硬件设计 23
3.3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1液晶显示模块硬件设计 23
3.3.2触摸按键模块硬件设计 24
3.3.3红外遥控硬件设计 26
3.3.4蜂鸣器警报电路 27
3.3.5紫光灯和负离子发生装置硬件设计 28
第四章 控制系统软件设计 29
4.1初始化程序设计 29
4.2空气质量检测模块程序设计 30
4.2.1 QS01传感器工作设计 30
4.2.2PM2.5传感器检测模块辦设计 31
4.2.3温湿度采集程序设计 32
4.3人机交互模块程序设计 34
4.3.1液晶屏显示程序设计 34
4.3.2触摸按键输入模块程序设计 34
4.3.3红外遥控接收程序设计 35
4.3.4紫光灯和负离子发生子程序设计 36
第五章 系统的调试及实验结果 37
结束语 38
致 谢 39
参考文献 40
附录A系统设计的主要程序 42
第一章 绪论
1.1课题研究背景
1.1.1大气与室内空气的污染现状
这几年，全球的空气污染越发严重，产业化的迅速发展带来了许多新型的空气污染物，以及越来越多的物种产生，燃煤的生活，汽车尾气，工业废气，等污染是主要原因。因此，大多数国家和城市已经开始实施一项全面的健康空气质量检测报告，如API，PM等。尤其是最近公布的PM大于2.0的主要城市的PM 2.5的值，这将直接威胁我们每一个人的生命和健康，甚至更高。
作为生活在室内环境中的人也受大气环境质量的影响，而且，还直接受特定的室内环境的影响，污染较为明显，生活状况不容乐观。室内空气污染的主要原因是污染程度不同的有害物质增加从而威胁人类健康，使人体会产生亚健康状态。建筑问题，家具问题，装饰等问题已成为室内环境污染的三大及其头疼的问题。
然而，室内环境污染是一个非常复杂的问题，由于对室内装饰，建材，技术且日常室内消费产生的误区，会造成室内空气质量（IAQ）下降，如灰尘颗粒，可以吸附微生物，灰尘颗粒，酵母装甲，苯，TVOC，氨等的空气质量的问题。
对于人类来说甲醛污染是非常流行的问题，现在对污染的问题人们更多是理解和关心。甲醛是配有刺鼻的酸易溶于水的无色气体。甲醛的主要来源来自日常生活中的一些现代装饰如：制成的片材，壁装饰，粘合剂等而材料的这些来源多年的释放。甲醛的危险是非常严重的，当它被人体经呼吸道吸收，它形成该疾病的特征是在人体具有慢性发展趋势，是导致各种健康问题的来源，也难以在固定短期的时间内产生，如果长期接触吸收，甚至会诱发癌症。甲醛的污染有许多来源，但主要是从室内环境建设，装修和家具的问题中产生，特别是在新装修的房子中，我国的甲醛污染控制标准是十年前所完成的，但是从现在的调查结果看来，中国每年都有许多新装修的房子出现不同程度的甲醛污染问题，且其污染程度都在65%以上。
另外，TVOC（挥发性有机化合物）也是一种室内空气污染物但它极其特殊，因为它是一种有机化合物，所以其传播范围很广，包括：苯，甲苯穆，二甲苯，乙烯，乙基苯，三氯院等。存在于浓度相当低的TVOC中，所以直接使用在室内空间中表示被确定检测处理的总量。同样地，它是室内装饰和材料的主要污染，实验表明，当在不同的类别中的化合物TVOC在室内空间中混合时，会产生极大的危险而有剧毒。不仅可以机造成机体的免疫功能下降和紊乱，又会使身体的神经系统损害，如头痛，头晕，四肢无力，胸闷等。更有甚会影响到人体器官功能和人体的消化系统，食欲不佳，消化功能的紊乱会使人迷失，还会导致器官和抗疾病能力的退化。 TVOC的危害会导致各种其他的问题并带来威胁生命健康的疾病。
室内环境污染问题是大大高于室外环境污染的，人们都在谈论这些问题，其广泛的资源和类型复杂的室内环境污染物和我们的个人生活和健康密切相关，它已经成为一个新的社会问题，室内环境污染这个恶症急需解决。
1.1.2国外空气净化器的现状及其发展
在别的国家，空气净化产品出现在16世纪初，有一个面具型的空气过滤器，它可以使烟雾，灰尘很有效率的被分离。18世纪时，莱昂纳多达芬奇发现浸泡精细编织的材料可以有效隔离毒性粉末，对采矿工程师采矿进行呼吸的保护，从而保护呼吸系统的健康。
空气净化器的原型来自消防。1823年，为了防止吸入烟雾和灰尘，约翰和查尔﹒斯迪恩发明了一种全新保护呼吸系统的装置。 1854年，约翰斯腾豪斯多次尝试后，发现木炭燃烧时可以吸收一些有害的物质。二战期间，美国政府为了使用放射性物质，从而需要保护呼吸系统的安全，保护科学家的研究环境，所以建立一个空气净化器，开发了一种名叫HEPA的新型过滤器，可以过滤掉大多数毒性颗粒物，此后，使用HEPA过滤器成为一种流行的趋势，空气净化方面也开始广泛利用这种技术。在20世纪80年代，类似现代空气净化器出现，并开始广泛使用在办公时和居家生活中。随着时代的发展，社会环境的变更，空气净化器的设计和改进的空气净化技术得以发展，越来越多类型的污染也经持续增加，空气净化器的净化效果也越来越明显。今天，空气净化器对任一传统的有害物质—花粉，灰尘和烟雾，还具有除臭杀菌，毒性气体的净化功能。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景 1
1.1.1大气与室内空气的污染现状 1
1.1.3国内空气净化器的发展及现状 4
1.2课题研究意义 5
1.3研究任务 5
第二章 总体方案设计 7
2.1净化方案设计 7
2.1.1净化方式的选择 7
2.1.2净化技术的选择 8
2.2整体结构设计 9
2.3控制方案设计 11
2.3.1功能设计 11
2.3.2微控制器的选定 12
2.3.3控制系统总体设计 13
第三章 控制系统硬件设计 14
3.1ATmega128最小系统设计 14
3.2 QS01空气质量传感器设计 17
3.2.1 QS01空气质量传感器简介 17
3.2.2 QS01的结构 18
3.2.3 PM2.5传感器检测模块硬件设计 19
3.2.4温湿度传感器检测模块硬件设计 21
3.3人机交互模块硬件设计 23
3.3.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1液晶显示模块硬件设计 23
3.3.2触摸按键模块硬件设计 24
3.3.3红外遥控硬件设计 26
3.3.4蜂鸣器警报电路 27
3.3.5紫光灯和负离子发生装置硬件设计 28
第四章 控制系统软件设计 29
4.1初始化程序设计 29
4.2空气质量检测模块程序设计 30
4.2.1 QS01传感器工作设计 30
4.2.2PM2.5传感器检测模块辦设计 31
4.2.3温湿度采集程序设计 32
4.3人机交互模块程序设计 34
4.3.1液晶屏显示程序设计 34
4.3.2触摸按键输入模块程序设计 34
4.3.3红外遥控接收程序设计 35
4.3.4紫光灯和负离子发生子程序设计 36
第五章 系统的调试及实验结果 37
结束语 38
致 谢 39
参考文献 40
附录A系统设计的主要程序 42
第一章 绪论
1.1课题研究背景
1.1.1大气与室内空气的污染现状
这几年，全球的空气污染越发严重，产业化的迅速发展带来了许多新型的空气污染物，以及越来越多的物种产生，燃煤的生活，汽车尾气，工业废气，等污染是主要原因。因此，大多数国家和城市已经开始实施一项全面的健康空气质量检测报告，如API，PM等。尤其是最近公布的PM大于2.0的主要城市的PM 2.5的值，这将直接威胁我们每一个人的生命和健康，甚至更高。
作为生活在室内环境中的人也受大气环境质量的影响，而且，还直接受特定的室内环境的影响，污染较为明显，生活状况不容乐观。室内空气污染的主要原因是污染程度不同的有害物质增加从而威胁人类健康，使人体会产生亚健康状态。建筑问题，家具问题，装饰等问题已成为室内环境污染的三大及其头疼的问题。
然而，室内环境污染是一个非常复杂的问题，由于对室内装饰，建材，技术且日常室内消费产生的误区，会造成室内空气质量（IAQ）下降，如灰尘颗粒，可以吸附微生物，灰尘颗粒，酵母装甲，苯，TVOC，氨等的空气质量的问题。
对于人类来说甲醛污染是非常流行的问题，现在对污染的问题人们更多是理解和关心。甲醛是配有刺鼻的酸易溶于水的无色气体。甲醛的主要来源来自日常生活中的一些现代装饰如：制成的片材，壁装饰，粘合剂等而材料的这些来源多年的释放。甲醛的危险是非常严重的，当它被人体经呼吸道吸收，它形成该疾病的特征是在人体具有慢性发展趋势，是导致各种健康问题的来源，也难以在固定短期的时间内产生，如果长期接触吸收，甚至会诱发癌症。甲醛的污染有许多来源，但主要是从室内环境建设，装修和家具的问题中产生，特别是在新装修的房子中，我国的甲醛污染控制标准是十年前所完成的，但是从现在的调查结果看来，中国每年都有许多新装修的房子出现不同程度的甲醛污染问题，且其污染程度都在65%以上。
另外，TVOC（挥发性有机化合物）也是一种室内空气污染物但它极其特殊，因为它是一种有机化合物，所以其传播范围很广，包括：苯，甲苯穆，二甲苯，乙烯，乙基苯，三氯院等。存在于浓度相当低的TVOC中，所以直接使用在室内空间中表示被确定检测处理的总量。同样地，它是室内装饰和材料的主要污染，实验表明，当在不同的类别中的化合物TVOC在室内空间中混合时，会产生极大的危险而有剧毒。不仅可以机造成机体的免疫功能下降和紊乱，又会使身体的神经系统损害，如头痛，头晕，四肢无力，胸闷等。更有甚会影响到人体器官功能和人体的消化系统，食欲不佳，消化功能的紊乱会使人迷失，还会导致器官和抗疾病能力的退化。 TVOC的危害会导致各种其他的问题并带来威胁生命健康的疾病。
室内环境污染问题是大大高于室外环境污染的，人们都在谈论这些问题，其广泛的资源和类型复杂的室内环境污染物和我们的个人生活和健康密切相关，它已经成为一个新的社会问题，室内环境污染这个恶症急需解决。
1.1.2国外空气净化器的现状及其发展
在别的国家，空气净化产品出现在16世纪初，有一个面具型的空气过滤器，它可以使烟雾，灰尘很有效率的被分离。18世纪时，莱昂纳多达芬奇发现浸泡精细编织的材料可以有效隔离毒性粉末，对采矿工程师采矿进行呼吸的保护，从而保护呼吸系统的健康。
空气净化器的原型来自消防。1823年，为了防止吸入烟雾和灰尘，约翰和查尔﹒斯迪恩发明了一种全新保护呼吸系统的装置。 1854年，约翰斯腾豪斯多次尝试后，发现木炭燃烧时可以吸收一些有害的物质。二战期间，美国政府为了使用放射性物质，从而需要保护呼吸系统的安全，保护科学家的研究环境，所以建立一个空气净化器，开发了一种名叫HEPA的新型过滤器，可以过滤掉大多数毒性颗粒物，此后，使用HEPA过滤器成为一种流行的趋势，空气净化方面也开始广泛利用这种技术。在20世纪80年代，类似现代空气净化器出现，并开始广泛使用在办公时和居家生活中。随着时代的发展，社会环境的变更，空气净化器的设计和改进的空气净化技术得以发展，越来越多类型的污染也经持续增加，空气净化器的净化效果也越来越明显。今天，空气净化器对任一传统的有害物质—花粉，灰尘和烟雾，还具有除臭杀菌，毒性气体的净化功能。
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