【正文】 合肥學院單片機設計 1 X X 學院 《單片機原理與應用》 課程論文 課 程 論 文 題 目 基于單片機的空氣凈化機的設計 院系名稱 專 業(yè) （ 班 級 ） 計算機科學與技術(shù)專業(yè) 姓 名 （ 學 號 ） 指導教師 2022年 5 月 日 合肥學院單片機設計 2 一．緒論 空氣凈化器具有濾去塵埃、消除異味及有害氣體、雙重滅菌、釋放負離子等功能。它通過電機使室內(nèi)空氣循環(huán)流動，被污染的空氣通過機內(nèi)的空氣過濾器后將各種污染物清除或吸附，然后經(jīng)過裝在出風口的負離子發(fā)生器，將空氣不斷電離，產(chǎn)生大量負離子，被微風送出，形成負離子氣流 ，達到清潔、凈化空氣的目的。 目前， 國內(nèi)外空氣凈化器產(chǎn)品普遍采用的凈化技術(shù) 主要有： 紫外線凈化、光 觸媒 凈化、等離子體凈化、過濾凈化 （ HEPA）、靜電集塵、吸附凈化、負離子凈化、臭氧凈化、分子絡合、 HIMOP 快速凈化等方法。 高壓靜電除塵是根據(jù)靜電荷的異性相吸、同性相斥的原理，利用靜電力將空氣中帶電粉塵吸附沉降下來，以達到除塵的目的 。通過該原理設計一款空氣凈化機從而取代物理除塵和臭氧除塵。 二．原理 高壓靜電除塵是根據(jù)靜電荷的異性相吸、同性相斥的原理，利用靜電力將空氣 中帶電粉塵吸附沉降下來，以達到除塵的目的。 含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線 (又稱電暈極 )和接地的陽極板之問所形成的高壓電場通過時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽極板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，從而得到凈化的氣體。該技術(shù)只對顆粒物等大粒子氣體有效果，主要用于除塵 。 圖 11靜電除塵器的工作原理圖 合肥學院單片機設計 3 三．硬件設計 如圖 32 所示是設計中熱敏電阻測量原理電路，由電源、電阻電橋、運放和輸出四部分組成。電源部分包括 R R C U1B。 R R6為分壓電路， C1主要濾除 Vcc 中的紋波， U1B 為 LM324 運算放大器，工作于電壓更隨方式，其特點是輸入阻抗高、輸出阻抗低，為后級電橋提供穩(wěn)定的電流。電橋由 R R R R13組成，當外界溫度發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié) R13使電路產(chǎn)生補償電壓，屬于電位補償。運放電路由 R R R R10及 U1A組成，這是一種靈敏度較高的電橋放大電路，放大倍數(shù)由 R9/R8得到。輸出電阻由 R R1 R1 D1組成，調(diào)節(jié) R14可以調(diào)整輸出電壓幅度。 D1主要用于防止輸出負電壓，保護后級 A/D電路。 圖 32 信號采集電路 顯示器 鍵盤 時鐘電路 復位電路 電源 AT89S51 單 片 機 A/D轉(zhuǎn)換器 放大電路 外部控制電路 傳感器采集信號 圖 31 主電路圖框圖 合肥學院單片機設計 4 如何進行復位呢？只要在單片機 的 RST 引腳上加上高電平，就可以了，復位時間不少于 5ms。為了達到這個要求，需要在外部設計復位電路。 復位電路的實現(xiàn)可以用多種方法，但是從功能上一般分為兩種：一種是電源復位，即外部的復位電路在系統(tǒng)通上電源之后直接使單片機工作，單片機的起停通過電源控制 。另一種方法是在復位電路中設計按鍵開關(guān)，通過按鍵開關(guān)觸發(fā)復位電平控制單片機的復位。 從原理上說，一般采用高電復位電路。這種復位電路的工作原理是：通電時，電容兩端相當于短路，于是 RST 引腳上為高電平，然后電源通過電阻對電容充電， RST 端電壓慢慢下降，降到一定程序， 即為低電平，單片機開始正常工作。 圖 33 單片機的復位電路 （ 1）顯示選用的是共陰極七段碼 LED 數(shù)碼管顯示。 abfcgdeD PY1234567abcdefg8 dpdp00D S 1. ... 圖 34 共陰極七段碼 LED 數(shù)碼管芯片引腳 在該設計中采用的 LED 數(shù)碼管用的是共陰極接法，其中 LED 的 1～ 8 號引腳分別接芯片74LS164 的 A～ H 引腳，用 LED 數(shù)碼管實現(xiàn)數(shù)字顯示。 合肥學院單片機設計 5 圖 35 單片機的顯示和鍵盤連接圖 （ 2）用 AT89S51 單片機芯片串行口的方式 0 的輸出方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，構(gòu)成鍵盤和顯示器接口，其硬件接口如圖 35（圖中只 畫出三位 LED 靜態(tài)顯示和16 個按鍵，根據(jù)需要可以擴展）。采用靜態(tài)顯示，軟件設計比較簡單，節(jié)約 CPU 的資源。 1． AT89S5 單片機芯片引腳功能說明 （ 1）主電源引腳 Vss 和 Vcc ① Vss 接地 。 ② Vcc 正常操作時為 +5 伏電源 。 合肥學院單片機設計 6 圖 36 AT89S51 芯片引腳圖 （ 2）控制或與其它電源復用引腳 RST/VPD， ALE/PROG 和 EA/Vpp。 ① RST/VPD 當振蕩器運行時 ， 在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變） ， 將使單片機復位 。 在 Vcc 掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 VPD 向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)。 ② ALE/PROG 正常操作時 ALE 的 功能 是 （允許地址鎖存）提供 并把 地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器， ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器的頻率）周期性地 發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖， ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個 LSTTL 電路 。 對于 EPROM 型單片機，在 EPROM 編程期間，此引腳接收編程脈沖（功能） 。 ③ 外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動八 LSTTL 輸入。 ④ EA/Vpp 為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當 EA/Vpp 為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當 EA/Vpp 為低電平 時，則訪問外部程序存儲器。對于 EPROM 型單片機，在 EPROM 編程期間，此引腳上加 EPROM 編程電源 12V（ Vpp）。 （ 1） A/D 轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0809 簡介。 8 路模擬信號的分時采集，片內(nèi)有 8 路模擬選通開關(guān)，以及相應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時間為 100μ s 左右。 ADC0809 的引腳圖如圖 37 所示。 合肥學院單片機設計 7 圖 37ADC0809 引腳圖 圖中多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用一個 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成 表 31 通道選擇表 C B A 被選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 對 A、 B、 C 3 個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài) 輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。 合肥學院單片機設計 8 （ 2） .信號引腳 ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖 39 所示。 對 ADC0809 主要信號引腳的功能說明如下： IN7～ IN0— 模擬量輸入通道。 ALE— 地址鎖存允許信號。對應 ALE 上跳沿， A、 B、 C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START— 轉(zhuǎn)換啟動信號。 START 上升沿時，復位 ADC0809； START 下降沿時啟動芯片，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應保持低電平。本信號有時簡寫為 ST。 ADDB ADDC ADDA VCC GND IN0 IN4 IN2 IN6 IN1 IN7 IN3 IN5 ALE 8 位 模 擬 開 關(guān) 地址鎖存與 譯碼 EOC OE A/D 轉(zhuǎn) 換 器 DO D1 D2 D3 D4 D7 D6 D5 三態(tài) 輸出 鎖存 緩沖器 圖 38ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) CLK SCTAR 合肥學院單片機設計 9 圖 39ADC0809 引腳圖 A、 B、 C— 地址線。通道端口選擇線， A 為低地址， C 為高地址，引腳圖中為 ADDA， ADDB和 ADDC。其地址 狀態(tài)與通道對應關(guān)系見表 31。 CLK— 時鐘信號。 DC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時鐘信號。 EOC— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。 D7～ D0— 數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。 D0 為最低位， D7 為最高。 OE— 輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻； OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc— 電源。 Vref— 參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V)。 （ 3）、 AT89S51單片機與 ADC0809的接口 電路連接主要涉及兩個問題。一是 8 路模擬信號通道的選擇，二是 A/D 轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。 如圖 311 所示模擬通道選擇信號 A、 B、 C 分別接最低三位地址 A0、 A A2 即（ 、 、），而地址鎖存允許信號 ALE 由 ，則 8 路模擬通道的地址為 0FEF8H～ 外，通道地址選擇以 作寫選通信號，這一部分電路連接如圖 312 所示。 合肥學院單片機設計 10 從圖中可以看到，把 ALE 信號與 START 信號接在一起了，這樣連接使得在信號的前沿寫入（鎖存）通道地址，緊接著在其后沿就啟動轉(zhuǎn)換。 啟動 A/D 轉(zhuǎn)換只需要一條 MOVX 指令。在此之前，要將 的通道好像對應的口地址送入數(shù)據(jù)指針 DPTR 中。例如要選擇 IN0 通道時，可采用如下兩條指令，即可啟動 A/D 轉(zhuǎn)換： MOV DPTR , FE00H ；送入 0809 的口地址 MOVX @DPTR , A ；啟動 A/D 轉(zhuǎn)換（ IN0） 注意：此處的 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換無關(guān)，可為任意值。 ALE AT89S51 INT WR RD amp。 ≥ A0～ A7 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 IN0 CLK A B C D0 ︱ D7 EOC ADC0809 ST ALE OE 74LS373 圖 310 ADC0809 與 AT89S51 的連接 合肥學院單片機設計 11 371 設計中所選擇的控制電機轉(zhuǎn)速的方法 在設計中使用的是調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速來控制燃料的進給量，從而控制燃料產(chǎn)生的煙塵的溫度，使得靜電除塵器所在環(huán)境的溫度達到控制，從而可以使靜電除塵器在合適的溫度下工作，也提高了工作的效率。在設計中使用的電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的方法為轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速法。設計中的控制方法使用的是 PID 控制方法。 372 電機的調(diào)速方法 （ 1） 普通三相鼠籠式。這種電機只能通過變頻器改變電源頻率和電壓調(diào)速（ F/U)。 （ 2） 三相繞線式電機，可以通過改變串接在轉(zhuǎn)子線圈上的電阻改變電機的機械特性達到調(diào)速的目的。這種方式常 用在吊車上。長時間工作 大功率的繞線式電機調(diào)速不用電阻串接，因為電阻會消耗大量的電能。通常是串可控硅，通過控制可控硅的導通角控制電流。相當于改變回路中的電阻 ALE START A/D 啟動 地址鎖存 寄存器清“ 0” 圖 312 信號的時間配合 A0 A1 A2 amp。 A B C ALE START 圖 311 ADC0809 的驅(qū)動 合肥學院單片機設計 12 達到