【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 83。迪恩發(fā)明了一種新型煙霧防護(hù)裝置，可使消防隊(duì)員在滅火時(shí)避免煙霧侵襲。1854 年，一個(gè)名叫約翰斯滕豪斯的人在前輩發(fā)明的基礎(chǔ)上又取得新進(jìn)展：通過(guò)數(shù)次嘗試，他了解到向空氣過(guò)濾器中加入木炭可從空氣中過(guò)濾出有害和有毒氣體。二戰(zhàn)期間，美國(guó)政府開(kāi)始進(jìn)行放射性物質(zhì)研究，他們需要研制出一種方式過(guò)濾出所有有害顆粒，以保持空氣清潔，使科學(xué)家可以呼吸，于是 HEPA 過(guò)濾器應(yīng)運(yùn)而生。在 20 世紀(jì)50、60 年代，HEPA 過(guò)濾器一度非常流行，很受防空洞設(shè)計(jì)和建設(shè)人員歡迎。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代，空氣凈化的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向空氣凈化方式，如家庭空氣凈化器。過(guò)去的過(guò)濾器在去除空氣中的惡臭、有毒化學(xué)品和有毒氣體方面非常好，但不能去除霉菌重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 孢子、病毒或細(xì)菌，而新的家庭和寫(xiě)字間用空氣凈化器，不僅能清潔空氣中的有毒氣體，還能凈化空氣，去除空氣中的細(xì)菌、病毒、灰塵、花粉、霉菌孢子等?，F(xiàn)在，空氣凈化器已經(jīng)有了多種不同的設(shè)計(jì)制作方式，并且每一次技術(shù)的變革都為人們室內(nèi)空氣品質(zhì)的改善帶來(lái)顯著效果。而這一切目的只有一個(gè)：希望能凈化室內(nèi)空氣來(lái)提高人們的生活質(zhì)量。目前市場(chǎng)上空氣凈化器大都主要構(gòu)成有：機(jī)箱外殼、過(guò)濾段、風(fēng)道設(shè)計(jì)、電機(jī)、電源、液晶顯示屏等。決定壽命的是電機(jī)，決定凈化效能的是過(guò)濾段，決定是否安靜的是風(fēng)道設(shè)計(jì)、機(jī)箱外殼、過(guò)濾段、電機(jī)。第三節(jié) 空氣凈化器的研究現(xiàn)況一、亞都空氣凈化器調(diào)研亞都空氣凈化器是以活性炭過(guò)濾網(wǎng)、HEPA 過(guò)濾網(wǎng)為技術(shù)特點(diǎn)的空氣凈化器。其風(fēng)格各異，整體來(lái)看，今年的產(chǎn)品趨于簡(jiǎn)約風(fēng)格，并添加了一些人機(jī)互動(dòng)的形式功能。其高端產(chǎn)品特點(diǎn)：材料趨勢(shì)以實(shí)木和金屬為主；造型采用有機(jī)形態(tài)；操作以界面顯示操作為主；給人的感受是造型獨(dú)特；整體特點(diǎn)：獨(dú)特的材質(zhì)和高性能。 圖 亞都裝修衛(wèi)士?jī)艋髌渲卸水a(chǎn)品的特點(diǎn)：材料趨勢(shì)以 ABS 和啞光噴漆為主；造型趨于簡(jiǎn)約；操作以實(shí)體按鍵加小顯示為主；給人的感受常規(guī)合理；整體特點(diǎn)：可以人機(jī)互動(dòng)。其低端產(chǎn)品特點(diǎn)：材料趨勢(shì)以 ABS 加圖案為主；造型采用硬朗的線條；操作以實(shí)體按重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 鍵、無(wú)界面為主；給人的感受是常規(guī)合理；整體特點(diǎn)：有一定的針對(duì)性主題和性價(jià)比。 適用場(chǎng)所:①新裝修的房子。相信很多剛裝修的房子的朋友都知道，房間裝修好以后，不能立即住進(jìn)去，因?yàn)槔锩婕兹┪廴痉浅?yán)重。大多情況下都是放置一個(gè)月才住進(jìn)去。其實(shí)這個(gè)時(shí)候可以用亞都空氣凈化器（） ，非常有用。②辦公室或公共場(chǎng)所。這些地方因?yàn)槿肆鞔螅闊煹瓤諝馕廴痉浅?yán)重，也比較適合安裝空氣凈化器。二、美的空氣凈化器調(diào)研美的空氣凈化器的整體造型簡(jiǎn)約，體量輕薄，性價(jià)比較高，以中低端產(chǎn)品為主，高端產(chǎn)品重視操作的便捷性，濾網(wǎng)的更換別致。其高端產(chǎn)品特點(diǎn)：材料趨勢(shì)以鋼化玻璃加圖案為主（見(jiàn)圖 ） ；造型簡(jiǎn)約有層次感；操作以界面顯示操作為主；給人的感受專(zhuān)業(yè)感強(qiáng)；整體特點(diǎn)：獨(dú)特的材質(zhì)和高性能。其中端產(chǎn)品的特點(diǎn)：材料趨勢(shì)以 ABS 加金屬漆為主；造型簡(jiǎn)約有層次感；主要采用實(shí)體按鈕或無(wú)顯示操作；給人的感受是超?。徽w特點(diǎn)：超薄。圖 美的空氣凈化器其低端產(chǎn)品特點(diǎn)：材料趨勢(shì)以 ABS 加高亮噴漆為主；造型簡(jiǎn)約加密集通風(fēng)隔柵；操作以界面顯示操作為主；給人的感受是使用；整體特點(diǎn)：材質(zhì)和高性能。三、遠(yuǎn)大空氣凈化器調(diào)研遠(yuǎn)大空氣凈化器（見(jiàn)圖 ）全線產(chǎn)品風(fēng)格統(tǒng)一均為金屬包裹密集網(wǎng)孔，表面光亮，汽車(chē)涂料。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 高中低端產(chǎn)品主要以性能和產(chǎn)品比例作為差異化，高端瘦高，中低端矮胖，均為小界面顯示。表面材料趨勢(shì):金屬外殼加汽車(chē)漆；造型：簡(jiǎn)潔幾何加密集網(wǎng)孔；操作：實(shí)體按鍵加小顯示；感受：專(zhuān)業(yè)感設(shè)備感強(qiáng)；特點(diǎn)：專(zhuān)業(yè)加色彩 DIY。圖 遠(yuǎn)大空氣進(jìn)化器 第四節(jié) 章節(jié)安排本文一共分為五章，分別介紹了空氣凈化器的系統(tǒng)概述、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真五個(gè)章節(jié)對(duì)空氣凈化器做了全面的介紹分析。詳細(xì)的介紹了空氣凈化系統(tǒng)的組成與設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的內(nèi)部硬件構(gòu)造和軟件程序，最后的系統(tǒng)仿真讓我們深刻理解空氣凈化系統(tǒng)的理論，理論聯(lián)系實(shí)際、強(qiáng)化動(dòng)手能力、訓(xùn)練創(chuàng)新思維。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)通過(guò)對(duì)現(xiàn)代人生活環(huán)境及方式的研究，從而發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，由于現(xiàn)代人在工作和生活方式的改變，越來(lái)越注重環(huán)境質(zhì)量，而隨著這種觀念的深入，空氣凈化器的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、研究、使用必將成為現(xiàn)代人所關(guān)注的問(wèn)題之一。而現(xiàn)今國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的產(chǎn)品造型過(guò)于單一，大多缺乏新意，產(chǎn)品之間相似度高，無(wú)法將形式與功能統(tǒng)一并且相融合，而且材料浪費(fèi)，二度污染的現(xiàn)象普遍存在。所以一款高效、節(jié)能、智能的空氣凈化器才是消費(fèi)者最終需求。因此，針對(duì)市場(chǎng)上這一普遍現(xiàn)象，本課題希望通過(guò)研討國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的設(shè)計(jì)并通過(guò)調(diào)研分析，在現(xiàn)有空氣凈化器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)與創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出便于使用的，功能相對(duì)完善一款產(chǎn)品。為豐富國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，為趕上外國(guó)先進(jìn)水平盡一份力。第二節(jié) 現(xiàn)代空氣凈化器弊端面對(duì)當(dāng)下霧霾重污染及裝修污染物肆虐的環(huán)境，為了呼吸健康，越來(lái)越多的人選擇通過(guò)購(gòu)買(mǎi)空氣凈化器來(lái)“搞好自己家的空氣環(huán)境” 。但空氣凈化器市場(chǎng)品類(lèi)繁多的，存在很大的弊端。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前空氣凈化器技術(shù)主要分為兩種，一種是我們比較熟悉的傳統(tǒng)過(guò)濾網(wǎng)型產(chǎn)品，需要定期更換濾網(wǎng)。另外一種是最新的逐漸受熱捧的無(wú)耗材產(chǎn)品。傳統(tǒng)濾網(wǎng)型空氣凈化器技術(shù)應(yīng)用的比較廣泛，研發(fā)成本低，占據(jù)大部分的市場(chǎng)份額。但傳統(tǒng)空氣凈化器在凈化時(shí)，會(huì)把不能分解污染物吸附在過(guò)濾網(wǎng)上，長(zhǎng)時(shí)間堆積飽和會(huì)再次釋放回到空氣中，造成二次污染危害健康。還有，傳統(tǒng)過(guò)濾網(wǎng)型產(chǎn)品存在后續(xù)維護(hù)成本高、不能分解甲醛、不能凈化超細(xì)微顆粒物等弊端，而且產(chǎn)品濾網(wǎng)壽命結(jié)束后，無(wú)法回收，只能作為垃圾處理，濾網(wǎng)普遍由 PP 熔噴纖維或者玻璃纖維構(gòu)成，掩埋后很難降解，容易對(duì)環(huán)境形成了二次污染。所 以 一 款 綠 色 、 節(jié) 能 、 智 能 、 清 新 持 久 的 凈 化 器 才 是 消 費(fèi) 者 的 最 終 需 求 。綜 合 上 述 因 素 空 氣 清 新 器 的 設(shè) 計(jì) 對(duì) 于 現(xiàn) 代 人 生 活 方 式 和 工 作 環(huán) 境 尤 為 重 要 。 因 此 ，在 本 次 設(shè) 計(jì) 中 將 使 用 環(huán) 境 問(wèn) 題 作 為 設(shè) 計(jì) 的 重 要 因 素 ， 將 環(huán) 境 與 形 態(tài) 設(shè) 計(jì) 更 好 的 融 合 。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第三節(jié) 本系統(tǒng)功能定位① 空 氣 凈 化 器 采 用 負(fù) 離 子 過(guò) 濾 技 術(shù) （ 負(fù)離子空氣凈化器：是一種利用自身產(chǎn)生的負(fù)離子對(duì)空氣進(jìn)行凈化、除塵、除味、滅菌的環(huán)境優(yōu)化電器，其與傳統(tǒng)的空氣凈化機(jī)的不同之處是以負(fù)離子作為作用因子，主動(dòng)出擊捕捉空氣中的有害物質(zhì)，而傳統(tǒng)的空氣凈化機(jī)是風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，利用濾網(wǎng)過(guò)濾粉塵來(lái)凈化空氣，稱(chēng)為被動(dòng)吸附過(guò)濾式的凈化原理，需要定期更換濾網(wǎng)，而負(fù)離子空氣凈化器則無(wú)需耗材） 。② 自 動(dòng) 識(shí) 別 空 氣 質(zhì) 量 并 啟 動(dòng) 凈 化 ， 讓 您 的 環(huán) 境 不 知 不 覺(jué) 中 得 到 凈 化 。③ 觸 控 指 示 燈 可 控 制 其 啟 動(dòng) 與 關(guān) 閉 節(jié) 能 環(huán) 保 。④ 人 機(jī) 界 面 簡(jiǎn) 單 易 懂 ， 把 操 作 做 到 最 簡(jiǎn) 化 ， 避 免 誤 操 作 。第四節(jié) 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)的智能空氣凈化系統(tǒng)可對(duì)室內(nèi)空氣中的粉塵、甲醛、CO2 等有毒有害氣體信息實(shí)時(shí)采集，利用過(guò)濾膜過(guò)濾室內(nèi)空氣中的顆粒狀污染物，利用紫外線的照射破壞致病體的DNA 結(jié)構(gòu)達(dá)到消毒滅菌的作用。系統(tǒng)啟動(dòng)分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式兩種，自動(dòng)模式中對(duì)有害氣體濃度凈化標(biāo)準(zhǔn)有一般、良好、優(yōu)質(zhì) 3 種標(biāo)準(zhǔn)，手動(dòng)模式中的 3 個(gè)電機(jī)分別運(yùn)行在低速、中速、高速 3 種狀態(tài)。一般標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)啟動(dòng)的是低速運(yùn)行的電機(jī)，依此類(lèi)推。自動(dòng)模式下用戶選擇凈化標(biāo)準(zhǔn)后即可實(shí)現(xiàn)凈化過(guò)程的自動(dòng)控制，手動(dòng)模式下用戶選擇啟動(dòng)某種轉(zhuǎn)速的電機(jī)，但當(dāng)凈化完成后還需其他手動(dòng)操作。在自動(dòng)模式凈化過(guò)程中，空氣中有毒有害氣體濃度低于或等于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，停止電機(jī)，高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)值下室內(nèi)空氣凈化過(guò)程的智能控制。在手動(dòng)模式凈化過(guò)程中，用戶可根據(jù)液晶屏顯示的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)選擇啟動(dòng)某種轉(zhuǎn)速的電機(jī)，但當(dāng)凈化完成時(shí)電機(jī)仍會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，需手動(dòng)關(guān)閉或切換其他轉(zhuǎn)速或模式。室內(nèi)空氣中粉塵或甲醛濃度持續(xù) 6h 超過(guò)某一設(shè)定值，液晶屏?xí)@示“清洗膜” ，提示用戶清洗或更換過(guò)濾膜。CO2 含量超過(guò)設(shè)定值時(shí)，液晶屏?xí)@示 “打開(kāi)窗戶” ，提示用戶開(kāi)窗。同時(shí)主控芯片通過(guò)紫外燈燈管信號(hào)反饋電路傳輸?shù)男盘?hào)判別紫外燈是否正常工作。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣凈化過(guò)程中的智能化控制，應(yīng)該提高系統(tǒng)的性能與可靠性，采用重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 C8051F020 做為控制核心芯片，系統(tǒng)主要包括氣體的傳感器陣列數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)與紫外燈驅(qū)動(dòng)控制模塊、紫外燈燈管信號(hào)反饋模塊、TFT 液晶觸摸顯示模塊、紅外遙控和蜂鳴器發(fā)聲裝置等。氣體的傳感器陣列有 DHT11 溫濕度傳感器、 DSM501 粉塵傳感器、 MG811 型 CO2 傳感器、 MQ138 甲醛氣體傳感器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 所示。C 8 0 5 1 F 0 2 0 單片機(jī)蜂鳴器紅外遙控模塊電源模塊氣體傳感器陣列3 . 2 寸 T F T 液晶觸摸顯示模塊燈管信號(hào)反饋模塊電機(jī)和紫外燈驅(qū)動(dòng)控制模塊圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章 硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) 單片機(jī)的選擇本文設(shè)計(jì)了一種基于 C8051F020 單片機(jī)的智能室內(nèi)空氣凈化系統(tǒng)。 C8051F020 是基于高速 8051 微控制器內(nèi)核、流水線指令的結(jié)構(gòu)，速度可到達(dá) 25Mindication /s，4352 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，64k 字節(jié)可以在線編輯的 flash 存儲(chǔ)器，外部 64 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口。內(nèi)部含有真正 12bit100 ksample /s 的八通道 ADC，真正 8 字節(jié) 500 ksample /s 的 8 通道ADC，均可以帶 PGA 和模擬的多路開(kāi)關(guān)，和 2 個(gè) 12 bit DAC。具有 8byte 寬的端口 I /O口，可以同時(shí)操作的硬件 SMBus( I2CTM 的兼容) ，SPITM 以及兩個(gè) UART 串口。可有 5 個(gè)通用的 16 bit 定時(shí)器，可編程的 16 bit 定時(shí)器陣列，有 5 個(gè)可捕捉模塊。與舊版的 51 系列單片機(jī)相比，在相同成本的情況下，可靠性和速度得到了很大提高。C8051F020 單片機(jī)的引腳配置如圖 所示：圖 C8051F020 單片機(jī)引腳配置圖重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第二節(jié) 單片機(jī)的引腳介紹C8051F020 單片機(jī)內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏輯單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復(fù)雜指令集微處理器高10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。其引腳圖的功能概述如表 所示：表 C8051F020 單片機(jī)引腳功能概述 引腳 說(shuō)明VCC 數(shù)字電路的電源GND 地端口A(PA7..PA0)端口 A 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流端口B(PB7..PB0)端口 B 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流端口C(PC7..PC0)端口 C 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流端口D(PD7..PD0)端口 D 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流端口E(PE7..PE0)端口 E 為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流端口F(PF7..PF0)端口 F 為 ADC 的模擬輸入引腳。如果不作為 ADC 的模擬輸入，端口 F 可以作為 8 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流端口G(PG4..PG0)端口 G 為 5 位雙向 I/O 口，并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流RESET 復(fù)位輸入引腳。超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。低于此時(shí)間的脈沖不能保證可靠復(fù)位XTAL1 反向振蕩器放大器及片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入XTAL2 反向振蕩器放大器的輸出AVCC AVCC 為端口 F 以及 ADC 轉(zhuǎn)換器的電源，需要與 VCC 相連接，即使沒(méi)有使用 ADC 也應(yīng)該如此。使用 ADC 時(shí)應(yīng)該通過(guò)一個(gè)低通濾波器與 VCC 連接AREF AREF 為 ADC 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳PEN PEN 是 SPI 串行下載的使能引腳。在上電復(fù)位時(shí)保持 PEN 為低電平將使器件進(jìn)入 SPI 串行下載模式。在正常工作過(guò)程中 PEN 引腳沒(méi)有其他功能重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三節(jié) 氣體質(zhì)量檢測(cè)一、檢測(cè)氣體的選擇在干潔的大氣中，衡量氣體的組成是微不足道的。但是在一定范圍的大氣中，出現(xiàn)了原來(lái)沒(méi)有的微量物質(zhì)，其數(shù)量和持續(xù)時(shí)間，都有可能對(duì)人、動(dòng)物、植物及物