【正文】 uch screen control, gear selection, switch setting, wireless munication are realized． Key Words STM32Singlechip Air Cleaner LCD Laser Sensor Touch Screen Control 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 Ⅰ 頁 共 Ⅱ 頁 目 錄 1 引言 ................................................................... 1 課題研究背景及意義 ................................................... 1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ....................................................... 1 課題主要工作 ......................................................... 3 2 控制器方案設(shè)計 ......................................................... 4 控制器總體方案設(shè)計 ................................................... 4 方案論證對比 ......................................................... 4 3 控制器硬件電路設(shè)計 ..................................................... 7 單片機控制電路設(shè)計 ................................................... 7 顯示電路設(shè)計 ......................................................... 9 驅(qū)動電路設(shè)計 ........................................................ 12 按鍵電路設(shè)計 ........................................................ 13 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計 .................................................... 13 4 控制器軟件設(shè)計 ....................................................... 16 主程序設(shè)計 .......................................................... 16 顯示子程序設(shè)計 ...................................................... 16 PWM 輸出子程序設(shè)計 .................................................. 22 數(shù)據(jù)采集程 序設(shè)計 .................................................... 23 上位機程序設(shè)計 ...................................................... 27 其它子程序設(shè)計 ...................................................... 27 5 試驗與調(diào)試 ............................................................ 30 DHT11 溫濕度傳感器試驗與調(diào)試 ........................................ 30 SDS011 激光傳感器試驗與調(diào)試 ......................................... 30 上位機控制器試驗與調(diào)試 .............................................. 31 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 Ⅱ 頁 共 Ⅱ 頁 試驗與調(diào)試 .......................................................... 32 結(jié)論 ..................................................................... 38 致謝 ..................................................................... 39 參考文獻(xiàn) ................................................................. 40 附錄 A ：空氣凈化器主電路原理圖 .......................................... 41 附錄 B ：下位機 C語言主程序 .............................................. 42 附錄 C ：上位機 C語言主程序 .............................................. 44 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 1 頁 共 45 頁 1 引言 課題研究背景及意義 如今，在社會快速發(fā)展進(jìn)步的同時，空氣的污染狀況也在日益加劇。其主要來自于大自然的天然產(chǎn)生和人類的實踐活動。人類活動的污染主要表現(xiàn)在汽車尾氣排放、煤炭發(fā)電廠、吸煙等社會活動。所以，檢測出室內(nèi) 濃度并進(jìn)行有效的治理直接關(guān)系到人們的生活水平與身心健康。其中，空氣凈化器使得這一問題得以解決?？諝鈨艋骺梢詫κ覂?nèi)多種氣體污染和灰塵顆粒等懸浮物進(jìn)行有效的處理，通過機內(nèi)的通風(fēng)裝置使室內(nèi)空氣循環(huán)流動，讓空氣得以凈化。 國內(nèi)外發(fā) 展?fàn)顩r 近年來，受空氣污染的影響，空氣凈化技術(shù)蓬勃發(fā)展。目前，在市場上主流的凈化空氣方法主要有：源控制、通風(fēng)和空氣凈化。雖然控制效果不錯，但其成本也著實不低?？諝鈨艋侵咐梦锢砘蚧瘜W(xué)等手段對空氣中污染物進(jìn)行吸附過濾等處理。 早 在上世紀(jì)七、八十年代，國外空氣凈化器已有了發(fā)展，歐、美等發(fā)達(dá)國家在空氣污染方面已經(jīng)有了較深的研究，尤其是對有害物體的治理有了相當(dāng)大的改善。在日本，由于特定的大氣環(huán)境，在每年的春秋到來之際，花粉過敏者不計其數(shù)，因此，空氣凈化技術(shù)蓬勃發(fā)展。目前，隨著智能時代的快速到來，夏普、松下等國際品牌也加入其中。一到夏季，室內(nèi)由于寵物掉落的毛發(fā)增多而使空氣受到嚴(yán)重的污 染。因此，這一現(xiàn)象迫使其空氣凈化裝置的發(fā)展。在我國，由于抗日戰(zhàn)爭的緣故，起步相對較晚，直至改革開放，我國科技才有了初步的進(jìn)展。 無論在國外亦或在國內(nèi)，室內(nèi)空氣凈化器是實現(xiàn)空氣凈化的最直接、便捷的儀器，盡管各國發(fā)展歷程不盡相似，但從目前來看，空氣凈化器產(chǎn)品主要有以下幾種：機械過濾式凈化器、機 械過濾吸附式凈化器、靜電式凈化器、負(fù)離子凈化器 [21]、紫外光空氣凈化器等。 機械過濾吸附式凈化器，分別采用不同的凈化機理取出顆粒污染物和氣態(tài)污染物，這種凈化器將普通空氣過濾技術(shù)與活性炭吸附技術(shù)結(jié)合起來，總體上改善了凈化性能，但活性炭存在吸附飽和狀態(tài)，比較麻煩，因而沒有得到廣泛應(yīng)用。 負(fù)離子凈化器，負(fù)離子凈化器是目前被廣泛使用的一種凈化器，通過強電場產(chǎn)生負(fù)離子與顆粒污染物結(jié)合形成“重離子”，沉降或吸附在物體表面，并能殺滅細(xì)菌，凈化效果良好，但是，這種空氣凈化器同樣能產(chǎn)生臭氧，造成二次污染。 無論如何，雖然各國空氣凈化器發(fā)展均有不同，但總體來說，凈化器種類正趨向于自動化、人性化、智能化等方向發(fā)展。本文將以凈化空氣中 ，設(shè)計一種功能強大、操作方便、凈化效果良好的空氣凈化器。主要工作包括： （ 1） 對比了國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)人們?nèi)粘Ｉ畹男枨?，提出了本課題的總體 設(shè)計方案及功能模塊的選擇。 （ 2） 完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。 （ 3） 完成了系統(tǒng)的軟件程序及界面設(shè)計。 （ 4） 對設(shè)計的控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測試。經(jīng)分析試驗結(jié)果可知，本課題設(shè)計的空氣凈化器滿足實際工作的要求。系統(tǒng)總體方案如圖 所示 。結(jié)合傳感器、顯示器、驅(qū)動器以及無線收發(fā)器等重要部件共同完成了控制系統(tǒng)所要求的功能。 具有良好的節(jié)能效果和人機交互界面。 方案論證對比 控制模塊方案對比 方案一：選取 STC12 系列單片機作為主控芯片 STC12 系列單片機是一種工作方式與 51系類相仿，但功能略強的一款高速處理型單片機。它的 36個通用 I/O 口可通過程序設(shè)置成四種輸入輸出模式。擁有 PCA 高速輸出功能，處理速度比 51 系列單片機快上許多。因此，此芯片在本設(shè)計中有些力不從 心。 方案二：選取 STM32 系列單片機作為主控芯片 STM32 系列單片機 工作時 最高頻率 可達(dá) 72MHZ，是 STC12 系列 單片機的 672倍。而且，該芯片內(nèi)部含有 RTC 時鐘電路，在外部有電源供電的情況下能利用系統(tǒng)內(nèi)滴答定時器連續(xù)不斷地計時。 該芯片不僅有高速的處理速度，而且擁有眾多的板載資源，功能十分強大。串行通訊端口使得其在讀取 傳感器數(shù)據(jù)的同時能 通過另外串口 將數(shù)據(jù)快速傳送至上位機。 綜上所述，本設(shè)計選取 STM32 系列單片機作為主控芯片。既可以用來顯示字符，又可以通過中文 字庫顯示漢字。 方案二： 選取 TFT_LCD 液晶作為顯示模塊 TFT_LCD 液晶屏幕分辨率為 320 240， 16 位真彩顯示，可人為改變字體的顏色和大小 [1617]。雖然控制方式較復(fù)雜，但獨特的優(yōu)勢和方便的操作使得其滿足本設(shè)計的要求。 驅(qū)動模塊方案對比 方案 一：選取 L298N 作為驅(qū)動模塊 L298N 電機驅(qū)動模塊能將輸入電壓通過 PWM控制的方式實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)輸出。該模塊工作電流相對較大，因此，需安裝散熱片進(jìn)行散熱處理。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 6 頁 共 45 頁 方案二：選取 LM2596 作為驅(qū)動模塊 LM2596 模塊能實現(xiàn)降壓的功能，體積相對較小，擁有大電容濾波電路。但此模塊只能通過手動按鈕進(jìn)行降壓調(diào)節(jié)，若要通過電子進(jìn)行調(diào)節(jié)電壓的輸出，需要增加其他控制電路，比較繁瑣。 傳感器模塊方案對比 方案一：選取 GP2Y1014AU 粉塵傳感器 該模塊為夏普公司生產(chǎn)的一種粉塵煙霧傳感器，能檢測出非常細(xì)微的顆粒。模塊中心有一可供氣體流通的圓孔，使測量空氣自由流通。雖然價格相對比較便宜，但對 等微小顆粒的檢測不是很敏感，對本設(shè)計有一定的影響。該 傳感器操作方便，通過串行通訊按照一定波特率即可將十六進(jìn)制數(shù)據(jù)讀出，在單片機中簡單轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制即可。 綜上所述，本設(shè)計選取 SDS011 型激光 傳感器。一個性能良好的控制芯片對整個系統(tǒng)來說至關(guān)重要 [10]。該芯片性能強勁， 工作頻率高， 72MHz 的工作頻率使得整個控制過程獲得更高的處理速度。其結(jié)構(gòu)如圖 所示。其往往還需要外部時鐘、復(fù)位、隔離等單元電路才能工作。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 8 頁 共 45 頁 圖 單片機硬件電路 其中， 晶振 Y1 為 ，提供外部低速時鐘，在斷電的情況下通過外接 CR1120紐扣電池為 RTC 實時時鐘電路供電，使得其計時準(zhǔn)確；晶振 Y2 為 8MHz，提供高速外部時鐘。 復(fù)位電路如圖 所示。常用的顯示有 LED、LCD 等方式，根據(jù)對市面上顯示器的對比， TFT_LCD 顯示出獨特的優(yōu)勢，它不僅具有良好的畫質(zhì)，而且還可以設(shè)置成觸控模式，方便用戶操作。 圖 TFT_LCD液晶硬件連接圖 圖中 PF PF PF PB2用來實現(xiàn)對液晶觸摸屏的控制，而 PB0 控制 LCD 的背光。我們在市面上所見的觸摸屏最多為電阻式，而 TFT_LCD 自帶的觸摸功能也屬于電阻式觸摸屏。 ILI9320 芯片自帶顯存，擁有 16 位 數(shù)據(jù)線，可以控制液晶顯示內(nèi)容字體的大小、顏色、顯示方向、顯示區(qū) 域等 [19]，使顯示功能變得簡單易懂。 本設(shè)計中 采用 XPT2046 轉(zhuǎn)換芯片，其原理框圖如圖 所示。 當(dāng)控制觸摸屏?xí)r，可將其設(shè)置為差分模式， 可有效消除外部干擾和寄生電阻帶來的測量誤差，使轉(zhuǎn)換精度更高 [4]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 11 頁 共 45 頁 圖 XPT2046典型應(yīng)用電路圖 數(shù)據(jù)存儲芯片設(shè)計 在初始化觸控屏?xí)r需要將采集的觸控點通過 I2C總線傳送到存儲芯片上，為下次初始化時免去繁瑣的校準(zhǔn)程序。該芯片為 2K的串行 EEPROM，可存儲 256 個 8位字節(jié)。 圖 24C02硬件連接圖 其管腳功能如表 。 SCL 為串行時鐘引腳，為傳送數(shù)據(jù)提供時序，與單片機