基于51单片机的空气净化机的设计

0 引言
随着工业和社会的发展，全球空气污染很严重，人类健康正面临着“室内空气污染”的威胁。因此，人们需要专门的空气净化装置一空气净化机。空气净化机发展至今，先后经历了两代产品。第一代产品采用物理方法，即通过过滤、吸附、磁化、负离子等消除烟尘，其缺点在于无法消除由异味、病原菌、*、微生物等造成的污染。第二代产品利用化学反应产生臭氧负离子来净化空气，但是臭氧有令人难以容忍的刺鼻味道，并且臭氧作为强氧化剂对人体有一定的伤害。国内目前大量使用的空气净化机是以砍伐木材为代价，生产特殊纸张做成过滤器，给生态环境造成很大破坏，也增加了消费成本。若过滤器未能及时更换，空气净化机不仅无法实现空气净化功能，而且本身成为污染源，造成二次污染。本文介绍基于51单片机的智能高效空气净化机属环保节能、高科技、经济型产品。

　　1 总体设计

　　1．1 高压静电除尘原理

　　高压静电除尘是根据静电荷的异性相吸、同性相斥的原理，利用静电力将空气中带电粉尘吸附沉降下来，以达到除尘的目的。

　　含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线(又称电差模电感器晕极)和接地的阳极板之问所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，此时，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，则使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，到达阳极后，放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，从而得到净化的气体。

　　1．2 空气净化机的总体设计框图

　　空气净化机的总体设计框图如图1所示。51单片机控制各部件工作，当本空气净化机工作时，风速发生器开始转动，被污染的空气从进风口进入净化机，经过层层净化后，最终变成清新的空气从出风口流出。

　　前过滤器可以滤除空气中的大颗粒，包括大颗粒灰尘、绒毛及毛发等；高压静电除尘单元的作用是吸附空气中的细小颗粒，如烟smd功率电感器雾、花粉、细菌、*等；异味吸收器用来吸收常见的室内异味及化学气体，带来令人愉悦的洁净空气；风速发生器有高、中、低风三种工作模式，可以根据具体的需求对风速进行调整；负离子发生器能够释放负离子，使空气更清新怡人。

　　操作按键可以实现空气净化机的开、关，及对空气净化机的工作模式进行调整，指示灯则会指明空气净化机当前的工作状态；还可以根据需要点亮夜光灯，照亮居室。

　　为了防止空气的二次污染，应分别对高压静电除尘单元和异味吸收器进行定期的清洗或更换。高压静电除尘单元每两周用自来水清洗一次，异味吸收器一年更换一次。清洗和更换的时问由单片机预先设定，机器运行时间满两周或一年时，相应的指示灯被点亮并发出警报声，提醒人们清洗高压静电除尘单元或者更换异味吸收器。清洗或者更换完成后，可以操作按键，使单片机重新计时。

　　2 电路设计

　　2．1 单片机的选择

　　单片机采用silicon Laboratories 公司的C8051F310，它是一种完全集成的混合信号片上系统型MCU芯片，内部主要集成了SMBus／IIC、增强型UART和SPI串行接口、单端／差分ADC、高精度可编程的内部时钟振荡器、VDD监视器、内部上电复位模块、捕捉／比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器／定时器阵列(PCA) 等功能部件。C8051F310使用Silicon La模压电感boratories专利的高速CIP-51微控制器内核，70％的指令执行时间为一个或者两个系统时钟周期；工作电压为2．7～3共模电感器．6V，典型工作电流为5mA，功耗比较低。另外，此单片机还具有16kB可在系统编程的FLASH存储器，可用于非易失性数据存储。

　　2．2 单片机控制电路

　　单片机控制电路的结构框图如图2所示。

　　P1．x~P3．x是单片机的普通I／O端口，各端口可承受的最大电压为5V。为了减少干扰，应将暂时不用的引脚接地。

　　单片机接受从按键电路发来的指示信号，分析处理后，向风速调整电路、状态指示灯电路和其他电路发送控制信号，以实现空气净化机工作状态的改变。