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本系統采用了STC89C52為系統的微處理器控制晶片，通過負離子空氣淨化器實作對室内空氣殺菌、去除有害氣體、保持空氣清新等功能，進而達到提高室内空氣品質的目的。系統整體采用了子產品化的設計思想，依次對各子產品進行了軟硬體設計，然後将各子產品整合到一起進行總體調試，最後實作淨化功能。
本文主要任務是設計出一款基于單片機的微型負離子空氣淨化器，并采用了子產品化思想，此系統主要包括：電源轉化子產品、資料采集子產品、淨化子產品、顯示輸出子產品與其它外圍電路子產品。
1、電源轉化子產品：本系統主要采用的51系列單片機，電源為DC5V，同時由于傳感器需DC5V電源，是以，本系統的電源子產品，主要由锂電池作為輸入電源，通過LM7809、LM7805兩個晶片進行穩壓，通過濾波獲得DC5V、DC5V直流電，以友善提供各個元器件的供電需求；
2、傳感器子產品：本系統采用MQ-2氣敏傳感器和PM2.5灰塵傳感器，采集室内空氣品質資訊，通過對MQ-2傳感器和PM2.5灰塵傳感器的組成、特征分析，通過51單片機的接口電路，将其與單片機相連，将傳感器的輸入信号進行有效的資料處理，然後控制輸出子產品的相應功能。
3、風扇控制子產品：風扇電機選用了直流電機，由于風扇電機電壓需求單片機輸出電壓較大，是以不能直接采用單片機驅動，由繼電器對整個風扇控制子產品進行驅動，單片機輸出控制指令，控制風扇的通斷與轉速；
4、負離子發生器子產品：該子產品能夠釋放負離子，負離子具有降塵、去異味、殺菌等作用，本文使用負離子發生器是成品，再對系統的接口和電源電路進行設計，通過單片機對其進行控制；
5、液晶顯示子產品：系統采用LCD12864液晶顯示器來顯示系統的工作狀态等資訊，包括了工作狀态、氣體濃度等，而負離子發生器，LCD12864液晶顯示擁有相應的産品說明，是以僅僅需要設計好它與STC89C52的接口電路即可，除此之外都可以運用軟體程式設計來實作；
6、A/D轉換子產品：将氣體傳感器傳出的信号傳輸給單片機；
整體設計框圖
MQ-2屬于MQ系列半導體氣敏電阻傳感器的一種，它具有對被測氣體高敏感度的特點，并能夠直接與單片機進行相連，這種傳感器所占空間較小，友善我們實作空氣淨化裝置的微型化，外部共有六個引腳，其中四個用于信号取出，兩個用于提供加熱電流。
本設計選用的另一種傳感器是夏普GP2Y1010AUOP型号PM2.5傳感器，該傳感器可以檢測0.8um以上的顆粒物，是目前檢測時間最短的檢測器件，與以往的檢測器相比，該傳感器體積小，具有基本免維護、成本低廉的優點。
在風機的配合下，将大氣中的灰塵顆粒進行差別，分離器将包含少部分粒子的顆粒過濾出去，被分離出來的顆粒通過PM2.5灰塵傳感器的檢測部分進行檢測。
當傳感器工作時，在紅外發光管的照射的區域，PM2.5粒子将光子散射到光敏二極管檢測區域，引起光敏二極管反向電流的變化，該變化通過放大器的處理，最終在輸出端口上輸出模拟電壓信号，粒子散出的散射光的強度與其品質濃度成正比，是以由輸出的模拟電壓信号即可求得PM2.5粒子的品質濃度。
空氣中濃度與傳感器輸出模拟電壓峰值的關系(3.4)和(3.5)：
其中，為PM2.5的濃度，機關為mg/；為輸出電壓，為基準電壓，機關均為mV。
AD轉換電路
選用的是PCF8591轉換器，PCF8591包含4個模拟輸入、1個模拟輸出和1個串行總線接口。PCF8591上的位址引腳能夠實作硬體位址程式設計，在同一個總線上能夠連接配接8個PCF8591器件，而不需要其它的硬體設施。PCF8591器件上的，例如控制信号、輸入輸出的位址、資料信号全都可以由串行連接配接的形式進行傳輸。PCF8591的最大轉化速率由總線決定。
PCF8591的A/D轉換器是使用總線的識别方式進行的，然後各自采集上一個資料，當 A/D轉換的操作完成的時候，它首先發送一個非應答的信号A，再發送一個結束的信号P來進行提示作用。當上電複位後控制位元組狀态為00H的時候， A/D轉換需要對其它的控制字元進行相應的配置，在這個時候我們需要在讀操作進行之前，完成相應控制字元的寫操作。
PCF8591的A/D轉換電路圖
風扇控制電路
首先根據整體的設計方案，我們的空氣淨化器所占的空間要相對較小，是以體積和低功耗是我們首先要考慮的因素。而我們選擇的該直流風機具有控制簡單、功耗低、便于安裝、價格便宜等特點。風機其各項名額為：額定工作電壓為24V，工作電流為0.08A，功率約2W左右。
風扇控制子產品電路圖
負離子發生器電路
負離子發生器的主要功能是釋放負離子，負離子發生器主要是将輸入的交流或直流電通過EMI、雷擊保護電路進行處理，然後通過脈沖式電路、高低壓隔離等方式形成高壓交流電，它能夠利用此功能的粒子通過濾波的方式進而達到擷取直流高壓電的目的，當其與金屬物質相連接配接的時候，進而産生了大量的電子，然而電子在空氣中的存活時間很短，是以電子很快會被空氣中的氧分子氧化，于是便形成了空氣負離子。
負離子發生器組成圖
主程式設計
系統通電後，第一步要對系統的參數進行初始化，第二步對端口的位址進行配置，讀取兩個傳感器的資料采集信号後，點亮液晶顯示器，讓它進行工作；然後，單片機判斷室内空氣品質是否達标，若未達标，那麼直接進入到系統的淨化子產品，開啟風扇和負離子發生器，淨化室内空氣，直至室内的空氣品質達标；若達标繼續檢測資料，如此循環下去，直至系統斷電，停止工作。
資料采集程式設計
控制系統選用MQ-2氣體傳感器，能夠檢測空氣中污染物的濃度，由本文節中的介紹可知，資料采集子產品由微處理器端口控制通斷，友善我們用來采集 ADC 模拟信号，端口采集到的信号的電壓往往會值随着傳感器檢測到的空氣品質變化而變化，是以，我們需要對采樣來的信号的電壓變化範圍和幅度來判斷室内的空氣品質。在軟體設計中定義了 ADC 參數對空氣的品質進行一定程度上的判别，然後和PM2.5檢測到的氣體濃度一起當做淨化空氣的依據，檢測到的結果會在液晶顯示屏上顯示出來。