一种空气净化器控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种控制系统,尤其涉及一种专用于空气净化器的控制系统。
背景技术：
：室内空气净化器是近几年来逐步受到关注的，现如今，部分城市区域会有雾霾现象出现，恶劣的天气情况影响人们的日常生活与身体健康；空气质量的好坏直接影响人的生活质量，室内空气清洁器便是用来改善和清洁空气的质量；在室内影响人们健康和舒适感的因素是湿度、温度、风速和空气质量等。在60年代至70年代，人们仅关心室内的温湿度和风速因素；今天，室内空气质量则成为主要的考虑因素；特别在1973年能源危机以来，为了减少热量损失，节约能源，建筑物的气密性很高；室内空气中的有害物质由于积聚效应，浓度比室外高5~10倍以上；建筑材料、办公设备、家具、日用化学品、以及人们的活动及自身新陈代谢等都会造成室内空气污染；根据欧洲、北美及日本等国家对大量的办公室、学校、住宅及其他非生产建筑物的详细现场调查研究表明，在不少建筑物内发生各种建筑查研究表明，在不少建筑物内发生各种建筑物疾病:建筑物综合症(SBS),建筑物关连症(BRI)和多元化学物质过敏症<MCS；出现头疼、呼吸道和眼刺激、疲倦欲睡、发热、恶心，以及过敏性肺炎、过敏性鼻炎、哮喘、传染性疾病和皮炎等症状；这些疾病与环境因素、精神因素及接触的空气污染物有关，归根结底是由于室内空气质量差引起的；空气污染物是指由于人类活动或自然过程排入空气的并对人类或环境产生有害影响的那些物质；一般分为固态污染物和气态污染物两大类，固态污染物常见的有粉尘、烟雾等（通常称为颗粒物）；气态污染物常见的有装修污染产生的甲醛、苯、氨、挥发性有机物等。紫外光空气净化器，其主要的消毒灭菌方式是利用了紫外线的原理通过紫外线的照射，穿透微生物的细胞膜，破坏各种病菌，细菌，寄生虫以及其他致病体的DNA结构，毁坏其核酸分子键，使细菌当即死亡或不能繁殖后代；与此同时，紫外光空气净化器必须完成空气过滤、通风以及自动采集空气质量、室内人体红外指标的功能。技术实现要素：本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供一种结构简单的空气净化器控制系统，该系统能够实现良好的数据采集，及良好的控制功能；为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种空气净化器控制系统，包括驱动控制模块及主控制模块；所述驱动控制模块与所述主控制模块相连接；其特征在于：所述驱动控制模块包括灯管驱动控制电路、电源控制模块、电机驱动控制电路；所述灯管驱动控制电路、电源控制模块、电机驱动控制电路均与所述主控制模块内的中心处理器相连接；所述主控制模块包括中心处理器、传感器数据采集电路、显示器控制电路、功能按键控制电路、仿真下载电路及红外遥控电路；所述中心处理器分别与所述传感器数据采集电路、显示器控制电路、功能按键控制电路、仿真下载电路及红外遥控电路相连接；进一步改进，所述电源控制模块包括外部变压器、内部变压器、整流电路、一个5V稳压器及一个9V稳压器；进一步改进，所述主控制模块为单片机控制模块；进一步改进，所述仿真下载电路包括JTAG仿真电路及2ISP下载电路；一种空气净化器，包括上述控制系统；与现有技术相比，采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型利用单片机控制芯片控制系统中的所有模块工作，实现了数据采集的智能化，提高了数据采集的效率；同时利用单片机、传感器、驱动模块的控制，实现了良好的控制功能，加强对紫外线过滤的效果。附图说明图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型中电源控制模块的结构示意图；图3是本实用新型中电源控制模块的电路原理图；图4是本实用新型中电机驱动控制电路的电路原理图；图5是本实用新型中灯管驱动控制电路的电路原理图；图6是本实用新型中显示器控制电路的电路原理图；图7是本实用新型中功能按键控制电路的电路原理图；图8是本实用新型中JTAG仿真电路的电路原理图；图9是本实用新型中2ISP下载电路的电路原理图；图10是本实用新型的控制系统程序总体结构图；图11是本实用新型的主程序流程示意图；图12是本实用新型的初始化程序的流程图；图13是本实用新型的电机驱动与控制程序流程图；图14是本实用新型的灯管驱动与控制的流程示意图；图15是本实用新型的红外遥控程序示意图；图16是本实用新型的功能按键控制程序流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。如图1所示，一种空气净化器控制系统，包括驱动控制模块及主控制模块；所述驱动控制模块与所述主控制模块相连接；其特征在于：所述驱动控制模块包括灯管驱动控制电路、电源控制模块、电机驱动控制电路；所述灯管驱动控制电路、电源控制模块、电机驱动控制电路均与所述主控制模块内的中心处理器相连接；所述主控制模块包括中心处理器、传感器数据采集电路、显示器控制电路、功能按键控制电路、仿真下载电路及红外遥控电路；所述中心处理器分别与所述传感器数据采集电路、显示器控制电路、功能按键控制电路、仿真下载电路及红外遥控电路相连接；如图2、图3所示，所述电源控制模块包括外部变压器、内部变压器、整流电路、一个5V稳压器及一个9V稳压器；电源控制模块是整个控制系统的供电核心，空气净化器的电源经外部变压器输入了110V的交流电压，但是本控制系统由于受到元气件工作电压的影响，其供电类型有三种，一是110V交流电，一是5V的直流电压，一是9V的直流电压，电源电路首先将电压进行降压，转换为12V电源，然后经过桥式整流与直流变换得到12V的直流电源；控制系统部分使用的直流电源电路原理如图3所示，根据主控制电路上元器件的特性，红外传感器正常工作需要9V电源，而单片机等其它分支电路都需要直流5V供电；从电路原理图可以看出，外部输入电压为110V/50Hz的交流，经过变压器T1进行降压，得到12V交流电，从电路原理图可以看出，外部输入电压为110V/50Hz的交流，经过变压器T1进行降压，得到12V交流电，随后经由二极管D、D、D、和电容组成整流滤波电路得到12V直流电压，其中而二极管选用S1AB型，电容选用25V/3300μF的铝电解电容；使用稳压芯片将12V变换为5V和9V的直流电压；从图中可以看出，三端稳压芯片LM7805的OUT端输出的5V直流电压经过电容C2滤波后，为TGS800传感器电路、单片机电路、显示器电路等模块供电；而使用具有+9V电压输出的三端稳压芯片LM7809得到9V直流电，进行直流滤波后将9V为LHi878传感器电路模块供电；本实用新型对应的空气净化器，所采用的电机为电容式启动的单相异步交流电机，电机工作在110V交流电源下，并由单片机提供驱动信号，由ATMEGA128单片机通过可控硅驱动光耦MOC3023驱动电机，控制其导通与转速的变化，单片机程序将根据传感器提供的信号、手动按键信号对电机的工作状态进行自动和手动的调整，使得空气净化器在不同的工作模式下运转的时候，电机处于对应档的转速；如图4所示，所述电机驱动控制电路用于驱动微风扇的电机，机将在单片机的控制下带动微风扇的转动，使室内空气形成循环，调整空气净化器的工作状态与杀菌效果；对于电机的驱动采用高低电压驱动方法，即不论电动机工作的频率如何，在绕组通电的开始用高压供电，使绕组中的电流迅速上升，而后用低压来维持绕组中的电流；如图4所示，VCC41接110V交流电的火线，GND为接地，CAP接启动电容，Data为控制信号输入端；当空气净化器通电时图4中电机MOTOR的1脚接110V交流电，2脚接地，3脚为高电平状态，4脚接通启动电容；单片机通过PE3引脚发出低电平信号后，此时电机被启动运转；单片机驱动程序发出的驱动信号经过MOC3023的M端口，将转化的信号输出到Q4管，将该管导通，信号输出到MOTOR引脚端，电机即被驱动；图4中MOC3023(六个脚)是一种可控硅驱动光耦，1K电阻R8为Q4的门极提供限流作用；在驱动光耦中，发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管，转换为电信号输出，由于没有直接的电气连接，这样既耦合传输了信号，又有隔离干扰的作用；如图所示，空气净化器的主要原理是利用紫外光灯管进行杀菌，利用紫外线的原理通过紫外线的照射，穿透微生物的细胞膜，破坏各种病菌，细菌，寄生虫以及其他致病体的DNA结构，毁坏其核酸分子键，使细菌当即死亡或不能繁殖后代，从而达到消毒灭菌的作用，同时加以过滤网净化空气；微风扇在电机带动的情况下，实现仪器的通风作用，使得空气形成流动，经过过滤网在紫外光灯管发射的紫外线下进行杀菌、消毒；在本实用新型中，采用的紫外光灯管是Philips的8W紫光灯，额定工作电压为110V，波长范围为254-365nm；对于该紫外光灯管，其控制模块比较简单，除了如上按键K3对其使用寿命的计时与复位处理外，紫外光灯管的导通控制则是利用单片机指令来实现的；其控制电路同样是通过单片机控制可控硅驱动光耦MOC3023来实现的，灯管驱动控制电路如图5所示；由图5可知，灯管驱动控制的方式与电机驱动的方式相同，MOC3023(六个脚)它是一种可控硅驱动光耦，单片机引脚PE2发出低电平信号后，经过MOC3023直接输出到LINE端口，将紫外光灯管导通驱动，BALLAST1为连接电抗镇流器的引脚；紫外光灯管的导通控制是利用ATmega128单片机指令来实现的。其控制电路同样是通过单片机控制可控硅驱动光耦MOC3023来实现的，通过ATMEGA128单片机通过可控硅驱动光耦MOC3023，驱动Philips紫光灯管，并根据灯管的工作状态反馈信号，判断出灯管是否正常工作并完成电路设计与程序的编写；如图6所示，空气净化器控制系统中通常设置显示器，当仪器通电正常运行时，其显示器就显示出空气净化器的各种信息，包括了：工作模式、房间大小、空气质量、电机转速、定时信息、过滤网状态与灯管状态信息；在本实用新型中，显示器控制电路所述采用的显示器为SMG12864液晶显示器；优选的，型号为SMG12864G2-ZK，这是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标GB2312码简体中文字库（16×16点阵）、128个字符（8×16点阵）及64×256点阵的显示RAM（GDRAM）；可以与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8位并行及串行两种连接方式；具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等；SMG12864液晶显示器共20引脚，液晶模块由外部提供+5V电源，脚3是显示器的对比度调节，连接到UR2电位器上，以便获取显示器最佳的显示效果；第17脚是LCD屏的复位功能引脚；第19和20引脚分别为显示器背光的正负极，LED+和LED-同样由+5V电源提供；片选信号RS、读写控制信号RW、使能信号E分别接到ATmega128单片机的PG0-PG2引脚上；液晶显示器的DB7-DB0为数据信号引脚，接在了ATmega128的PA7-PA0输入输出接口上；采用了SMG12864液晶显示器，型号为SMG12864G2-ZK，这是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形；液晶显示器的主要功能负责显示空气净化器的工作信息，包括了工作模式、房间大小、紫外灯管与过滤网工作状态、空气质量、定时设置等信息，通过ATmega128单片机的控制，实现数据的I/O交换；根据常用的红外遥控装置，本实用新型的红外遥控装置共分为两个部分：红外发射模块与红外接收模块，应用编/解码专用集成电路芯片来进行遥控操作；红外发射模块即遥控器的信号发射端，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路；红外遥控器发射电路的功能组成，其中的编码器即调制信号，按遥控器用途的编码方式可以很简单、也可以很复杂；如图7所示，按键是最简单的单片机输入设备，通过按键输入相应的数据或命令，可实现人机对话功能；在本实用新型中，灯管状态复位按键K3与过滤网状态复位按键K2；K2、K3为过滤网和紫外光灯管的状态复位按键，分别接到单片机的PD1、PD0引脚上，PD0与PD1为单片机的中断处理引脚，通过中断的处理，将计数器的设计复位到初始状态，重新计时；进一步的，所述仿真下载电路包括JTAG仿真电路及2ISP下载电路；如图8所示，JTAG是单片机最典型的程序仿真接口方式，是一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试，拥有在线编程的方式；本空气净化器控制系统的单片机仿真电路则是采用JTAG方式，改进了标准接口；其电路原理如图8所表示；JTAG接口连接+5V电源，输出到ATmega128接口的信号为TCK、TDO、TMS、TDI，电路中附加一些保护电阻；改进后的JTAG接功能口如下：表1改进后的JTAG接口引脚名称描述1TCK测试时钟2GNDNC3TDO测试数据输出4VTref接电源5TMS测试模式选择6nSRST接系统复位信号7Vsupply接电源8nTRSTNC9TDI测试数据输入10GND接地如图9所示，由AVR单片机控制系统的特性可知，AVRISP是AVR单片机最典型的程序下载方式，AVR单片机都有ISP下载接口，可以通过ISP下载线把程序下载到单片机中；ISP下载线成本低廉，制作简单，一个并口ISP下载线只需几十元即可得到；因此，在本控制系统的开发中也采用了AVRISP方式下载ATmega128单片机的程序；ISP接口的电路如图9所示，为AVRISP的并行接口电路原理；从图9可以看出，ISP接口的4、6、8、10引脚接地处理，2脚则接+5V电源，为工作电路供电，1引脚接单片机的MOSI，3引脚悬空处理，5脚接RST，7脚接到SCK，9脚连接到MISO上，其主要功能如下：表2集成的ISP接口引脚名称描述1MOSI主机输出从机输入2VCC接电源3NCNC4GNDNC5RST接系统复位信号6GNDNC7SCK串行时钟8GNDNC9MISO主机输出从机输入10GND接地MISO：是SPI通道的主机数据输入，从机数据输出。当单片机工作于主机模式时，不论DDB3设置如何，这个引脚都将设置为输入。当工作于从机模式时，这个引脚的数据方向由DDB3控制。设置为输入后，上拉电阻由PORTB3控制；MOSI：是SPI通道的主机数据输出，从机数据输入。当工作于从机模式时，不论DDB2设置如何，这个引脚都将设置为输入；当工作于主机模式时，这个引脚的数据方向由DDB2控制；设置为输入后，上拉电阻由PORTB2控制；SCK：是SPI通道的主机时钟输出，从机时钟输入。当工作于从机模式时，不论DDB1设置如何，这个引脚都将设置为输入；当工作于主机模式时，这个引脚的数据方向由DDB1控制；设置为输入后，上拉电阻由PORTB1控制；RST：是复位输入引脚，超过最小门限时间的低电平将引起系统复位，低于此时间的脉冲不能保证可靠复位；进一步改进，所述主控制模块为单片机控制模块；优选的，在本实用新型中，AVR单片机采用的是基于AVRRISC结构的8位低功耗CMOS微处理器ATmega128，AVR单片机是一款基于RISC指令架构的8位单片机；AVR单片机采用RISC结构，具有1MIPS/MHz的高速运行处理能力；AVR单片机运用Harvard结构，在前一条指令执行的时候就取出现行的指令，然后以一个周期执行指令；在其他的RISC以及类似RISC结构的单片机中，外部振荡器的时钟被分频降低到传统的内部指令执行周期，这种分频最大达12倍（8051）；AVR单片机是用一个时钟周期执行一条指令的，它是8位单片机中第一个真正的RISC结构的单片机；由于AVR单片机采用了Harvard结构，所以它的程序存储器和数据存储器是分开组织和寻址的，寻址空间分别为可直接访问8MB的程序存储器和8MB的数据存储器；同时，由32个通用工作寄存器所构成的寄存器组被双向映射，因此，可以采用读写寄存器和读写片内快速SRAM存储器两种方式来访问32个通用工作寄存器；传感器数据采集电路是利用传感器对外部信号进行采集与处理功能的实现，分为运动传感器与化学传感器两个分支。运动传感器为LHi878热释红外传感器，用于检测移动的人体红外信号源，当人体对空气净化器发射的红外信号变强的时候，电机转速加快，加强空气净化幅度；化学传感器为TGS气体传感器，用于检测甲烷和丙烷等可燃性气体、一氧化碳、硫化氢等有毒气体，以及酒精等各种气体浓度，当室内的气体浓度发生变化的时候，TGS传感器输出不同的电压增量，由AVR单片机进行信号处理，并对应状态调整电机的转速；上述硬件模块如果要很好的实现净化功能，还需要配合一定软件模块才能更好的实现相应的控制，具体内容如下：如图10所示，软件模块主要包括以下程序模块：端口初始化程序、传感器采集信号处理程序、显示器控制程序、电机驱动程序、紫外灯管驱动程序、红外信号处理程序、按键功能程序；其主程序流程如图11所示，控制系统通上电源并开机工作后，系统进行参数的初始化，分配端口地址，读取两个传感器的数据检测信号，点亮液晶显示器工作；随后将根据红外遥控和功能按键的指令，执行系统的遥控与按键子程序，调整空气净化器的工作模式，进而改变电机的转速、紫外光灯管的导通，使整个电路控制系统进入正常运转的状态；由图11可以看出，系统的程序设计主要是围绕电路硬件设备与系统的功能需求进行的。系统在经过程序的初始化设置后，将进入控制电路的循环中，检测信号、判断信号、发出正确指令，以达到控制紫外线室内空气净化器工作参数的目的；如图12所示，控制系统的初始化程序，即对相应的系统参数进行初始化，包括堆栈设定、载入定时器中断初值、各标志位初始化、工作模式参数、各变量初始化、显示程序运行、端口初始化设置；在初始化的过程中，空气净化器的外部表现为电机运行的导通、紫外灯管的导通、显示器点亮工作，初始化程序的流程如图12所示，为开机后的初始读取程序的运行流程；SMG12864液晶显示器需要显示的信息包括了：工作模式、房间大小、空气质量、电机转速、定时信息、过滤网状态与灯管状态信息；SMG12864液晶显示器的显示资料RAM提供64×2个位元组的空间，最多可以控制4行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示资料RAM时，可以分别显示CGROM、HCGROM与CGRAM的字型；ST7920A可以显示三种字型，分别是半宽的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H—0006H的编码中将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码达成中文字型的编码（A140—D75F），各种字型详细编码如下：1.显示半宽字型：将8位元资料写入DDRAM中，范围为02H—7FH的编码；2.显示CGRAM字型：将16位元资料写入DDRAM中，共有0000H，0002H，0004H，0006H四种编码；3.显示中文字形：将16位元资料写入DDRAMK，范围A1A1H—F7FEH编码；与SMG12864液晶的清除显示、显示状态和睡眠选择的操作指令如下列表3所示：表3SMG12864液晶主要操作指令CODE：RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0清除显示LLLLLLLLLH显示状态LLLLLHS/CR/LXX睡眠选择LLLLLLHSLXX清除显示的指令代码为01H，功能为清除显示屏幕，把DDRAM位址计数器调整为“00H”；显示状态的功能为：10H/14H：光标左/右移，18H/1CH：整体显示左右移动，光标跟随移动，AC值不变；睡眠选择的功能：SL=1：脱离睡眠模式，SL=0：进入睡眠模式；如图13所示，电机的驱动是利用单片机输出的低电平导通信号来实现的，提供给电机低电平驱动信号的是PE3端口，执行导通的语句为：PORTE=0xFF;DDRE=0x0F；电机驱动与控制程序的流程如图13所示，在电机的运行过程中，需要根据空气净化器的工作状态来调整电机的转动速度；AVR单片机端口将通过按键与传感器检测信号来判断仪器需要的工作状态，PE3端口将依此来调整输出的高低电平持续时间即“占空比”来调整电机转速；占空比越大，电机驱动电流越小，转速减慢；占空比越小，电机驱动电流越大，转速加快；根据占空比的大小，电机转速被分为了一档、二档等六个档位；此外，对电机设置定时控制，当时钟达到预设的关电机的时间时，电机将会停止工作；如图14所示，紫外灯管的驱动同样是利用低电平导通信号的输出来实现的，输出驱动信号的引脚为PB4，执行导通的初试化语句为：DDRB=0xff;PORTB=0xff；灯管驱动与控制的流程如图14所示，首先对灯管发出驱动信号，再判断灯管的异常检测信号，如有异常发生，则中断控制子程序，等待返回重新初始化；否则点亮灯管正常运行；如图15所示，红外发射器发射出红外射线，由红外接收头IC接收，并输出波形，通过BC2710解码芯片，将一组数据信号传送到Atmega128单片机的PB0、PB1、PB2端口上；如图16所示，按键的控制程序主要是进行外部中断的处理过程，空气净化器控制系统的按键主要有六个，包括了电源开关K1、工作模式选择K4、房间大小设置K5、定时设置K6以及灯管与过滤网的状态复位K3、K2，按键的程序设计主要是通过中断来实现的，当发生按键操作的时候，单片机引脚将根据信号进行程序处理按；程序对于按键的触发信号判断为串行流程，依次判断每个按键的操作指令，执行相应的子程序；本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3