周妍 張靜 王明潔 顏雁軍

摘 要 為滿足不同情況下，人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的需求，本文設(shè)計(jì)了一種智能居家新風(fēng)統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和軟硬件設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)采用低功耗MSP430F149作為主控單元，能夠智能地完成除塵、殺菌、調(diào)節(jié)溫度等功能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，可根據(jù)用戶實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)多模式換氣。

【關(guān)鍵詞】新風(fēng)系統(tǒng) 多模式換氣 MSP430F149

隨著生活水平的提高和保健意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求越來(lái)越高。但是目前大氣污染嚴(yán)重，霧霾現(xiàn)象出現(xiàn)越來(lái)越頻繁；并且許多裝修材料，在不同程度上含有對(duì)人體健康造成危害的元素。因此引入新風(fēng)系統(tǒng)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，提高舒適度勢(shì)在必行。但是目前的新風(fēng)系統(tǒng)并不完善，對(duì)空氣的過(guò)濾是通過(guò)安裝不同的過(guò)濾網(wǎng)，不能有效濾除空氣中的有害物質(zhì)；而且系統(tǒng)工作模式單一，需24小時(shí)不間斷工作才能實(shí)現(xiàn)換流，達(dá)不到節(jié)能環(huán)保要求。

而本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能居家新風(fēng)系統(tǒng)有所改進(jìn)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)空氣的自動(dòng)換流，還可根據(jù)不同場(chǎng)合對(duì)空氣質(zhì)量的需求，選擇不同的工作模式；而且利用高壓靜電場(chǎng)能除塵殺菌這一特性，能對(duì)空氣有效濾除。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由活性炭，軸流風(fēng)扇，高壓集塵腔，電源模塊和控制單元模塊組成?？刂茊卧K選用MSP430F149單片機(jī)，其用來(lái)檢測(cè)按鍵然后控制系統(tǒng)的工作模式，處理結(jié)果通過(guò)LCD液晶屏顯示。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 凈化除塵設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)凈化過(guò)程為空氣先經(jīng)過(guò)活性炭進(jìn)行除臭，除濕和初步除塵，然后通過(guò)軸流風(fēng)扇將經(jīng)活性炭初步除塵后的空氣送到高壓集塵腔進(jìn)行最終除塵、殺菌。其中高壓集塵腔包括高壓電源模塊和集塵器。高壓電源模塊主要用于產(chǎn)生高壓電場(chǎng)，使空氣快速被電離，產(chǎn)生大量正負(fù)離子，形成正負(fù)離子流與空氣中的污染粒子碰撞結(jié)合，使污染粒子帶上正電荷或者負(fù)電荷，然后在靜電場(chǎng)力的作用下被吸附到集塵器的正負(fù)極板上。

1.2 4種工作模式

為保證系統(tǒng)的工作模式多樣化，增強(qiáng)其實(shí)用性。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了4種工作模式：白天、夜間、聚會(huì)、休眠。用戶可根據(jù)對(duì)空氣質(zhì)量的需求，選擇不同的工作模式。下面對(duì)4種工作模式做了詳細(xì)介紹。由于軸流風(fēng)扇額定凈化量為400立方米每小時(shí)，故每種工作模式的空氣凈化量由系統(tǒng)的工作時(shí)間決定。

在白天模式下，系統(tǒng)每工作1小時(shí)休息1小時(shí)，適用于白天日常家居生活，每周期性工作一次能為室內(nèi)帶來(lái)400立方米的新鮮空氣。在夜間模式下，系統(tǒng)每工作0.5小時(shí)休息0.5小時(shí)，適用于夜晚日常家居生活，每周期性工作一次能為室內(nèi)帶來(lái)200立方米的新鮮空氣。在聚會(huì)模式下，系統(tǒng)持續(xù)工作，適用于聚會(huì)時(shí)家里人較多或室內(nèi)空氣煙塵較多等對(duì)新鮮空氣需求量較大的情況下。該模式是對(duì)白天模式和夜間的升級(jí)，系統(tǒng)每工作1小時(shí)為室內(nèi)帶來(lái)400立方米的新鮮空氣。在休眠模式下，系統(tǒng)每工作1小時(shí)休息5小時(shí)，適用于家中幾天或長(zhǎng)期無(wú)人居住的情況下，每周期性工作一次可以為室內(nèi)帶來(lái)400立方米的新鮮空氣。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括MSP430F149控制電路，整流變壓電路，穩(wěn)壓電路，人機(jī)接口電路，繼電器控制電路。硬件總體框圖如圖2。

2.1 單片機(jī)控制電路

本系統(tǒng)采用了MSP430F149單片機(jī)，其具有低功耗，高運(yùn)算速度，內(nèi)部集成12位高精度ADC，自帶3個(gè)捕捉/比較定時(shí)器等特點(diǎn)，所以作為系統(tǒng)的核心控制部分非常適合。

2.2 電源設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)電源系統(tǒng)采用220V交流輸入，然后分別為繼電器和變壓整流部分供電。通過(guò)變壓整流將220V交流電壓轉(zhuǎn)為9V的交流電壓，然后通過(guò)全橋整流和LM7805穩(wěn)壓電路得到5V電壓，為繼電器，鍵盤和LCD液晶供電；最后通過(guò)AMS1117穩(wěn)壓電路得到3.3V穩(wěn)壓電路，為MSP430F149單片機(jī)供電。

2.3 人機(jī)接口電路

人機(jī)接口部分包括按鍵電路和液晶顯示。其中按鍵電路包括4個(gè)獨(dú)立按鍵，分別與單片機(jī)的4個(gè)I/O口相連，檢測(cè)目標(biāo)按鍵，從而使單電機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)的相應(yīng)工作模式。液晶部分采用HB12864，其與微處理器的通信方式有串行和并行兩種方式，但為簡(jiǎn)化電路，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用串行通信模式。

2.4 繼電器控制電路

繼電器控制電路的作用是通過(guò)單片機(jī)控制軸流風(fēng)扇和高壓電源在不同工作模式下的啟停。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)控制定時(shí)器開(kāi)始定時(shí)，在定時(shí)范圍之內(nèi)改變P43的輸出，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通，繼電器也隨之導(dǎo)通，軸流風(fēng)扇和高壓電源開(kāi)始工作。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能居家新風(fēng)除塵系統(tǒng)軟件部分主要包括主程序，獨(dú)立按鍵程序，液晶顯示程序和定時(shí)器程序。主要功能模塊包括：初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器初始化、按鍵掃描、液晶顯示、工作模式設(shè)定、按鍵中斷、定時(shí)器中斷。其中主程序主要是關(guān)閉看門狗，初始化系統(tǒng)時(shí)鐘、串口、液晶、定時(shí)器，開(kāi)中斷；然后調(diào)用按鍵程序，進(jìn)行按鍵掃描，調(diào)用顯示程序；調(diào)用定時(shí)器函數(shù)，然后輸出低電平，使繼電器導(dǎo)通，系統(tǒng)工作。當(dāng)調(diào)用按鍵中斷函數(shù)時(shí)，按鍵會(huì)重新掃描，切換新的工作模式。

4 結(jié)論

本文針對(duì)已有新風(fēng)除塵系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)了一套智能居家新風(fēng)除塵系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有除塵、殺菌、除濕、除臭、調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度等功能。同時(shí)為滿足不同家庭在不同環(huán)境下對(duì)空氣質(zhì)量的需求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了4種工作模式：白天、夜間、聚會(huì)、休眠，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣的除塵、殺菌、除濕、除臭。

（通訊作者：周妍）

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作者單位

成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院 四川省成都市 610051