基于51的智能空氣凈化器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬百江 楊帆 呂潤東

摘要：以STC12C5A60S2為主控芯片，通過利用單總線型數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)具有測溫濕度煙霧檢測電路，利用氣體傳感器GDS06以及ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)基本功能。人體檢測模塊使用HC-SR501實(shí)現(xiàn)其功能。它感應(yīng)入侵者的紅外熱輻射并將其轉(zhuǎn)換成超低頻信號，并通過電路放大并輸出。探測器使用紅外人體探測探頭來探測預(yù)定義的范圍。在危險(xiǎn)的情況下，信號將發(fā)送到單片機(jī)，然后單片機(jī)將處理它，然后控制蜂鳴器和LED警告。

關(guān)鍵詞：STC12C5A60S2；氣體傳感器GDS06以及ADC0832；HC-SR501模塊；煙霧報(bào)警。

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）13-0232-02

1引言

隨著科技發(fā)展人們的生活變得越來越方便。雖然現(xiàn)今市面上有很多空氣凈化器，但是做到智能化的確不多，有相當(dāng)多的產(chǎn)品僅僅是通過記錄使用者的習(xí)慣性開機(jī)時(shí)間來硬性的將其設(shè)定為空氣凈化器開啟的依據(jù)。而并沒有通過實(shí)際環(huán)境的情況來實(shí)現(xiàn)智能化。因此設(shè)計(jì)出一個(gè)簡單實(shí)用的擁有自主環(huán)境測試功能的空氣凈化器是很有意義的。

2系統(tǒng)構(gòu)成

設(shè)計(jì)涉及主硬件為：藍(lán)牙多路繼電器，STC89C52RC單片機(jī)，DHT11溫濕度傳感器，人體紅外感應(yīng)器，煙霧傳感器，按鍵設(shè)置與LCD1602液晶顯示模塊，蜂鳴器報(bào)警電路，以及超標(biāo)指示顯示模塊組成。本研究設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

2.1 DHT11溫濕度傳感器

方案一：選用DS18B20。DS18B20是一線式數(shù)字溫度傳感器。它是獨(dú)特的單線式接口方式。測量范圍在—55℃～125℃，—10℃～85℃，誤差范圍在-＼+0.5℃。最高精度可達(dá)0.0625℃。

方案二： 選用DHT11。DHT11是一款集成式數(shù)字溫濕度傳感器。測量范圍20%～90%RH，0℃～50℃。測溫精度為-＼+2℃，測試精度為-＼+5%RH。十分符合本次設(shè)計(jì)的要求。

我這次選擇使用DHT11，是因?yàn)椴粌H設(shè)計(jì)要求，而且簡便易行，可靠穩(wěn)定，具有超高的性價(jià)比；而DS18B20雖然精度更精確，卻稍顯復(fù)雜。

DHT11傳感器實(shí)物圖如圖2圖3所示：

2.2煙霧傳感器

GDS06是一款紅外散射光學(xué)質(zhì)量傳感器，它可以檢測灰塵反射。即使是非常小的顆粒，如煙草煙霧，通?？梢栽诳諝鈨艋袡z測到。應(yīng)用于該系統(tǒng)中，可以測量0.3微米以上的細(xì)顆粒物，可以用來感應(yīng)并且測試煙草產(chǎn)生的煙塵和灰塵。更重要的是它體積小、重量輕、安裝方便，廣泛應(yīng)用于空氣清新、通風(fēng)空調(diào)、通風(fēng)機(jī)等產(chǎn)品。其實(shí)物圖4如下：

2.3 人體檢測模塊

方案一：被動式紅外傳感技術(shù)利用紅外光敏器件將生物體發(fā)出的微紅外轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，并對其進(jìn)行放大和處理。它可以可靠地移動生物（人）和跌倒。對象是不同的。

方案二：主動紅外探測器由紅外發(fā)射器、紅外接收器和報(bào)警控制器構(gòu)成。因此，有源探針檢測點(diǎn)到點(diǎn)，而不是一個(gè)面的范圍。其特點(diǎn)是檢測的可靠性很高。然而，如果要部署一個(gè)空間，則需要多個(gè)有源檢測器，這是昂貴的。在上述分析之后，方案一更適合家庭使用。成本低，安全性高。因此，這種設(shè)計(jì)采用廉價(jià)的被動紅外傳感器。

有兩個(gè)關(guān)鍵部件的PIR探測器。一個(gè)是熱釋電紅外傳感器（PIR）。它可以轉(zhuǎn)換為紅外信號波長8和12um之間成電信號可以用于自然。白光信號具有抑制作用。因此，在被動式紅外探測器的警戒區(qū)中，熱釋電紅外傳感器僅在沒有人體移動時(shí)感知背景溫度。當(dāng)人體進(jìn)入警戒區(qū)時(shí)，它通過菲涅耳透鏡并加熱。紅外傳感器感知人體溫度與背景溫度之間的差異。圖中顯示了人體感應(yīng)模塊的內(nèi)部圖。在該設(shè)計(jì)中，利用三極放大原理放大人體感應(yīng)模塊的輸出信號，以將信號驅(qū)動到微控制器。

2.4藍(lán)牙控制電磁繼電器

電磁繼電器工作原理：當(dāng)電磁鐵通電時(shí)（電壓要滿足一定條件），銜鐵會被吸下來，然后兩個(gè)觸點(diǎn)接觸，使得工作電路閉合，這時(shí)電磁鐵斷電時(shí)失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。藍(lán)牙通信模塊采用的是藍(lán)牙模塊，完成HC-05，負(fù)責(zé)接收和發(fā)送命令，在藍(lán)牙系統(tǒng)。此模塊是作為整個(gè)環(huán)境檢測系統(tǒng)以及空氣凈化使能模塊總開關(guān)進(jìn)行工作，即其可人為決定是否開啟環(huán)境監(jiān)測以及空氣凈化器的風(fēng)扇部分。

3 總結(jié)

通過本次設(shè)計(jì)的參與以及行動，同學(xué)的互相合作以及老師的及時(shí)指導(dǎo)，感覺有不少的收獲，從題目的選取到材料的準(zhǔn)備，從硬件的焊接到軟件的編程，都有所感悟。通過查閱資料以及同學(xué)間互相幫助使我對于51單片機(jī)有了更深刻的認(rèn)識。對于此次設(shè)計(jì)較為成功地完成了當(dāng)初的預(yù)想，實(shí)現(xiàn)了通過多種傳感器對環(huán)境的檢測，并根據(jù)具體需求進(jìn)行自主的工作模式，為人們的生產(chǎn)生活提供便利。