周妍 張靜 王明潔 顏雁軍

摘 要 為滿足不同情況下，人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量的需求，本文設計了一種智能居家新風統(tǒng)，并詳細介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和軟硬件設計方案。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)實驗測試，該系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，可根據(jù)用戶實際需求實現(xiàn)多模式換氣。

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

隨著生活水平的提高和保健意識的增強，人們對室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求越來越高。但是目前大氣污染嚴重，霧霾現(xiàn)象出現(xiàn)越來越頻繁；并且許多裝修材料，在不同程度上含有對人體健康造成危害的元素。因此引入新風系統(tǒng)改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，提高舒適度勢在必行。但是目前的新風系統(tǒng)并不完善，對空氣的過濾是通過安裝不同的過濾網(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小時不間斷工作才能實現(xiàn)換流，達不到節(jié)能環(huán)保要求。

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

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)主要由活性炭，軸流風扇，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，其用來檢測按鍵然后控制系統(tǒng)的工作模式，處理結(jié)果通過LCD液晶屏顯示。系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 凈化除塵設計

該系統(tǒng)凈化過程為空氣先經(jīng)過活性炭進行除臭，除濕和初步除塵，然后通過軸流風扇將經(jīng)活性炭初步除塵后的空氣送到高壓集塵腔進行最終除塵、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，使空氣快速被電離，產(chǎn)生大量正負離子，形成正負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電荷，然后在靜電場力的作用下被吸附到集塵器的正負極板上。

1.2 4種工作模式

為保證系統(tǒng)的工作模式多樣化，增強其實用性。本系統(tǒng)設計了4種工作模式：白天、夜間、聚會、休眠。用戶可根據(jù)對空氣質(zhì)量的需求，選擇不同的工作模式。下面對4種工作模式做了詳細介紹。由于軸流風扇額定凈化量為400立方米每小時，故每種工作模式的空氣凈化量由系統(tǒng)的工作時間決定。

在白天模式下，系統(tǒng)每工作1小時休息1小時，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小時休息0.5小時，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200立方米的新鮮空氣。在聚會模式下，系統(tǒng)持續(xù)工作，適用于聚會時家里人較多或室內(nèi)空氣煙塵較多等對新鮮空氣需求量較大的情況下。該模式是對白天模式和夜間的升級，系統(tǒng)每工作1小時為室內(nèi)帶來400立方米的新鮮空氣。在休眠模式下，系統(tǒng)每工作1小時休息5小時，適用于家中幾天或長期無人居住的情況下，每周期性工作一次可以為室內(nèi)帶來400立方米的新鮮空氣。

2 硬件設計

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 單片機控制電路

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

2.2 電源設計

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。通過變壓整流將220V交流電壓轉(zhuǎn)為9V的交流電壓，然后通過全橋整流和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AMS1117穩(wěn)壓電路得到3.3V穩(wěn)壓電路，為MSP430F149單片機供電。

2.3 人機接口電路

人機接口部分包括按鍵電路和液晶顯示。其中按鍵電路包括4個獨立按鍵，分別與單片機的4個I/O口相連，檢測目標按鍵，從而使單電機執(zhí)行系統(tǒng)的相應工作模式。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，但為簡化電路，本系統(tǒng)設計采用串行通信模式。

2.4 繼電器控制電路

繼電器控制電路的作用是通過單片機控制軸流風扇和高壓電源在不同工作模式下的啟停。系統(tǒng)工作時，單片機控制定時器開始定時，在定時范圍之內(nèi)改變P43的輸出，開關(guān)管的導通，繼電器也隨之導通，軸流風扇和高壓電源開始工作。

3 軟件設計

本系統(tǒng)設計的智能居家新風除塵系統(tǒng)軟件部分主要包括主程序，獨立按鍵程序，液晶顯示程序和定時器程序。主要功能模塊包括：初始化系統(tǒng)時鐘、定時器初始化、按鍵掃描、液晶顯示、工作模式設定、按鍵中斷、定時器中斷。其中主程序主要是關(guān)閉看門狗，初始化系統(tǒng)時鐘、串口、液晶、定時器，開中斷；然后調(diào)用按鍵程序，進行按鍵掃描，調(diào)用顯示程序；調(diào)用定時器函數(shù)，然后輸出低電平，使繼電器導通，系統(tǒng)工作。當調(diào)用按鍵中斷函數(shù)時，按鍵會重新掃描，切換新的工作模式。

4 結(jié)論

本文針對已有新風除塵系統(tǒng)的不足，設計了一套智能居家新風除塵系統(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。同時為滿足不同家庭在不同環(huán)境下對空氣質(zhì)量的需求，本系統(tǒng)設計了4種工作模式：白天、夜間、聚會、休眠，增強了系統(tǒng)的實用性。經(jīng)實驗測試，該系統(tǒng)操作簡單，穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)對室內(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 核技術(shù)與自動化工程學院 四川省成都市 610051