汽車(chē)內(nèi)空氣凈化和清潔裝置的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文及文獻(xiàn)綜述

1、l 汽車(chē)內(nèi)空氣凈化和清潔裝置的設(shè)計(jì) 摘 要此裝置是針對(duì)汽車(chē)內(nèi)煙油量過(guò)多，對(duì)人體造成危害的問(wèn)題，同時(shí)為了給車(chē)內(nèi)人一個(gè)舒服的環(huán)境，而設(shè)計(jì)的汽車(chē)內(nèi)空氣凈化與清潔裝置。此裝置是利用汽車(chē)上的電源對(duì)此裝置供電，以單片機(jī)AT89C52為核心部件，通過(guò)空氣質(zhì)量傳感器檢測(cè)空氣質(zhì)量并將空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換傳至單片機(jī)內(nèi)，由單片機(jī)來(lái)判斷空氣質(zhì)量是否合格，并控制是否要啟動(dòng)凈化和清潔系統(tǒng)，從而可以實(shí)現(xiàn)凈化車(chē)內(nèi)空氣的目的。同時(shí)此裝置具有手動(dòng)控制該裝置的啟動(dòng)與關(guān)閉、體積小，方便易使用等功能。關(guān)鍵字：空氣凈化和清潔系統(tǒng)； AT89C52； ADC0809N；離子交換器；空氣質(zhì)量傳感器QS-01；AB

2、STRACTThis device is against excessive oil smoke in the car, causing harm to human problems and to give the car a comfortable environment for people, and the design of the car and clean air purification devices. This device is to use this car on the power supply devices to SCM AT89S52 as the core co

3、mponents, through air quality testing air quality sensor and air quality into voltage signal and voltage signal through the conversion spread to a few die - Machine, to judge by the SCM air quality is qualified, and to control whether or not to start cleaning and purification systems, thus achieving

4、 the purpose of purifying the air inside. At the same time this equipment has to manually control the device with the closure of the start-up, small size, user-friendly features such as the use of.Keyword: Air purification system;AT89C52; ADC0809N; ion exchange；the pressure transmitte QS-01目 錄緒論1第1章

5、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)21.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求21.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)21.1.2 設(shè)計(jì)要求 21.2 總體設(shè)計(jì)方案31.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路及方框圖51.2.2 各方案論證及選擇61.2.3 系統(tǒng)組成81.3 本章小結(jié)8第2章 空氣污染指數(shù).9第3章 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì)133.1 空氣凈化裝置的工作原理及電路設(shè)計(jì)133.1.1 空氣凈化裝置的工作原理133.1.2 空氣凈化裝置的電路設(shè)計(jì)133.2 74LS90N的工作原理及電路設(shè)計(jì)143.3 ADC0809N的工作原理及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)163.3.1 ADC0809N的工作原理183.3.2 ADC0809N的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)223.4 報(bào)警電路原理及

6、設(shè)計(jì)223.5 控制器控制原理及接口設(shè)計(jì)233.5.1 AT89C52芯片介紹233.5.2 單片機(jī)的控制原理及接口設(shè)計(jì)273.6 電源模塊283.7 本章小結(jié)28第4章 控制面板設(shè)計(jì)、裝置安裝及使用說(shuō)明294.1 控制面板設(shè)計(jì)294.2 裝置安裝294.3 裝置的使用說(shuō)明29第5章 硬件調(diào)試及展望305.1 硬件調(diào)試305.2 展望31總結(jié)32致 謝33參考文獻(xiàn)34附錄 主要元器件明細(xì)表35緒論煙油量過(guò)多是汽車(chē)內(nèi)很常見(jiàn)的問(wèn)題。在汽車(chē)?yán)?，抽煙是個(gè)很常見(jiàn)的現(xiàn)象，不管是在私家車(chē)還是在出租車(chē)，而且在2個(gè)季節(jié)，車(chē)窗都是關(guān)閉著的，夏天炎熱，冬天寒冷都需要開(kāi)空調(diào)，如果這時(shí)在車(chē)內(nèi)抽煙就會(huì)導(dǎo)致車(chē)內(nèi)煙油量過(guò)大，

7、而使車(chē)內(nèi)人不舒服，出于這些現(xiàn)象我們有必要設(shè)計(jì)能在汽車(chē)內(nèi)使用的空氣凈化裝置。目前市場(chǎng)上還沒(méi)未出現(xiàn)此類(lèi)似產(chǎn)品。這篇設(shè)計(jì)就是摸索著設(shè)計(jì)，由于理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺，其中肯定有很多不足，有待指正。此裝置采用以單片機(jī)AT89C52為核心，通過(guò)ADC0809N將空氣質(zhì)量傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，利用AT89C52來(lái)判斷空氣質(zhì)量是否合格，如果空氣質(zhì)量合格，綠指示燈亮，如果空氣質(zhì)量不合格，紅指示燈亮，并啟動(dòng)蜂鳴器跟空氣凈化系統(tǒng)，從而達(dá)到對(duì)空氣的檢測(cè)與處理。本裝置的空氣凈化系統(tǒng)采用活性碳的吸附作用跟離子交換器。本裝置的控制部分基本上都是由單片機(jī)的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)此裝置設(shè)計(jì)分工，分為硬件和軟件兩部分

8、。筆者負(fù)責(zé)硬件部分，軟件部分由其合作者湯潔同學(xué)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。因此在本論文中，主要就硬件部分進(jìn)行闡述和設(shè)計(jì)。第一章主要就本次論文的設(shè)計(jì)任務(wù)及要求做了簡(jiǎn)單的介紹，同時(shí)就整個(gè)論文的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的論證。第二章就各個(gè)模塊的工作原理做了詳細(xì)的介紹，同時(shí)對(duì)各個(gè)部分的電路設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析。第三章就裝置的安裝和使用做了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。第四章就對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做了的分析的總結(jié)。本次論文的設(shè)計(jì)部分中，主要的難點(diǎn)部分有兩處，一是怎么去判斷空氣質(zhì)量是否合格，以及具體的電路設(shè)計(jì)；二是空氣凈化裝置的凈化空氣部分，選擇怎樣的方式來(lái)使空氣凈化。在解決這兩點(diǎn)問(wèn)題時(shí)，筆者做了大量的資料查詢(xún)，同時(shí)也得到了很多老師和同學(xué)的指點(diǎn)。第1章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1

9、.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)內(nèi)空氣凈化與清潔裝置。示意圖如圖1-1-1所示圖1-1-1汽車(chē)內(nèi)空氣凈化與清潔裝置外型實(shí)物圖1.1.2 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)參數(shù)（1）能依據(jù)空氣污染指數(shù)來(lái)判斷空氣是否合格（當(dāng)R0上的電壓值超過(guò)20mv時(shí)為不合格）。 （2）當(dāng)空氣不合格時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并啟動(dòng)空氣凈化裝置。（3）能凈化空氣達(dá)標(biāo)（讓R0上的電壓值不超過(guò)20mv）。 （4）裝置能適合安裝于車(chē)內(nèi)（體積?。?。 1.2 總體設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)總體電路圖圖1-2-1 總體設(shè)計(jì)電路圖 1.2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路及方框圖系統(tǒng)由傳感器模塊、74LS90N5分頻器、ADC0809N數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)AT

10、89C52 控制模塊、指示燈模塊、報(bào)警模塊以及空氣凈化系統(tǒng)組成。系統(tǒng)框圖如圖1-2-1所示。通過(guò)傳感器模塊將空氣污染程度轉(zhuǎn)化為電壓輸入ADC0809N數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊并將轉(zhuǎn)換完的數(shù)子信息傳送給控制模塊。當(dāng)控制模塊將數(shù)字信息比較完成后判斷空氣質(zhì)量是否合格，當(dāng)空氣質(zhì)量合格指示燈模塊亮綠燈，當(dāng)空氣質(zhì)量不合格時(shí)指示燈模塊亮紅燈，與此同時(shí)啟動(dòng)蜂鳴器跟空氣凈化裝置。傳感器模塊74LS90N5分頻器ADC0809N模塊綠指示燈模塊電源模塊AT89C52控制器模塊紅指示燈蜂鳴器模塊空氣凈化裝置模塊模塊圖1-2-2 總體設(shè)計(jì)方框圖1.2.2 各方案論證及選擇（1）傳感器模塊：采用空氣質(zhì)量傳感器QS-01來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本

11、設(shè)計(jì)中空氣質(zhì)量的檢測(cè)采用日本進(jìn)口的QS-01空氣質(zhì)量傳感器。QS-O1是一種二氧化錫半導(dǎo)體氣體傳感器，可以檢測(cè)香煙、 NH3、酒精、CO等多種空氣中的污染氣體，靈敏度高，并且響應(yīng)時(shí)間很快，傳感器采用塑料外殼，有3個(gè)引腳，可在極低的功耗 情況下獲得極好的感應(yīng)特性，非常適合應(yīng)用于空氣品質(zhì)控制系統(tǒng)、排風(fēng)電扇和空氣清新機(jī)文獻(xiàn)1。 圖1-2-2-1 管腳排列 圖1-2-2-1 電路圖（2）分頻器： 采用74LS90N五分頻芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊： 采用ADC0809N來(lái)實(shí)現(xiàn)。ADC0809N是8位、逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有地址鎖存控制的8路模擬開(kāi)關(guān)，應(yīng)用單一+5V電源，其模擬量輸入電壓的范

12、圍為0+5V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出為00HFFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100US，無(wú)須零或調(diào)整滿(mǎn)量程文獻(xiàn)2。 （4）控制器模塊：對(duì)于控制器的選擇有兩種方案。方案一：采用FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)列陣）作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由檢測(cè)模塊輸出的信號(hào)并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過(guò)程序設(shè)計(jì)控制電機(jī)做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不是很高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到

13、充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路布線(xiàn)復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。方案二：采用ATMEL公司的AT89C52作為系統(tǒng)的控制器。單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛文獻(xiàn)2?；谝陨戏治?，本設(shè)計(jì)選擇采用方案二，單片機(jī)控制的方框圖如圖1-1-2所示。在本設(shè)計(jì)中，AT89C52負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量是否合格，控制空氣凈化裝置和報(bào)警裝置。（5）指示燈模塊：采用發(fā)光二極管。（6）報(bào)警模塊方案一：采用單片機(jī)或可編程邏輯器件完成。由于本系統(tǒng)的控

14、制器是采用單片機(jī)的，使用單片機(jī)直接蜂鳴器，不僅可以有效地利用系統(tǒng)的資源、簡(jiǎn)化電路，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能。這樣大大增強(qiáng)了液體點(diǎn)滴監(jiān)控裝置的實(shí)用性。方案二：采用分立元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。用分立元件大大增加了電路的復(fù)雜程度，而且不能很好的實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警功能。基于以上分析，本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)了來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的報(bào)警功能。（7）空氣凈化裝置模塊： 采用活性碳和換氣箱。（8）電源模塊過(guò)去，汽車(chē)內(nèi)的電器較少，通常的12伏和14伏電源系統(tǒng)已能滿(mǎn)足需要，因此一直沿用了50年。然而，隨著電器和各種電子裝備的大量使用，14伏所能提供的功率，已滿(mǎn)足不了汽車(chē)的發(fā)展需要。42伏系統(tǒng)為車(chē)輛的結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了更大的可能性。使用42V電源系統(tǒng)

15、，發(fā)動(dòng)機(jī)的一些附件，如轉(zhuǎn)向助力泵、水泵、冷卻風(fēng)扇、空調(diào)壓縮機(jī)和氣泵等，可以直接由新的電源系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，從而減少空轉(zhuǎn)消耗，提高能源利用效率。此外，這些部件也可以從發(fā)動(dòng)機(jī)中分離出來(lái)，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的部件數(shù)量，改善設(shè)計(jì)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。對(duì)于電動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)，由電源直接驅(qū)動(dòng)，可以省去液壓或氣壓系統(tǒng)，帶來(lái)更好的駕駛舒適性和更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。  在本設(shè)計(jì)中由于裝置需要的功率不是很高，所以使用汽車(chē)內(nèi)的12V直流電源對(duì)其整個(gè)電路供電。1.2.3 系統(tǒng)組成經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析和論證，決定了各系統(tǒng)模塊的最終方案如下。（1）傳感器模塊： 采用空氣質(zhì)量傳感器；（2）數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊： 采用ADC0809N型芯片；（3）

16、控制模塊： 采用AT89C52控制；（4）指示燈模塊： 采用發(fā)光二極管(紅，綠)；（5）報(bào)警模塊： 采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。（6）空氣凈化裝置模塊： 采用采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)離子交換器；（7）電源模塊： 采用12V的汽車(chē)電源。1.3 本章小結(jié) 本章主要就本設(shè)計(jì)的基本要求和總體設(shè)計(jì)方案做了簡(jiǎn)單的介紹。同時(shí)還對(duì)各模塊的方案選擇做了詳細(xì)的論證第2章 空氣污染指數(shù)2.1 空氣污染指數(shù)的定義及分級(jí)限值 API（Air Pollution Index的英文縮寫(xiě)）是空氣污染指數(shù)，我國(guó)城市空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)API分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1文獻(xiàn)3： 表1 空氣污染指數(shù)對(duì)應(yīng)的污染物濃度限值 污染指數(shù)污染物濃度（毫克/立方米）APISO2（

17、日均值）NO2（日均值）PM10（日均值）CO（小時(shí)均值）O3（小時(shí)均值）500.0500.0800.050 50.1201000.1500.1200.150 100.2002000.8000.2800.350 600.4003001.6000.5650.420 900.8004002.1000.7500.5001201.0005002.6200.9400.6001501.200表2 空氣污染指數(shù)范圍及相應(yīng)的空氣質(zhì)量類(lèi)別 空氣污染指數(shù)API空氣質(zhì)量狀況對(duì)健康的影響建議采取的措施050優(yōu) 可正常活動(dòng)51100良101150輕微污染 易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀 心臟病和呼吸系統(tǒng)疾

18、病患者應(yīng)減少體力消耗和戶(hù)外活動(dòng)151200輕度污染201250中度污染 心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運(yùn)動(dòng)耐受力降低，健康人群中普遍出現(xiàn)癥狀 老年人和心臟病、肺病患者應(yīng)在停留在室內(nèi)，并減少體力活動(dòng)251300中度重污染>300重污染 健康人運(yùn)動(dòng)耐受力降低，有明顯強(qiáng)烈癥狀 老年人和病人應(yīng)當(dāng)留在室內(nèi)，避免體力消耗   2.2 空氣污染指數(shù)的計(jì)算方法：      基本計(jì)算式：           設(shè)I為某污染物的污染指數(shù)，C為該污染物的濃度。則：

19、     式中：C大與C?。涸贏(yíng)PI分級(jí)限值表（表1）中最貼近C值的兩個(gè)值，C大為大于C的限值，C小為小于C的限值。     I大與I?。涸贏(yíng)PI分級(jí)限值表（表1）中最貼近I值的兩個(gè)值，I大為大于I的值，I小為小于I的值。      全市API的計(jì)算步驟         a 求某污染物每一測(cè)點(diǎn)的日均值     式中：Ci為測(cè)點(diǎn)逐時(shí)污染物濃度，n為測(cè)點(diǎn)的日測(cè)試次數(shù) &#

20、160;   b 求某一污染物全市的日均值     式中：l為全市監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)     c 將各污染物的市日均值分別代入API基本計(jì)算式所得值，便是每項(xiàng)污染物的API分指數(shù)。     d 選取API分指數(shù)最大值為全市API。      全市主要污染物的選取         各種污染物的污染分指數(shù)都計(jì)算出以后，取最大者為該區(qū)域或城市的空氣污染指

21、數(shù)API，則該項(xiàng)污染物即為該區(qū)域或城市空氣中的首要污染物。     API = max(I1,I2IiIn）     假定某地區(qū)的PM10日均值為0.215毫克/立方米，SO2日均值為0.105毫克/立方米，NO2日均值為0.080毫克/立方米，則其污染指數(shù)的計(jì)算如下：按照表1，PM10實(shí)測(cè)濃度0.215毫克/立方米介于0.150毫克/立方米和0.350毫克/立方米之間，按照此濃度范圍內(nèi)污染指數(shù)與污染物的線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，即此處濃度限值C2 =0.150毫克/立方米，C3 =0.350毫克/立方米，而相應(yīng)的分指數(shù)值

22、I2 =100，I3 =200，則PM10的污染分指數(shù)為：     I （200100）/（0.3500.150）×(0.2150.150) +100132     這樣，PM10的分指數(shù)I =132；其它污染物的分指數(shù)分別為I =76（SO2），I =50（NO2）。取污染指數(shù)最大者報(bào)告該地區(qū)的空氣污染指數(shù)： API =max（132,76,50）=132 2.3 空氣質(zhì)量傳感器R0電壓與空氣污染程度參數(shù)與曲線(xiàn)圖此表所列為空氣質(zhì)量傳感器R0電壓與空氣污染程度參數(shù)R0電壓值空氣污染指數(shù)API質(zhì)量狀況012

23、mv050.優(yōu)1320mv51100良.2140mv101200輕度污染困倦無(wú)力4160mv201300中度污染精神恍惚>60mv>300嚴(yán)重污染強(qiáng)烈癥狀出現(xiàn)某些疾病.圖2-1 空氣質(zhì)量傳感器Rl電壓與空氣污染程度曲線(xiàn)圖 第3章 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì)3.1 空氣凈化系統(tǒng)的工作原理及電路設(shè)計(jì) 空氣凈化系統(tǒng)中使用活性炭，因?yàn)榛钚蕴烤哂袕?qiáng)大的吸附功能。而且體積小，使用方便，對(duì)于本系統(tǒng)是一個(gè)很不錯(cuò)的選擇。3.1.1 空氣凈化系統(tǒng)的工作原理在本文設(shè)計(jì)中采用活性炭的吸附跟負(fù)離子交換器來(lái)做為空氣凈化系統(tǒng)，凈化原理如圖3-1-1所示。串離子板墊風(fēng)扇活性碳過(guò)濾器離子交換器圖3-1-1 空氣凈化系

24、統(tǒng)示意圖 圖3-1-2 空氣凈化系統(tǒng)工作原理活性炭表面積大，具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)，有億萬(wàn)以上的納米孔，具有極強(qiáng)的吸附力，是竹炭等吸附力的5倍，具有凈化空氣、除濕、去味、殺菌等功效。 活性炭在世界上廣泛應(yīng)用于生化防毒面具、制藥、化學(xué)氣體清除、純凈水過(guò)濾等領(lǐng)域，技術(shù)成熟、安全可靠，無(wú)毒性和副作用?；钚蕴坑糜谖健艋覂?nèi)裝修材料及新購(gòu)家俱殘留的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨氣、氡氣及總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）等所有對(duì)人體有毒有害的氣體和空氣中的浮游細(xì)菌。具有吸味、去毒、除臭、去濕、防霉、殺菌、凈化等綜合功能。有效去除室內(nèi)各種異味。凈化空氣用的活性碳內(nèi)部有發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)和豐富的微孔組織，這些微孔組織具有

25、強(qiáng)大的吸附力場(chǎng)，當(dāng)空氣中的有毒有害氣體與活性炭接觸時(shí)，活性炭微孔強(qiáng)大的吸附力場(chǎng)，能將有毒氣有害體的分子吸附到微孔內(nèi)。當(dāng)利用活性炭?jī)艋諝鈺r(shí)，為了充分發(fā)揮活性炭的功效，人們往往強(qiáng)迫需要凈化的空氣，通過(guò)由活性碳制成的濾芯裝置，使污染空氣能充分與活性炭接觸，活性炭?jī)?nèi)部發(fā)達(dá)的微孔，就能迅速、完全、徹底地吸附空氣中有毒有害氣體，達(dá)到凈化空氣保護(hù)人體安全的目的。被吸附的有毒有害氣體的分子從活性碳的微孔中釋放出來(lái)的過(guò)程，叫活性碳的“脫附”，或者叫活性炭的“再生”。活性碳的“脫附”需要在特定的設(shè)備中，通過(guò)熱再生、化學(xué)洗脫、溶劑萃取再生、生物再生等復(fù)雜的工藝方法才能完成。因此，在本設(shè)備中，被吸附在活性碳微孔中的

26、有毒有害氣體分子，是不可能自己泄露出來(lái)的。負(fù)離子發(fā)生器，通過(guò)氣體放電產(chǎn)生大量的負(fù)離子，這些負(fù)離子一方面對(duì)人體健康有直接的有益作用，另一方面負(fù)離子可以對(duì)室內(nèi)環(huán)境中的污染物發(fā)生作用，使污染物濃度降低；3.2 74LS90N的工作原理 74LS90為中規(guī)模TTL集成計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)二分頻、五分頻和十分頻等功能，它由一個(gè)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。其引腳排列圖和功能表如下所示： 圖3-2-1 74LS90的引腳排列圖 圖3-2-2 74LS90的功能表 在設(shè)備運(yùn)行期間，單片機(jī)AT89S52將脈沖傳送入74LS90N。本設(shè)計(jì)中74LS90N直接通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制，具體電路如圖2-

27、2-1所示。圖3-2-3 74LS90N的連接電路74LS90是異步二五十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。圖3-2-4 74LS90引腳排列 圖3-2-5 管腳引線(xiàn)圖圖3-2-6 74LS90功能表通過(guò)不同的連接方式，74LS90可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助R0（1）、R0（2）對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助S9（1）、S9（2）將計(jì)數(shù)器置9。其具體功詳述如下：（1） 計(jì)數(shù)脈沖從CP1輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（2） 計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入，QDQLQH作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（3） 若將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入

28、，QD、QC、QB、QA作為輸出端，則構(gòu)成 異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（4） 若將CP1與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP2輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成 異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。（5） 清零、置9功能。a) 異步清零當(dāng)R0（1）、R0（2）均為“1”；S9（1）、S9（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA=0000。b) 置9功能當(dāng)S9（1）、S9（2）均為“1”；R0（1）、R0（2）中有“0”時(shí)，實(shí)現(xiàn)置9功能，即QDQCQBQA =1001. 3.3 ADC0809N的工作原理及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)ADC0809N 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種常用的8 路8 位A/D

29、 轉(zhuǎn)換器, 通常作為外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接, 要通過(guò)輸入、輸出指令, 選擇通道讀取信息。ADC0809有28個(gè)引腳。其中：IN0、IN1、IN7接8路模擬量輸入；ADDA、ADDB、ADDC接地址線(xiàn)，用以選定8路輸入中的一路。ALE是地址鎖存允許；Vref、Vref接基準(zhǔn)電源，在精度要求不太高的情況下，供電電源就用做基準(zhǔn)電源；START是芯片的起動(dòng)引腳，其上脈沖的下降沿起動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換；EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可用于向單片機(jī)申請(qǐng)中斷或供單片機(jī)查詢(xún)；OE是輸出允許端；CLK是時(shí)鐘端，因芯片的時(shí)鐘頻率最高只可工作于640Hz，故通常由單片機(jī)的ALE引腳經(jīng)分頻后接向該引腳；DB0DB7是數(shù)字量輸出

30、，LSB表示最低位，MSB表示最高位文獻(xiàn)2。ADDC ADDB ADDA 選通輸入通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN3 1 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN61 1 1 IN7圖3-3-1 ADC0809N內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 圖3-3-2 ADC0809N芯片圖3-3-3 ADC0809N管腳圖對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下： IN7IN0模擬量輸入通道 .ALE地址鎖存允許信號(hào),A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在

31、A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫(xiě)為ST. A、B、C地址線(xiàn)。 通道端口選擇線(xiàn)，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。CLK時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。 EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢(xún)的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。 D7D0數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線(xiàn)直接相連。D0為最低位，D7為最高 OE輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線(xiàn)呈高阻；OE=1，

32、輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 Vcc +5V電源。 Vref參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V). 在設(shè)備運(yùn)行期間，ADC0809N的具體連接電路如圖2-3-3所示。圖3-3-4 ADC0809N的連接電路CLK是時(shí)鐘端，因?yàn)锳DC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因芯片的時(shí)鐘頻率最高只可工作于640kHz ，AT89C52晶振頻率12MHz，故本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)AT89C52的ALE引腳經(jīng)74LS90N五分頻后接向該引腳。3.4報(bào)警電路原理及設(shè)計(jì)在設(shè)備運(yùn)行期間，當(dāng)單片機(jī)AT89C52檢測(cè)

33、到空氣質(zhì)量不合格時(shí)就會(huì)發(fā)出警報(bào)。本設(shè)計(jì)中報(bào)警電路直接通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制，具體電路如圖3-4-1所示。 圖3-4-1 報(bào)警電路蜂鳴器音量10cm/80分貝，電流15-20mA。在電路中電阻均為限流電阻。0.1uF的電容是為了濾掉電路中的波動(dòng)電壓。當(dāng)單片機(jī)P1.1端輸出高電平時(shí)，晶體三極管工作在放大狀態(tài)，極電流作用在蜂鳴器上，使蜂鳴器發(fā)出響聲。當(dāng)單片機(jī)P1.1端輸出低電平時(shí)，晶體三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，極電流為零，蜂鳴器無(wú)電流輸入，處于截止。3.5 控制器控制原理及接口設(shè)計(jì)3.5.1 AT89C52芯片介紹AT89C52中文簡(jiǎn)介：AT89C52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Byt

34、es ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。圖3-5-1 AT89C52芯片引角圖AT89C52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷

35、，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89C52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求文獻(xiàn)2。管腳說(shuō)明：名稱(chēng)管腳號(hào)類(lèi)型名稱(chēng)與功能Vss 20I地Vcc 40I電源： 提供掉電、空閑、正常工作電壓P0.0-0.7 39-32I/OP0口 ： P0口是開(kāi)漏雙向口，可以寫(xiě)為1 使其狀態(tài)為

36、懸浮用作高阻輸入。P0也可以在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié)，在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線(xiàn)，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉輸出1。P1.0-1.71-812I/OP1口： P1口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P1口寫(xiě)入1時(shí)，P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 P1口第2 功能：T2(P1.0) ： 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入/時(shí)鐘輸出。T2EX(P1.1) ： 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2重裝載/捕捉/方向控制。P2.0-2.721-28I/OP2口 ： P2口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O 口，向P2口寫(xiě)入1時(shí)，P2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入

37、口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高位字節(jié)和16位地址(MOVX DPTR)此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送1。當(dāng)使用8 位尋址方式(MOVRi)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P2口發(fā)送P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3.0-3.710-171011121314151617I/OP3口： P3口是帶內(nèi)部上拉的雙向I/O口，向P3口寫(xiě)入1時(shí)，P3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的P3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P3口還具有以下特殊功能：RxD(p3.0) ： 串行輸入口TxD(P3.1) ： 串行輸出口 外部中

38、斷0 外部中斷T0(P3.4) ： 定時(shí)器0 外部輸入T1(P3.5)： 定時(shí)器1 外部輸入 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)信號(hào) 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀信號(hào)RST9I復(fù)位： 當(dāng)晶振在運(yùn)行中，只要復(fù)位管腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期高電平即可復(fù)位，內(nèi)部有擴(kuò)散電阻連接到Vss ，僅需要外接一個(gè)電容到Vcc 即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。ALE 30O地址鎖存使能： 在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出脈沖鎖存地址的低字節(jié)，在正常情況下，ALE 輸出信號(hào)恒定為1/6 振蕩頻率。并可用作外部時(shí)鐘或定時(shí)，注意每次訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)時(shí)一個(gè)ALE 脈沖將被忽略。ALE 可以通過(guò)置位SFR 的auxlilary.0 禁止，置位后ALE 只能在執(zhí)行MOVX 指令時(shí)被激活。

39、29O程序存儲(chǔ)使能： 當(dāng)執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器代碼時(shí)， 每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)無(wú)效，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí) 無(wú)效。31I外部尋址使能/編程電壓： 在訪(fǎng)問(wèn)整個(gè)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)， 必須外部置低。如果為高時(shí)，將執(zhí)行內(nèi)部程序，除非程序計(jì)數(shù)器包含大于片內(nèi)FLASH 的地址。該引腳在對(duì)FLASH 編程時(shí)接5V/12V 編程電壓(Vpp)。 如果保密位1 已編程，在復(fù)位時(shí)由內(nèi)部鎖存。XTAL119I晶體1： 反相振蕩放大器輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路輸入。XTAL218表3-5-2 引腳介紹O晶體2： 反相振蕩放大器輸出3.5.3 單片機(jī)的控制原理及接口設(shè)計(jì) （1）單片機(jī)與分頻器的連接原理 AT

40、89C52的2口，7口向74LS90N的R（0），R（9）口輸入脈沖信號(hào)，74LS90N將單片機(jī)輸入的脈沖信號(hào)5分頻后通過(guò)QD口送入到ADC0809N的CLK口。（2）單片機(jī)與數(shù)模轉(zhuǎn)換連接原理 AT89C52通過(guò)P2.7口，WR口，RD口向數(shù)模ADC0809N讀取信號(hào)，因?yàn)锳DC0809N的OE口，START口在工作期間都是高電頻有效，而ADC0809N的ALE口低電頻有效，所以在讀取過(guò)程中需要建立二個(gè)或非門(mén)，1個(gè)非門(mén)。然后ADC0809N通過(guò)D0D7口所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)送入AT89C52的P0.0P0.7口，由AT89S52來(lái)判斷空氣質(zhì)量是否合格。（3）指示燈電路 在A(yíng)T89C52的P2.0/

41、A8口接綠指示燈，當(dāng)AT89C52判斷空氣質(zhì)量合格時(shí)，使P2.0/A8口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)讓其亮起。在A(yíng)T89C52的P2.4/A12口接紅指示燈，當(dāng)AT89C52判斷空氣質(zhì)量不合格時(shí)，使P2.4/A12口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)讓其亮起。（4）報(bào)警電路在A(yíng)T89C52的P1.1/T2EX口接上一個(gè)報(bào)警電路，當(dāng)AT89C52判斷到空氣質(zhì)量不合格時(shí)，使P1.1/T2EX口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使蜂鳴器發(fā)聲，發(fā)聲的時(shí)間由AT89C52來(lái)控制。（5）單片機(jī)的空氣凈化裝置控制原理在A(yíng)T89C52的.P1.3口接上空氣凈化裝置，當(dāng)AT89C52判斷到空氣質(zhì)量不合格時(shí)，使.P1.3口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使其工作文獻(xiàn)4。3.6 電源模塊在電

42、子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。本文設(shè)計(jì)中的直流電源可以使用12V的汽車(chē)電源。3.7 本章小結(jié) 本章主要就各個(gè)模塊的工作原理及電路設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹，具體的內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分：（1）對(duì)空氣凈化裝置中的主要成份活性炭跟負(fù)離子做了簡(jiǎn)單的介紹。（2）對(duì)74LS90N芯片做了簡(jiǎn)單的介紹。（3）對(duì)ADC0809N芯片做了簡(jiǎn)單的介紹。（4）就AT89C51做了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)單片機(jī)的控制原理做了詳細(xì)的說(shuō)明。（5）最后就報(bào)警電路做了詳細(xì)的說(shuō)明。圖2-7-5 直流穩(wěn)壓電源整體電路第4章 控制面板設(shè)計(jì)、裝置安裝及使用說(shuō)明4.1 控制面板設(shè)計(jì)控制面板上共有1個(gè)按鍵和2個(gè)狀態(tài)燈，電源開(kāi)關(guān)采用普通機(jī)械開(kāi)

43、關(guān)，手動(dòng)采用旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。具體樣圖如圖4-1所示。圖4-1 控制面板圖4.2 裝置安裝（1）電路及空氣凈化系統(tǒng)全部安裝在設(shè)備內(nèi)。（2）空氣質(zhì)量傳感器固定在裝置內(nèi)部的右側(cè)通風(fēng)口，讓其能準(zhǔn)確的檢測(cè)到空氣質(zhì)量，空氣凈化系統(tǒng)則固定在裝置內(nèi)部的左側(cè)，讓處理完的空氣從左通風(fēng)口送出由于傳感器工作一段時(shí)間后，透鏡表面會(huì)吸附塵埃、油污，這些引起檢測(cè)質(zhì)量會(huì)減低，甚至無(wú)法檢測(cè)。所以在安裝的過(guò)程還應(yīng)注意到防塵。4.3 裝置的使用說(shuō)明對(duì)裝置的使用說(shuō)明在這只做一簡(jiǎn)單介紹。由于使用者一般大部分操作都在面板上執(zhí)行，因此在這我針對(duì)面板來(lái)說(shuō)明裝置的使用方法。電源開(kāi)關(guān)：按一下“電源開(kāi)關(guān)”則接通電源，面板上的電源指示燈亮；再按一下則斷開(kāi)

44、電源，指示燈滅。狀態(tài)燈有2個(gè)，一個(gè)為電源開(kāi)關(guān)，2個(gè)為信號(hào)燈。第5章 硬件調(diào)試及展望5.1 硬件調(diào)試在電路調(diào)試中主要是對(duì)傳感器部分電路和空氣凈化裝置驅(qū)動(dòng)部分電路進(jìn)行調(diào)試。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，因此電路及設(shè)備并沒(méi)有進(jìn)行硬件調(diào)試，這也是本設(shè)計(jì)中最大的不足。5.2 展望設(shè)計(jì)一個(gè)空氣質(zhì)量檢測(cè)和空氣處理系統(tǒng)。由單片機(jī)來(lái)判斷空氣質(zhì)量是否合格。如果不合格則驅(qū)動(dòng)空氣凈化裝置。能通過(guò)空氣凈化裝置，快速的將汽車(chē)內(nèi)的不良空氣凈化。讓車(chē)內(nèi)的人覺(jué)得舒適，安逸。此設(shè)備也可用于室內(nèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)原理可以設(shè)計(jì)出大型設(shè)備，以便有更廣泛的使用空間?？偨Y(jié)本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C52為核心部分，通過(guò)空氣質(zhì)量傳感器檢測(cè)空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，

45、利用ADC0809N的數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)將空氣的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)軟件的編程實(shí)現(xiàn)判斷空氣質(zhì)量是否合格，同時(shí)控制空氣凈化裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的處理。由于設(shè)備的原因未能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)試，從而難已找到系統(tǒng)的錯(cuò)誤及不足。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，讓我對(duì)很多新的器件有了一定的了解，同時(shí)遇見(jiàn)了很多以前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)復(fù)習(xí)，使自己的基礎(chǔ)知識(shí)得到了一定的鞏固。這次設(shè)計(jì)中讓我感受最大的是通過(guò)查找資料及編寫(xiě)論文，使我的思維開(kāi)闊了很多，同時(shí)解決問(wèn)題的能力得到了很大的提高。致 謝本文是在指導(dǎo)老師羅勇老師的悉心指導(dǎo)下完成的。羅勇老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的敬業(yè)精神給我留下了終生難忘的印象。特別是經(jīng)常利用其休息時(shí)間給其學(xué)生指導(dǎo)，筆者倍受感動(dòng)。在此，筆者謹(jǐn)向指導(dǎo)老師表示衷心的感謝。此次論文的順利完成，除了得到知道老師的幫助外，還得到了許多同學(xué)的幫助。論文設(shè)計(jì)期間還得到了我的合作者湯潔同學(xué)等其他許多同學(xué)的幫助，在此一并向這些老師和同學(xué)們表示感謝。 畢業(yè)論文完成之時(shí)，也是即將畢業(yè)之時(shí)。學(xué)校四年的學(xué)習(xí)和生活，為我以后的人生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)