论文部分内容阅读
【摘 要】介绍了基于AVR单片机ATMEGA8的空气消毒机系统的功能及设计原理，并给出了具体的设计方案，包括系统的硬件电路设计和软件设计。该消毒机不仅具有臭氧、紫外线和高效滤器组成的三重杀菌消毒功能，还能实时检测并显示室内空气质量情况。此仪器经投入使用后，具有运行稳定可靠，适应性好等优点。
【关键词】AVR单片机；臭氧；紫外线；消毒
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-8283(2009)03-0099-01
高浓度的臭氧对人体有一定的危害，它能刺激人的呼吸道，造成呼吸系统疾病；造成人的神经中毒，引起头晕头疼、视力下降等。因此我们在消毒机设计中，对臭氧的产生时间和浓度进行了控制，并研究设计了消除臭氧的催化装置，避免了高浓度臭氧的产生，使得臭氧消毒可在有人的环境中进行。紫外线也具有杀菌消毒的功能。紫外线消毒具有高效率、广谱性、低成本、长寿命和无二次污染的特点，是国际上公认的主流消毒技术。紫外线杀菌波段主要介于200nm～300nm之间，其中以253.7 nm波长的杀菌能力最强
1 芯片介绍
本消毒柜采用ATMEGA16L控制，ATMEL公司生产的mega16L是一款比较理想的芯片，它的内部集成了较大容量的存储和丰富强大的硬件接口电路，具备了AVR高档单片机的MEGE系的全部性能和特点，具有丰富的片内资源，使系统简洁可靠；运算速快，能达到1Mips的处理速度，有利于实现智能控制算法；1、AVR片机中的mega系列具有超强的抗干扰能力，增强了产品的安全可性。
具有高效、廉价的高级语言开发环境，便于功能的扩展与变，极大的缩短了开发周期
非常适合本系统的开发。由于利用了芯片在系统编程(ISP)功能，因此不需要移动芯片。在软件设计时设计成：旦代码文件被重新编过，即自动下载到芯片，并自动复位运行，是真的“所编即所得”。
2 硬件系统设计
系统以AVR单片机ATMEGA16L为控制核心，外围电路针对单机的功能特点而设计，充分利用了单片机片内资源丰富的特点，简了外围电路，提高了可靠性。下面对其中的主要功能模块与硬件可性技术逐一分析。
控制电路部分本课题的电磁阀的工作电压为5V，通过驱动路管脚输出低电平来驱动光耦发光，从而启动加热器或进水泵的工。锅壁加热器：工作时，控制并保持锅壁的温度；蒸汽发生器加热工作时，控制并保持蒸汽发生器的温度；真空泵：对锅内进行真空作和干燥时进行干燥；加水水泵(加水到储水箱)：从外面加水到储箱；进水水泵(往蒸汽发生器进水)：从储水箱打水到蒸汽发生器；是以锅内进水水泵为例，锅内加热棒、蒸汽发生器、真空泵和水泵工作原理图相同。高电平不会驱动的LED，是在输出驱动IC68595的POUT3脚输出为低的时候发光，并通过电磁阀启动进泵工作。控制电路中的PZ1和PZ2，R13和R5是限流电阻。真空作时，真空泵工作阀先通电1秒，后真空泵通电，真空泵通电5秒后排气阀通电。
菌类吸收紫外线能量后，引起DNA分核蛋白之间的链断裂而使细菌灭亡。在消毒机设计时，我们把臭氧和紫外线设计成双重消毒，并在机器中安装了高效碳滤网，可以有效地清
除空气中的粉尘和杂质、二手烟，油烟等异味。因此该消毒机具有三重灭菌消毒功能，在杀菌消毒的同时可净化空气。
3 控制系统设计
在消毒机的控制系统设计中，主要有三大控制模块，实现遥控控制、通过继电器组对臭氧和紫外线以及不同工作模式下风机的运行状态的自动控制、空气质量的检测以及液晶显示等功能。控制系统原理框图如图1所示，其核心为ATMEGA8单片机。ATMEGA8是ATMEL公司推出的一款高性能、低功耗的8位AVR高档单片机。ATMEGA8的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备高档单片机全部性能和特点，但其价格仅与低档单片机相当。它的高性能低价格，使其在产品市场上具有强大的竞争力，应用领域非常广阔。
整个系统采用遥控器控制，针对不同的室内环境和杀毒效果，系统分“清新”、“标准”、“强效”三种工作模式。开机默认“标准”模式，开机后由用户根据环境自行遥控操作；用LCD实时显示室内空气质量和系统运行状态，为用户提供便利的操作界面考虑到高浓度臭氧对人体有害，由程序控制在强效模式下臭氧发生器的运行时间，每隔30s开启一次，持续运行15s，这样在消除臭氧的催化装置和软件控制双重控制下，既保证臭氧的消毒杀菌作用，又避免了其对人体的危害。
液晶显示部分主要显示参数，可显示三种工作模式、室内动态空气质量情况及相应的图像表示、寿命提示以及设定的定时关机时间。其中室内空气质量情况用清新度和洁净度指数来诠释，并用各指数对应的进度条的格数以及相应的笑脸、苦脸和哭脸分别来显示空气质量的好坏，十分形象直观。在控制系统设计中主要采用LCD驱动器HT1621来驱动控制液晶显示。HT1621作为一种新型段式液晶显示器驱动芯片，可以驱动4位128段LCD液晶显示参数
检测模块设计室内空气质量采用QS-01空气质量传感器和PPD4NS烟尘传感器进行实时监测。QS-01是一种二氧化锡半导体气体传感器，可检测多种污染性气体，灵敏度高，感应特性较好由实验和传感器的特性得知：空气质量的污染程度与电阻RL2008年第6期基于AVR单片机的消毒机控制系统设计·45·
Fig.4 Circuit of output module比例关系，即电压值越高，污染程度越高，空气质量越差。Fig.6 Standard circuit of QS-01烟尘的检测采用日本进口的PPD4NS粉尘传感器该传感器可高感度且稳定地检测出1mm以上的微小粒子。PPD4NS是基于与粒子计数器相同的光散乱原理，每个粒子在光照下散射产生的光脉冲通过光电转换器转化成为信号幅度较大的电脉冲。当无时，粉尘传感器输出高电平，当有颗粒物时，传感器输出负脉冲信号在电路设计中将传感器信号输出端接在单片机的外部中断INT0输入端，通过测量负脉冲持续的时间长短来测定单位时间内颗粒物的浓度。通过调试可确定不同的颗粒物浓度对应洁净度指数的进度条格数。
软件设计：软件主要控制各模块的功能实现，主要完成对红外遥控信号接收、液晶显示、工作模式运行状态(即继电器组的开关状态)、空气质量检测、定时关机以及对EEPROM进行读写来实现寿命提示等功能的控制。所示为遥控中断子程序的程序流程图。
Fig.8 Interrupt subroutine flowchart
参考文献：
[1]张建海，高文卓.基于PIC单片机的空气净化器控制系统
[2]邱超，李晓华，陈兴洲.自动空气杀菌消毒机设计与控制实现[J].机电产品开发与创新，2007，20(2)：50～52
[3]马潮，詹卫前，耿德根.ATmega8原理及应用手册[M].北京：清华大学出版社，2002：7
[4]唐日泉，袁景淇，邱宪波.液晶驱动芯片HT1621及其在便携式血糖仪中的应用[J].微型电脑应用，2003，19(5)：22～24
【关键词】AVR单片机；臭氧；紫外线；消毒
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-8283(2009)03-0099-01
高浓度的臭氧对人体有一定的危害，它能刺激人的呼吸道，造成呼吸系统疾病；造成人的神经中毒，引起头晕头疼、视力下降等。因此我们在消毒机设计中，对臭氧的产生时间和浓度进行了控制，并研究设计了消除臭氧的催化装置，避免了高浓度臭氧的产生，使得臭氧消毒可在有人的环境中进行。紫外线也具有杀菌消毒的功能。紫外线消毒具有高效率、广谱性、低成本、长寿命和无二次污染的特点，是国际上公认的主流消毒技术。紫外线杀菌波段主要介于200nm～300nm之间，其中以253.7 nm波长的杀菌能力最强
1 芯片介绍
本消毒柜采用ATMEGA16L控制，ATMEL公司生产的mega16L是一款比较理想的芯片，它的内部集成了较大容量的存储和丰富强大的硬件接口电路，具备了AVR高档单片机的MEGE系的全部性能和特点，具有丰富的片内资源，使系统简洁可靠；运算速快，能达到1Mips的处理速度，有利于实现智能控制算法；1、AVR片机中的mega系列具有超强的抗干扰能力，增强了产品的安全可性。
具有高效、廉价的高级语言开发环境，便于功能的扩展与变，极大的缩短了开发周期
非常适合本系统的开发。由于利用了芯片在系统编程(ISP)功能，因此不需要移动芯片。在软件设计时设计成：旦代码文件被重新编过，即自动下载到芯片，并自动复位运行，是真的“所编即所得”。
2 硬件系统设计
系统以AVR单片机ATMEGA16L为控制核心，外围电路针对单机的功能特点而设计，充分利用了单片机片内资源丰富的特点，简了外围电路，提高了可靠性。下面对其中的主要功能模块与硬件可性技术逐一分析。
控制电路部分本课题的电磁阀的工作电压为5V，通过驱动路管脚输出低电平来驱动光耦发光，从而启动加热器或进水泵的工。锅壁加热器：工作时，控制并保持锅壁的温度；蒸汽发生器加热工作时，控制并保持蒸汽发生器的温度；真空泵：对锅内进行真空作和干燥时进行干燥；加水水泵(加水到储水箱)：从外面加水到储箱；进水水泵(往蒸汽发生器进水)：从储水箱打水到蒸汽发生器；是以锅内进水水泵为例，锅内加热棒、蒸汽发生器、真空泵和水泵工作原理图相同。高电平不会驱动的LED，是在输出驱动IC68595的POUT3脚输出为低的时候发光，并通过电磁阀启动进泵工作。控制电路中的PZ1和PZ2，R13和R5是限流电阻。真空作时，真空泵工作阀先通电1秒，后真空泵通电，真空泵通电5秒后排气阀通电。
菌类吸收紫外线能量后，引起DNA分核蛋白之间的链断裂而使细菌灭亡。在消毒机设计时，我们把臭氧和紫外线设计成双重消毒，并在机器中安装了高效碳滤网，可以有效地清
除空气中的粉尘和杂质、二手烟，油烟等异味。因此该消毒机具有三重灭菌消毒功能，在杀菌消毒的同时可净化空气。
3 控制系统设计
在消毒机的控制系统设计中，主要有三大控制模块，实现遥控控制、通过继电器组对臭氧和紫外线以及不同工作模式下风机的运行状态的自动控制、空气质量的检测以及液晶显示等功能。控制系统原理框图如图1所示，其核心为ATMEGA8单片机。ATMEGA8是ATMEL公司推出的一款高性能、低功耗的8位AVR高档单片机。ATMEGA8的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备高档单片机全部性能和特点，但其价格仅与低档单片机相当。它的高性能低价格，使其在产品市场上具有强大的竞争力，应用领域非常广阔。
整个系统采用遥控器控制，针对不同的室内环境和杀毒效果，系统分“清新”、“标准”、“强效”三种工作模式。开机默认“标准”模式，开机后由用户根据环境自行遥控操作；用LCD实时显示室内空气质量和系统运行状态，为用户提供便利的操作界面考虑到高浓度臭氧对人体有害，由程序控制在强效模式下臭氧发生器的运行时间，每隔30s开启一次，持续运行15s，这样在消除臭氧的催化装置和软件控制双重控制下，既保证臭氧的消毒杀菌作用，又避免了其对人体的危害。
液晶显示部分主要显示参数，可显示三种工作模式、室内动态空气质量情况及相应的图像表示、寿命提示以及设定的定时关机时间。其中室内空气质量情况用清新度和洁净度指数来诠释，并用各指数对应的进度条的格数以及相应的笑脸、苦脸和哭脸分别来显示空气质量的好坏，十分形象直观。在控制系统设计中主要采用LCD驱动器HT1621来驱动控制液晶显示。HT1621作为一种新型段式液晶显示器驱动芯片，可以驱动4位128段LCD液晶显示参数
检测模块设计室内空气质量采用QS-01空气质量传感器和PPD4NS烟尘传感器进行实时监测。QS-01是一种二氧化锡半导体气体传感器，可检测多种污染性气体，灵敏度高，感应特性较好由实验和传感器的特性得知：空气质量的污染程度与电阻RL2008年第6期基于AVR单片机的消毒机控制系统设计·45·
Fig.4 Circuit of output module比例关系，即电压值越高，污染程度越高，空气质量越差。Fig.6 Standard circuit of QS-01烟尘的检测采用日本进口的PPD4NS粉尘传感器该传感器可高感度且稳定地检测出1mm以上的微小粒子。PPD4NS是基于与粒子计数器相同的光散乱原理，每个粒子在光照下散射产生的光脉冲通过光电转换器转化成为信号幅度较大的电脉冲。当无时，粉尘传感器输出高电平，当有颗粒物时，传感器输出负脉冲信号在电路设计中将传感器信号输出端接在单片机的外部中断INT0输入端，通过测量负脉冲持续的时间长短来测定单位时间内颗粒物的浓度。通过调试可确定不同的颗粒物浓度对应洁净度指数的进度条格数。
软件设计：软件主要控制各模块的功能实现，主要完成对红外遥控信号接收、液晶显示、工作模式运行状态(即继电器组的开关状态)、空气质量检测、定时关机以及对EEPROM进行读写来实现寿命提示等功能的控制。所示为遥控中断子程序的程序流程图。
Fig.8 Interrupt subroutine flowchart
参考文献：
[1]张建海，高文卓.基于PIC单片机的空气净化器控制系统
[2]邱超，李晓华，陈兴洲.自动空气杀菌消毒机设计与控制实现[J].机电产品开发与创新，2007，20(2)：50～52
[3]马潮，詹卫前，耿德根.ATmega8原理及应用手册[M].北京：清华大学出版社，2002：7
[4]唐日泉，袁景淇，邱宪波.液晶驱动芯片HT1621及其在便携式血糖仪中的应用[J].微型电脑应用，2003，19(5)：22～24