基于单片机的艾灸烟雾处理机控制系统设计

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　　摘  要：为了解决艾灸床类医疗设备的烟雾对环境的污染问题，使用单片机设计了艾灸烟雾处理机控制系统。本控制系统设计以AT89C52为主控芯片，采用DC1080数字温湿度传感器、GY-SGP30空气质量传感器和GP2Y1014AU粉尘传感器构建硬件部分，结相应的控制算法，设计了针对艾灸床用的烟雾处理机控制系统。该系统通过键盘输入的方式设定工作时间，同时也兼具报警的功能。使得机器能够自动进行工作无需人工干预。通过对控制系统的合理设计规划，使得键盘操作十分简单。
　　关键词：单片机;烟雾除尘;电磁阀;控制系统
　　中图分类号：TP273         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）05-0091-02
　　Abstract： In order to solve the problem of environmental pollution caused by smoke from medical equipment of moxibustion bed， a control system of moxibustion smoke processor was designed by using single-chip microcomputer. The control system takes AT89C52 as the main control chip， uses DC1080 digital temperature and humidity sensor， GY-SGP30 air quality sensor and GP2Y1014AU dust sensor to construct the hardware part， combines the corresponding control algorithm， and designs the smoke processor control system for moxibustion bed. The system not only sets the working time by keyboard input， but also has the function of alarm， thus enabling the machine to work automatically without human intervention. Through the reasonable design and planning of the control system， the keyboard operation is very simple.
　　Keywords： single chip microcomputer; smoke dust removal; solenoid valve; control system
　　烟雾除尘是通过鼓风机将烟尘产生源头吸入除烟箱中，并通过化学和物理的方法进行过滤、吸附或者发生化学反应从而将烟尘中的污染物以及有毒有害物质除去的过程。该控制系统的设计主要是根据实际除去烟尘的工作流程以及工作环境的要求，进行自动控制鼓风机、各个电磁阀的工作顺序和时间来切换相应的工作状态，从而完成吸气、吸附、排气的工作流程，间断性工作，实现自动化除去烟尘的功能。有效提高了有害物质的吸附效率，减轻了烟尘对人体的伤害以及对环境的污染。
　　1 烟雾除尘机面临的技术问题
　　传统的除尘装置在进行工作时，具有以下的技术问题：（1）缺少对烟尘中污染物的净烟处理，污染问题没有得到解决。（2）缺少监控系统，无法进行报警，容易引发安全事故。（3）自动化程度低，无法进行定时工作，效率低下。（4）传统的除尘机体型大，安装、移动不方便。
　　2 控制系统方案设计
　　2.1 控制要求
　　该系统中有四个电磁阀，分别定义为X1～X4，将上文所述的三个状态分别定义为状态1、状态2、和状态3，当启动按钮刚按下时，X1动作，鼓风机低速运行，运行5秒后，进入高速运行状态。如果状态1达到了预设的时间，将X1关闭，X2、X3动作，同时X1将间隔0.5秒进行开启和关闭，循环执行3次。之后，再次回到状态1。X4可设置工作间隔时间，一般为30分钟开启一次，每次1～2分钟。而由于单片机无法直接驱动电磁阀，所以采用继电器的方式驱动电磁阀。
　　2.2 硬件电路设计
　　电源部分采用24V-5V开关电源供电，既满足了电磁阀的驱动电压，又能给单片机提供5V电源。主控芯片采用STC89C52型号单片机，系统时钟由12MHz49S型无源晶振提供，温湿度显示由0.36英寸四位红色共阴数码管显示，4×4矩阵键盘按钮输入，DC1080数字温湿度检测电路、GY-SGP30空气质量检测电路和GP2Y1014AU粉尘传感器检测电路。主要电路分为主控芯片连接电路图、温湿度显示电路、空气质量检测电路、粉尘检测电路、键盘输入电路以及蜂鸣器报警电路，电磁阀四个。
　　其中最小系统电路由复位电路、晶振电路组成。如图1所示：
　　DC1080数字温湿度传感器检测电路，其数据输出为串行数据，单总线，对时序要求控制比较严格，可通过数据手册查的所要求时序，在程序中将温湿度读取出来。温湿度显示电路主要通过对两个74HC573锁存器芯片来控制两个四位数码管（两个温度显示，一个湿度显示）。使用74HC573芯片的好处在于能够大大节省I/O口，同时成本也不高。如图2所示：
　　蜂鸣器报警电路通过控制单片机的一个I/O口控制PNP三极管的导通，使蜂鸣器发出响声报警。如图3所示。
　　2.3 软件程序的设计
　　2.3.1 电磁阀驱动模块
　　该模块的主要目的是完成对电磁阀的控制，实现状态的切换。主要利用的是定时器通过统计具体思路如图4所示。
　　2.3.2 电机驱动模块
　　在大功率电机启动过程中，应当首先以低速运行维持一段时间后，在切换至高速运行。防止瞬间启动电流过大造成对硬件的破坏。程序中设置了低速启动时间，一旦达到时间后，电机将转换为高速运行状态。
　　2.3.3 传感器模块以及显示模块
　　DC1080、GY-SGP30与GP2Y1014AU输出均为串行数据，单总线。因此分别设置两个I/O口作为总线进行数据传输，传输过程主要为读取两者内部寄存器的值。在主函数中设置定时任务，每隔两秒执行读取函数，确保了数据的正确性。显示模块则主要是利用中断服务程序刷新数码管，使动态显示更加稳定。
　　2.3.4 时间控制模块
　　系统启动后，进行中断初始化，并开始计时，通过计时所得数值，传递给显示模块，将开机后，系统运行的时间反馈给数码管显示，同时该模块还将所记录的时间赋值给一个全局变量，方便其他函数的定时任务。
　　3 烟雾除尘机的流程图
　　程序的控制流程如圖5所示。
　　4 结束语
　　本烟雾处理机设计主要以单片机为核心，通过时间触发的控制方式，对电磁阀进行时间控制，从而达到整个完整的除烟去尘的自动化控制，将极大地提高除烟去尘的效率。除此之外，报警系统将提高整个流程的安全可靠性，将改善设备的使用环境，有利于环境的保护。
　　参考文献：
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　　[2]冯媛硕，宋吉江.基于单片机的温湿度检测控制系统设计[J].山东理工大学学报（自然科学版），2014（1）：19-23.
　　[3]胡天明，等.基于DS18B20的数字温度计设计及应用[J].黑龙江工程学院院报（自然科学版），2008（02）：59-62.
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