论文总字数：17454字

摘 要

随着经济增长步伐的加快,现代化进程的提升,人们生活水平的不断改善,空气质量问题也已引起人们的关注,无论是空气中漂浮的颗粒物,还是存在于空气中的有毒有害气体，都直接影响着人们的健康。因此，空气净化器的出现具有重要意义，它能有效改善居住环境，减少空气污染物对健康的侵害。

以C8051F020单片机为控制核心，利用DHT11温湿度传感器、QS-01空气质量传感器、GP2Y1010AU0F PM2.5传感器检测到的信号来控制电机的工作状态，从而实现空气净化功能。本论文首先介绍了研究的背景、内容和意义，紧接着设计了系统控制方案，然后介绍了器件的选型，最后设计了硬件的各个模块，分别是电源控制模块、电机模块、数据采集模块、液晶显示模块、按键模块等模块，并利用AD6绘制原理图，在此基础上实现了运行与调试。

关键词： 空气净化器 C8051F020单片机 控制系统 传感器 功能模块

Design the hardware of Air-purifier

Abstract

With the rapid of economic development, the acceleration of modernization, improvement of people's living standards, air quality has also been a cause for concern, whether it is particulate matter floating in the air or toxic gases present in the air, having a direct impact on people's health. Thus, the emergence of air purifier is important, and it can effectively improve the living environment, and reduce health violations form air pollutants.

In C8051F020 microcontroller core, using signal detected by DHT11 temperature and humidity sensors, QS-01 air quality sensor, GP2Y1010AU0F PM2.5 sensors to control the motor working condition in order to achieve air purification function. Firstly, this paper introduces the background, content and significance of the study, then, designs the system control program, and then introduces the selection of the device, the last designs each module hardware, the modules include control module, motor module, data acquisition Module LCD module, button module, etc .drawing schematic using AD6 .On this basis, this has achieved the running and debugging of control systems using software.

Keywords: Air purifiers; C8051F020 microcontroller; Control systems; Sensors; Functional module

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究的背景 1

1.2 研究的内容和意义 2

1.3 研究现状 2

1.3.1亚都空气净化器 2

1.3.2 美的空气净化器 3

1.3.3 小米空气净化器 4

1.3.4 飞利浦空气净化器 4

第二章 控制系统的总体设计 5

2.1 C8051F020单片机 5

2.1.1 C8051F020单片机简介 5

2.1.2 C8051F020的引脚配置 5

2.1.3 C8051F020单片机特点说明 7

2.2 系统的控制功能要求和总体结构 7

2.2.1 空气净化器的功能 7

2.2.2 控制系统模块整体结构 8

2.2.3 空气净化器的原理框图 9

第三章 空气净化器硬件系统选型 11

3.1 系统的设备选型 11

3.2 数据采集系统 11

3.2.1 数据采集的结构图 11

3.2.2 PM2.5传感器 12

3.2.3 温湿度传感器 14

3.2.4 空气质量传感器 15

3.3 液晶选型 16

3.4 电机选型 19

第四章 硬件模块设计 20

4.1 硬件模块总体结构 20

4.2 C8051F020单片机最小系统的设计 20

4.3 电源控制模块设计 21

4.3.1 电源模块的结构 21

4.3.2 电源电路设计 22

4.4 数据采集模块的设计 23

4.4.1 PM2.5传感器电路的设计 23

4.4.2 温湿度传感器电路的设计 24

4.4.3 空气质量传感器电路的设计 24

4.4 电机控制模块设计 24

4.5 液晶显示模块设计 25

4.6 按键模块设计 26

4.6.1 复位按键电路 26

4.6.2 功能按键电路 27

4.7 仿真和程序下载设计 27

4.8 开发板上的调试 28

第五章 总结 30

参考文献 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1研究的背景

随着经济增长步伐的加快，人们生活水平的不断改善，空气质量问题也逐渐受到了关注。由于空气中的污染物无法用肉眼看出，所以很难刻意的规避。与此同时，空气中具有很多对人体有害的污染物,并且这些有害的物质通过一定的渠道进入人体，严重危及着人们的健康，增加疾病的发病率和死亡率。即便呆在室内依然躲不掉它的侵害，由于城市化水平的提高，房子成为了重要的选择，然而，在现代化技术的支撑下，该建筑是封闭越来越好，所以室内空气和室外空气循环是低的，交换是越来越少了，也容易引起室内污染物的积累，从而导致室内空气污染。如今，室内的空气污染成为影响人们健康的首要因素。 从20世纪70年代开始，我国就已经针对工业产生中出现的污染源采取了治理措施。在接下来的时间里，国家不断加大对环保的投入和人们环保意识的提高，他们对自身的生活环境的重视达到了前所未有的程度。研究表明，室内的环境污染一般会比室外的空气污染的危害更为严重，空气中含有细菌、微粒、病毒和其它有害物质，长年累月的积累，达到一定程度之后会严重威胁着人们的身体健康，尤其是长时间处在密不通风的室内的人，对他们的危害更大，健康大大受到影响^[1]。

据有关国际组织调查统计，世界上大约30%的建筑物中均发现对人们健康有害的室内空气。据调查数据分析，由于室内空气污染而导致的身体健康受到影响的问题逐年增加，据报道，从一个新建的建筑物里检测到了aliphatic hydrocarbons、aromatic hydrocarbons和haloalkane等14种挥发性有机化合物，从结果可以看出，7月份的室内空气中的含量达1299μg/m³，而室外的仅仅为25.5μg/m³，从数据可以看出挥发性有机化合物的污染很大程度影响着室内空气质量，这必须认真对待^[2]。一直以来，国家卫生、建设、环保等部门都在对室内装修市场进行调查，结果发现了68%的装修材料具有带有毒性的气体，并且挥发性有机化合物高达300多种，其中甲醛、苯、氨等有机化合物人体能明显感觉，并作出反应，或是刺鼻，吸入时间长就会头晕，恶心等反应。通过调查表明，空调、建筑、装修材料、办公设备和家用电器等严重污染着空气质量^[3]。

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