基于STM32单片机的空气净化器毕业设计

毕业设计学生姓名：，学号：学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化题目：基于单片机的办公室用空气净化器控制系统设计指导教师：评阅教师：2017年6月毕业设计中文摘要随着我国现代化进程的脚步不断加快，各地方PM2.5值居高不下。针对这一现象，本课题以STM32单片机为控制核心，首先对国内外空气净化器做了具体分析，给出了一种电压可调式的办公室用空气净化器总体设计方案；其次，根据市场需求及方案可行性对比，对MCU最小系统单元、TFT_LCD液晶显示模块、L298N驱动模块、DHT11温湿度传感器、SDS011激光传感器进行了硬件电路设计，搭建了完整的硬件平台；再次，基于嵌入式操作系统采用模块化编程的方式，完成了对主程序、显示子程序、PWM输出子程序、数据采集子程序、上位机控制台操作子程序等设计；最后，进行空气净化器的整体测试，据试验结果可知，本设计实现了数据采集、触屏控制、档位选择、开关机设定、无线通信等功能。关键词STM32单片机空气净化器液晶显示激光传感器触屏控制毕业设计外文摘要TitleDesignofOfficeAirPurifierControlSystemBasedonSingleChipMicrocomputerAbstractWiththedevelopmentofChina'smodernizationpacecontinuestoaccelerate,thelocalPM2.5valueisveryhigh．Inviewofthisphenomenon，ThispaperusesSTM32MCUascontrolcore，Firstofalldomesticandinternationalairpurifierhasdoneadetailedanalysis，Avoltageadjustableofficewiththeoveralldesignschemeofairpurifier．Secondly，Accordingtothemarketdemandandthefeasibilityofschemecomparison，AminimumsystemofMCUunit，TFT_LCDliquidcrystaldisplaymodule，TheL298Ndrivermodule，DHT11temperatureandhumiditysensor，SDS011lasersensorwasdesigned，Ithasbuiltacompletehardwareplatform．Again，Theembeddedoperatingsystemusesmodularprogrammingmethodbasedon，Thecompletionofthemainprogram,PWMdisplaysubroutine,outputsubroutine,dataacquisitionsubprogram,PCconsolesubroutineandsoon．Thelast，Theoveralltestofairpurifierisfinished，Accordingtothetestresults，Thedesignandimplementationofdataacquisition,touchscreencontrol,gearselection,switchsetting,wirelesscommunicationarerealized．KeyWordsSTM32SinglechipAirCleanerLCDLaserSensorTouchScreenControl本科毕业设计第Ⅰ页共Ⅱ页目录1引言...................................................................11.1课题研究背景及意义...................................................11.2国内外发展状况.......................................................11.3课题主要工作.........................................................32控制器方案设计.........................................................42.1控制器总体方案设计...................................................42.2方案论证对比.........................................................43控制器硬件电路设计.....................................................73.1单片机控制电路设计...................................................73.2显示电路设计.........................................................93.3驱动电路设计........................................................123.4按键电路设计........................................................133.5数据采集电路设计....................................................134控制器软件设计.......................................................164.1主程序设计..........................................................164.2显示子程序设计......................................................164.3PWM输出子程序设计..................................................224.4数据采集程序设计....................................................234.5上位机程序设计......................................................274.6其它子程序设计......................................................275试验与调试............................................................305.1DHT11温湿度传感器试验与调试........................................305.2SDS011激光传感器试验与调试.........................................305.3上位机控制器试验与调试..............................................31本科毕业设计第Ⅱ页共Ⅱ页5.4试验与调试..........................................................32结论.....................................................................38致谢.....................................................................39参考文献.................................................................40附录A：空气净化器主电路原理图..........................................41附录B：下位机C语言主程序..............................................42附录C：上位机C#语言主程序..............................................44本科毕业设计第1页共45页1引言1.1课题研究背景及意义如今，在社会快速发展进步的同时，空气的污染状况也在日益加剧。随着国内近几年的发展，化石燃料与汽车尾气的排放，使得我国空气质量严重下降，尤其是PM2.5细小微粒成为污染物的罪魁祸首。其主要来自于大自然的天然产生和人类的实践活动。大自然的污染主要来自于风沙、火灾以及其它极端天气。人类活动的污染主要表现在汽车尾气排放、煤炭发电厂、吸烟等社会活动。研究表明，PM2.5对人类的生活健康水平有着极其恶劣的影响，它能够通过呼吸道进入体内，对人体器官造成伤害。所以，检测出室内PM2.5浓度并进行有效的治理直接关系到人们的生活水平与身心健康。因此，根据这一现象，市面上出现了越来越多的空气净化装置。其中，空气净化器使得这一问题得以解决。对于长时间处于室内工作的人们来说，空气净化器尤为重要。空气净化器可以对室内多种气体污染和灰尘颗粒等悬浮物进行有效的处理，通过机内的通风装置使室内空气循环流动，让空气得以净化。所以，对空气净化器的研究有着十分现实的意义。1.2国内外发展状况近年来，受空气污染的影响，空气净化技术蓬勃发展。由此，改善空气质量的方式也逐渐增多。目前，在市场上主流的净化空气方法主要有：源控制、通风和空气净化。源控制是指对污染的源头进行控制处理，其能有效的从根本上解决空气的污染问题，是国外很多城市处理空气污染的主要手段。虽然控制效果不错，但其成本也着实不低。通风控制也能降低室内空气的污染程度，但其需要良好有效的控制调节装置。空气净化是指利用物理或化学等手段对空气中污染物进行吸附过滤等处理。或者对一些有毒的不良气体来说，高温、化学灭菌也是净化空气的常用手段。早在上世纪七、八十年代，国外空气净化器已有了发展，欧、美等发达国家在空气污染方面已经有了较深的研究，尤其是对有害物体的治理有了相当大的改善。美国在当时是全球最大的空气净化器消费国，随着第三次科技革命的到来，空气净化器迅速蔓延。在日本，由于特定的大气环境，在每年的春秋到来之际，花粉过敏者不计其数，因此，空气净化技术蓬勃发展。但大部分净化原理都是基于过滤网的物理吸附。目前，随着智能时代的快速到来，夏普、松下等国际品牌也加入其中。在欧洲，宠物受到大众们的欢本科毕业设计第2页共45页迎。一到夏季，室内由于宠物掉落的毛发增多而使空气受到严重的污染。与此同时，由于宠物本身自带的特殊气味或者可能的病菌等原因，使得空气污染源变得复杂。因此，这一现象迫使其空气净化装置的发展。如今，其空气净化方法众多，技术处于全球先进水平。在我国，由于抗日战争的缘故，起步相对较晚，直至改革开放，我国科技才有了初步的进展。近几年，虽然在经济发展上取得了举世瞩目的成果，但在空气清洁方面却相对于其他国家有一定的差距。无论在国外亦或在国内，室内空气净化器是实现空气净化的最直接、便捷的仪器，尽管各国发展历程不尽相似，但从目前来看，空气净化器产品主要有以下几种：机械过滤式净化器、机械过滤吸附式净化器、静电式净化器、负离子净化器[21]、紫外光空气净化器等。机械过滤式净化器，是一种小型空气过滤器，空气经风机加压，通过过滤材料，从而净化颗粒污染物，只能除去一定大小的颗粒污染物，总体净化效果不佳。机械过滤吸附式净化器，分别采用不同的净化机理取出颗粒污染物和气态污染物，这种净化器将普通空气过滤技术与活性炭吸附技术结合起来，总体上改善了净化性能，但活性炭存在