基于单片机的智能空气净化系统设计与实现【说明书论文开题报告外文翻译】
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毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：通过毕业设计，使学生受到电气工程师所必备的综合训练，在不同程度上提高各种设计及应用能力，具体包括以下几方面：1. 调查研究、中外文献检索与阅读的能力。2. 综合运用专业理论、知识分析解决实际问题的能力。3. 定性与定量相结合的独立研究与论证的能力。4. 实验方案的制定、仪器设备的选用、调试及实验数据的测试、采集与分析处理的能力。5. 设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机的能力。6. 逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达的能力。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1.本 课 题 要 求 利 用 所 学 的 专 业 知 识 ， 进 行 空 气 净 化 系 统 设 计 ， 系 统 要 求 能 够 实现 对 特 定 环 境 空 气 检 测 、 净 化 、 监 控 等 功 能 要 求 。2.设计系统的硬件电路和软件程序，包括详细的硬件设备配置，系统连接，程序调试等详细步骤；3.最终完成一篇符合金陵科技学院毕业论文规范的系统技术文档，包括各类技术资料，电路图纸，程序等；4.系统要有实际的硬件展示，并能够通电运行；5.本子系统要与整个系统能够配合运行；6.能够完成各项任务，参加最后的毕业设计答辩。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括图表、实物等硬件要求： 1.按期完成一篇符合金陵科技学院论文规范的毕业设计说明书（毕业论文） ，能详细说明设计步骤和思路；2.能有结构完整，合理可靠的技术方案；3.能有相应的电气部分硬件电路设计说明；4.有相应的图纸和技术参数说明。5.答辩时完成实际系统的运行和展示。4主要参考文献： 1 李茜,宋金平,张建辉,于伟,胡昊. 中国城市化对环境空气质量影响的演化规律研究J. 环境科学学报. 2013(09) 2 廖谷然,杨北革,薛辉,吕玉祥. 大功率静电除尘用高频高压电源的研制J. 电子器件. 2013(03) 3 日本空气净化器技术发展综述J. 电器. 2013(06) 4 郑建红. 空气净化器研究进展探讨J. 硅谷. 2013(09) 5 彭继. 静电除尘技术在中央空调系统净化改造中的应用J. 建筑节能. 2013(04) 6 杨海. 室内空气净化现状及主要问题J. 北方环境. 2013(03) 7 张瑞红,吴海东,周海,袁展红,罗乐,夏生林. 三种方法对手术室空气净化消毒效果比较J. 中国消毒学杂志. 2013(01) 8 刘钰华,曾庆军,陈峰. 一种新型静电除尘用高频高压电源的设计J. 电子设计工程. 2013(01) 9 孙丽,王维宽,胡赟. 室内空气净化关键技术研究J. 环境保护与循环经济. 2012(11) 10 胡晓微,张于峰,谢朝国,黄娟. 室内空气净化器性能评价指标的试验研究J. 安全与环境学报. 2012(05) 11 秦长葳. 高压静电除尘自动控制系统研究D. 山东理工大学 2013 12 李成涛. 家庭空气净化器的设计研究与实践D. 武汉理工大学 2013 13 邓高峰. 室内空气质量及空气净化装置净化效果评价D. 北京化工大学 2012 14 张婧. 基于离子风枪的高压发生器设计D. 电子科技大学 2012 15 郭式波. 中央空调系统中空气净化技术研究D. 太原理工大学 2012 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：2015.11.04-2015.11.282015.11.29-2015.12.162015.12.17-2016.01.102016.02.25-2016.03.092016.03.09-2016.04.282016.04.29-2016.05.092016.05.09-2016.05.132016.05.14-2016.05.21在毕业设计管理系统里选题与指导教师共同确定毕业设计课题查阅指导教师下发的任务书，准备开题报告提交开题报告、外文参考资料及译文、论文大纲进行毕业设计（论文） ，填写中期检查表，提交论文草稿等按照要求完成论文或设计说明书等材料,提交论文定稿教师评阅学生毕业设计；学生准备毕业设计答辩参加毕业设计答辩，整理各项毕业设计材料并归档所在专业审查意见：通过 负责人： 2016 年 1 月 14 日 、毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000 字左右的文献综述： 近年来，室内空气质量问题逐渐成为人们关注的热点。随着现代人生活和工作形态的改变，在室内环境中的时间日益增长，有学者将“室内空气污染”视为继“煤烟型” ， “光化学烟雾型”空气污染后进人第三时期污染的标志。我国空气污染在世界已属于少数污染最严重的国家之一， 空气是我们生活环境的基础，没有空气的生活环境是不会有人类的发展的， 因此，我们的研究目的是：如何去除这些污染物，从而改善室内空气质量。由于工业的快速发展产生了很多的有害物质都是存在于空气之中的，吸入这样的空气对于我们的身体健康是有严重的损害的。比如近年来提出的 PM2.5，细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重，而且这些细颗粒物对人体健康的危害要更大，因为直径越小，进入呼吸道的部位越深。10m 直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道，2m 以下的可深入到细支气管和肺泡。细颗粒物进入人体到肺泡后，直接影响肺的通气功能，使机体容易处在缺氧状态。鉴于以上所说的种种，空气净化器应运而生，目前空气净化产品在中国还处于发展初期，市场需求增长量加大，空气净化产品市场已经具有一定市场。空气净化器发展至今，有三种净化方式。第一种是被动净化，其原理是通过风机抽入机器，通过内置的滤网过滤空气，第二种是主动式，根本区别在于主动式拜托了风机与滤网的限制，使用有效、主动的向空气中释放净化灭菌因子，通过空气会扩散的特点，到达室内的各个角落对空气进行无死角净化。目前市场上净化灭菌因子的技术主要有紫外灯杀菌、负离子技术、低温等离子技术、光触媒技术和净离子群离子技术等。而第三种就是将上述两种结合起来，也就是复合式，是目前应用最广泛的一种净化方式。由于采用普通滤网时间一久若不及时更换滤网，则会造成二次污染，所以理想状态下，未来空气净化器的发展方向应该是尽量不用过滤网，可是单纯的靠负离子技术，光触摸，臭氧发生器这样的又显得效率很低。因此本设计中采用一种 HEPA 滤网它过滤颗粒物的效果非常明显，而且能起到分解有毒气体和杀菌作用，能抑制空气二次污染。并且增加了负离子模块，紫外光杀菌技术，使得净化空气的效率提高，减少了二次污染。同时增加了人机界面，显示屏实时显示当前空前质量，使用起来更加直观，并且在 arduino 里面编好程序，在 PM2.5 大于某一个数值时自动开启，变得智能，不需要人为去操作，平时就处于待机状态，使净化空气更加自动化，高效，节能。参考文献： 1 宋凤娟，付侃，薛雅丽.STC12C5A60S2 单片机告诉 A/D 转换方法J.煤矿机械，2010，31（6）：219-221. 2 江衍煊，郑振杰，游德智.单片机连接ULN2003 驱动步进电机的应用J.机电元件，2010，30（3）：28-31. 3 张新荣.基于单片机的步进电机控制系统设计J.自动化应用，2010（9）：6-8. 4 Dai Haixia hai-ying huang, JingChengAo, etc. 9 kinds of residential air purifier purify the effect J. Journal of environmental and occupational medicine, 2011, 28 (7). 5 高强，唐宏伟，王汐，等基于 BISS0001 的智能冲水器控制系统设计 仪表技术，2012(2). 6 李成涛.家庭空气净化器的设计研究与实践D. 武汉：武汉理工大学，2013. 7 张瑞红,吴海东,周海,袁展红,罗乐,夏生林. 三种方法对手术室空气净化消毒效果比较J. 中国消毒学杂志. 2013(01) . 8 刘钰华,曾庆军,陈峰. 一种新型静电除尘用高频高压电源的设计J. 电子设计工程. 2013(01). 9 孙丽,王维宽,胡赟. 室内空气净化关键技术研究J. 环境保护与循环经济. 2012(11). 10 胡晓微,张于峰,谢朝国,黄娟. 室内空气净化器性能评价指标的试验研究J. 安全与环境学报. 2012(05). 11 孙滨，姜传林，陈元勇基于光学粉尘传感器的车载空气净化装置设计 电子技术，2013(04). 12 李成涛. 家庭空气净化器的设计研究与实践D. 武汉理工大学 2013. 13 邓高峰. 室内空气质量及空气净化装置净化效果评价D. 北京化工大学 2012. 14 张婧. 基于离子风枪的高压发生器设计D. 电子科技大学 2012. 15 郭式波. 中央空调系统中空气净化技术研究D. 太原理工大学 2012. 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1、研究设计内容（1）对传统空气净化器的结构和特点进行分析，提出这种净化器的缺点。 （2）产品的特性、工作功率的大小方面的选用。 （3） 空气净化器的外观,进行设计分析。 （4）将空气净化器检测到的空气质量数据实时上传到云端。 2、设计途径 查阅相关文献学习如何搭建一个空气净化器，正确选用电源，并能够转换成某些模块所需特定的电压，查阅相关书籍如何使净化空气的效率最大化，使用 PM2.5 传感器显示室内实时的空气状况。 3、技术路线（1）硬件电路的设计与制作。 （2）人机界面，云端数据传输的软件编程。 （3）调试完成的机器，在测量空气质量以及净化空气的效果。 毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语：综述内容较为丰富，参考文献合理，概括了课题所包含的研究内容的相关背景、基础知识、发展现状等，同时还对本课题所研究的任务进行了一定的阐述，对本课题的研究有一定的指导意义。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题研究的任务是针对单片机智能空气净化系统进行设计，应该说技术相对成熟，深度中等，但是涉及到的知识面较广，如果学生能认真对待，通过实例调研，查阅专业资料，相信能够实现最终的设计任务和结果，并对自己的专业应用能力是一个非常大的提高。3.是否同意开题： 同意 不同意指导教师： 2016 年 03 月 07 日所在专业审查意见：同意 负责人： 2016 年 03 月 08 日 提交日期： 2016 年 5 月 15 日 答辩日期： 2016 年 5 月 18 日 目 录摘 要 .IIIAbstract .IV第一章 绪 论 .11.1 课题研究的背景 .1第二章 总体方案设计 .52.1 室内空气净化器的总体结构设计 .52.2 控制系统的总体设计 .52.3 控制方案设计 .62.3.1 控制功能设计 .62.3.2 微控制器的选定 .72.4 净化方式的选择 .92.4.1 HEPA 滤网的选用 .92.4.2 负离子发生器的选用 .102.4.3 紫外灯的选用 .112.5 本章小结 .12第三章 控制系统硬件设计 .133.1 电源模块设计 .133.1.1 PI Expert 8.0 .133.2.1 PM2.5 传感器检测模块 .163.2.2 气体传感器检测模块 .173.2.3 温湿度 DHT11 模块 .193.3 人机交互模块设计 .203.3.1 彩屏模块硬件 .203.3.2 触摸按键 .213.3.3 网络通信模块 .223.4 继电器模块 .23第四章 控制系统软件设计 .25I4.2 空气质量检测程序 .264.2.1 PM2.5 浓度检测 .264.2.2 温湿度检测 .274.3 彩屏显示模块设计 .284.4 触摸按键程序设计 .294.5 Yeelink 平台 .30第五章 系统运行测试 .325.1 运行测试 .335.2 物联功能测试 .34第六章 总结 .36参考文献 .37附 录一 .38致 谢 .45II基于单片机的智能空气净化系统设计与实现摘 要本论文设计的空气净化系统，是基于 arduino 为核心的智能控制设计。首先根据要实现的功能需求确定要用到的模块框架，包括硬件电路、检测模块、驱动电路。首先在硬件方面，采用了开关电源作为该系统的整体供电，在检测模块方面，采用了激光传感器检测 PM2.5，在驱动电路中使用光耦继电器。在软件方面，根据监测到的空气状况采取各种措施，从主程序初始化到各个模块实现结合和合理调配，最终达到智能控制控制系统各个功能的实现。关键词： 单片机；负离子；紫外灯；实时监测IIIThe Design of intelligent air purification systemAbstractThis paper designed an air purification system, which is a design of intelligent control system based on arduino. According to the functional requirements, I determine the module frame, including the hardware circuit, detection module and drive circuit. In the aspect of hardware, I choose switching power supply for the system.In terms of detection module, the system uses the laser sensor to detect the PM2.5 and optocoupler relay in driving circuit. In the software, according to the monitoring air condition ,the system takes various measures,including main program initialization,the combination and rational allocation of each module.Finally,the intelligent control system makes every functions available.Keywords: arduino; anion;UV lamp;real time monitoringIV0第一章 绪 论1.1 课题研究的背景随着社会经济的高速发展，工业化程度的提高，不仅提高了大家的生活水平，同时也带来了一些问题，其中空气污染是近几年比较严重的问题。自从 2012 年以后，“雾霾”便成为了大家关注的热点，所以大部分城市都已经开始全面实行空气质量检测报告，如API、PM 等。现在在看天气的时候，大家也都会关注一下今天的 PM2.5 值，这些都与我们的个人生命健康息息相关。作为人们居住的室内环境，同样也受到大气环境质量的影响，但其污染因素越来越不清楚，由各种各样的原因导致室内有害物超标，可从图 1.1 看出，在日常生活中有各种各样的污染物，从而影响到人体健康状况，而现在的情况，人们需要更多的时间待在室内进行学习和工作以及开展各种活动，由此人们越来越重视室内污染问题，我国已经成为空气污染较为严重的国家，甚至有的地方室内污染程度比室外更加严重，所以应该加强室内空气净化技术的研究，以此来改善室内空气质量状况。1图 1.1 室 内空气 污染来 源1.2 国 内外发展现状最近几年，由于室内环境污染、流感突发等一系列问题的日益加重，国内外已经专门针对该问题研制和生产出了室内空气净化器，它通过将污染程度较重的空气通过其自身的净化之后，能够得到相对纯净无害无污染的气体，使我们能够在室内有一个好的安全，健康，舒适的环境。从图 1.2 可以看出，空气净化器的销量逐年增高，而且增加的比列也非常的大。图 1.2 近几年空气净化销量空气净化器经过近十年的发展，在智能化领域的研发越来越多，在智能化控制系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。此外,日韩新等国的龙头企业纷纷致力于空气净化器智能化的开发,对控制系统市场更是跃跃欲试。目前市场上的空气净化控制系统人机交互方面不够人性化，操控比较繁琐，传统的空气净化器在操控方面极为不便,每次操作的时候都要需手动进行对机器工作模式、风量、便利模式等功能的调节，不够智能化，而且物联网的概念还没有普及在空气净化器上，能不能有种净化器可以自动根据当前空气质量选择合适的工作模式，我认为未来的发展趋势应该是有终端设备可以2实时监控和远程操作空气净化器的，在手机中通过 app 或者网页中都能查看家里的室内空气状况。因此设计一个适合当前发展状况和远程智能化控制的空气净化系统是非常有必要并具有实用价值的。随着室内空气有害物质的种类和数目的不断增加,国内外对空气净化器产品的不断研制和生产,越来越多的室内气净化器产品走向市场,按照净化原理可分为:机械过滤式与吸附式净化器、静电式净化器、负离子型和紫外线型空气净化器。机械过滤与吸附式的净化器是最早研制出的一批空气净化器，通过风机的换气，加速空气流通，然后使得室内空气逐层透过过滤网，主要净化了颗粒状的污染物，该净化器的效果根据设计的过滤材料，结构和性质决定，当然局限性很大，不能彻底杀菌，过滤有害化学物质，而且要定期更换滤网，更换滤网的时间也是随室内污染严重程度决定的，不好掌握，容易造成二次污染。静电式空气净化器，通过静电集尘，使污染物带电，然后用集尘装置来吸附这些带电的空气尘埃，使得空气净化，但是该净化器的成本，运行费用偏高，也会造成二次污染。采用臭氧的空气净化器，利用臭氧的极强氧化能力和灭菌性能，在除菌过程中残留物为氧和水，不存在残留物，臭氧直接释放到空气中，消毒范围广，应用非常方便。等离子体目前比较权威的定义是：“由电子、正负离子、激发态的原子、分子以及自由基等离子组成并表现出集体行为的一种准中性非凝聚系统。”净化空气的原理是在外加电厂的作用下，通过高压排重放电，低温等离子体中产生大量的高能电子、离子、活性基和激发态分子，特点是对室内污染有物理、化学和生物方面的作用，净化效率高，无二次污染等优点，是其他空气净化技术无法做到的。目前应用最广泛的是负离子型和紫外线型空气净化器，利用高压产生的负离子和紫外线对空气进行净化、杀菌等。负离子在医学界被称
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