CN104216323B - 空气净化器控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气净化器控制系统。本发明中的传感器电路对外界温湿度、异味、PM2.5进行采集和处理，传感器电路将电压信号送给主控电路，并将采集的数据经过转换显示在人机交互电路，主控电路通过脉冲信号控制传感器电路，并且根据传感器电路所采集的数据，通过开关控制电路控制风量大小，光触媒以及消毒，也可以将传感器电路采集的数据以及人机交互电路的显示状态通过WiFi通信电路发送到用户手机。人机交互电路也可以通过主控电路控制开关控制电路。本发明使用电容触摸液晶显示屏使得用户体验效果达到明显的提升，可以对周围环境的温湿度、异味、PM2.5数据进行采集，能使用户方便直观地了解室内空气质量和空气净化器的工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于空气净化器的控制系统，主要应用于家庭房间或公共空间的空气质量监测及空气杂质去除与消毒的空气净化器。
背景技术
随着工业化的不断深入，大气污染也越来越严重，不管是室外的空气还是室内的空气都威胁着人们的健康，据统计，一般情况下，大部分人有90%的时间是在室内度过的，所以室内的气体质量对人的身体健康非常重要。空气净化器能够吸附、分解空气中的污染物或者分解空气中的污染物。除此之外，空气净化器不仅能够过滤气体中的灰尘，还能够净化空气中的有毒物质，消灭空气中的浮游细菌等。目前市面上的空气净化器种类繁多，其中的控制系统大都采用机械按键键盘、简单的LED灯和数码管组构成，这种简单人机交互系统的缺点是显示内容单一并且不够直观，用户体验不是很好。但是随着现代电子技术的发展，消费者对产品的使用舒适度提出了越来越高的要求。
随着物联网的兴起，智能家居行业备受关注，越来越多的消费者喜欢从物联网的角度对智能家居提出要求，希望智能家居是无线的、可自己安装的并且能够用手机感知、控制的，还有一些高端人群希望智能家居能够提供云服务。段式液晶有价格低廉，操作简单，格式自由，让用户能有完美的体验；电容触摸屏只需要人为触摸，而不需要压力来产生信号，操作显得更为舒适。Cortex-M0处理器是市场上现有的最小、能耗最低、最节能的ARM处理器。该处理器能耗非常低、代码占用空间小，使得MCU开发人员能够以8位处理器的价位，获得32位处理器的性能。超低门数还使其能够用于模拟信号设备和混合信号设备及MCU应用中，可以明显节省系统成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种对周围环境温湿度，异味程度，PM2.5指数进行监测并显示，并根据监测结果可以手动触摸，自动或者远距离红外遥控的空气净化器控制系统。
本发明包括电源电路，高压电源控制电路，主控电路，人机交互电路，传感器电路和WiFi通信电路。
电源电路包括电源转换芯片U1、电源转换芯片U2、接插件J1、行程开关S1、保险丝F1、变压器J2、二极管D1、D2、D3、D4、D5、共模电感T1、功率电感L1、钽电容C34、C36、安规电容C2、C35、C37、电解电容C3、C5、电容C1、C4、C6、压敏电阻R3、电阻R1、R2、R4。接插件的1脚接电源零线，2脚接火线，3脚接地，行程开关S1的一端与接插件J1的2脚连接，行程开关S1的另一端与保险丝F1的一端连接，保险丝F1的另一端分别与安规电容C2的一端、压敏电阻R3的一端、共模电感T1的1脚相连，接插件J1的1脚分别接安规电容C2的另一端、压敏电阻R3的另一端、共模电感T1的2脚连接，共模电感T1的3脚接火线输出AC L、4脚与零线输出AC N相连。变压器J2的1脚接火线输出AC L、2脚接零线输出AC N、3脚分别与二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连、4脚分别与二极管D2的阳极和二极管D5的阴极相连，二极管D1、D2的阴极分别与电解电容C3的正极、12V电源输出、电容C6的一端、电阻R4的一端和电源转换芯片U1的6脚相连，二极管D3、D4、D5的阳极、电解电容C3的阴极、电容C6的另一端与地相连，电源转换芯片U1的1脚、7脚、8脚与电阻R4的另一端相连，电源转换芯片U1的2脚分别与二极管D4的阴极、功率电感L1的一端相连，功率电感L1的另一端分别与电容C4的一端、电解电容C5的正极和电阻R2的一端连接，3脚与电容C1的一端相连，4脚与电容C1的另一端接地，电源转换芯片U1的5脚分别与电阻R1的一端和电阻R2的另一端连接，电阻R1的另一端、电容C4的另一端和电解电容C5的阴极接地。电源转换芯片U2的1脚与地相连，3脚分别与电解电容C5的阳极，钽电容C34的阳极，电容C35的一端相连，钽电容C34的阴极与电容C35的另一端相连，接地，电源转换芯片U2的2脚与4脚相连，与钽电容C36 的阳极，电容C37的一端相连，钽电容C36的阴极与电容C37的另一端相连，接地。
高压电源控制电路包括集成达林顿晶体管阵列U3、继电器K1、K2、K3、K4、K5、电容C8。集成达林顿晶体管阵列U3的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚分别与主控芯片U8的20脚、21脚、22脚、23脚、24脚连接，6脚、7脚、8脚接地、9脚与电容C8的一端和12V电源连接，16脚、15脚、14脚、13脚、12脚分别与继电器K1、K2、K3、K4、K5的3脚相连，继电器K1、K2、K3、K4、K5的1脚与火线输出AC L连接、4脚与12V电源输出连接，继电器K1的2脚与消毒电源连接，继电器K2的2脚与电机低速运行电源连接，继电器K3的2脚与电机中速运行电源连接，继电器K4的2脚与电机高速运行电源连接，继电器K5的2脚与光触媒电源连接。
人机交互电路包括显示屏U6、液晶显示驱动芯片U5、触摸驱动芯片U7、红外接收头U11、工字电感L2、电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、电解电容C19、C21、电容C13、C20、C22、C23、C24、C25。显示屏U6的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚、22脚、23脚、24脚、25脚、26脚、27脚、28脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚分别与液晶显示驱动芯片U5的21脚、22脚、23脚、24脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚、1脚、48脚、47脚、46脚、45脚、44脚、43脚、42脚、41脚、40脚、39脚、38脚、37脚、36脚、35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、29脚、28脚连接，显示屏U6的34脚、35脚与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与触摸驱动芯片U7的6脚连接，显示屏U6的36脚、37脚与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端与触摸驱动芯片U7的5脚连接，显示屏U6的38脚、39脚与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端与触摸驱动芯片U7的4脚连接，显示屏U6的40脚、41脚与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与触摸驱动芯片U7的3脚连接，显示屏U6的42脚、43脚与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与触摸驱动芯片U7的2脚连接，显示屏U6的44脚、45脚与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与触摸驱动芯片U7的1脚连接，显示屏的50脚、52脚、55脚、57脚与控制显示屏背光输出V_LED连接，显示屏U6的51脚、53脚、54脚、56脚分别与电阻R19、R20、R21、R22的一端连接，电阻R19、R20、R21、R22的另一端接地，液晶显示驱动芯片U5的17脚分别与电阻R14、R15、电容C13的一端连接，电阻R14的另一端接5V电源，电阻R15的另一端接液晶显示驱动芯片U5的16脚连接，电容C13的另一端和液晶显示驱动芯片U5的13脚接地，液晶显示驱动芯片U5的12脚为数据输入端DATA，与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端接5V电源，液晶显示驱动芯片U5的11脚为写入使能端WR，与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端接5V电源，液晶显示驱动芯片U5的9脚为片选端CS，与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端接5V电源，触摸驱动芯片U7的7脚接电容C25的一端，触摸驱动芯片U7的8脚接电容C25的另一端并接地，触摸驱动芯片U7的11脚分别接电阻R30的一端和电容C24的一端，电容C24的另一端接地，触摸驱动芯片U7的12脚分别接工字电感L2的一端和电阻R30的另一端，工字电感L2的另一端接到5V电源、并与电容C20和电解电容C19的阳极相连，电容C20的另一端和电解电容C19的阴极接地，红外接收头U11的2脚与电解电容C21的阴极、电容C22、C23的一端相连接地，红外接收头U11的3脚分别与电解电容C21的阳极、电容C22、C23的一端、电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端与电阻R31的另一端相连并接到5V电源。
主控电路包括主控芯片U8、晶振X1、三极管Q4、按键S2、电阻R33、R35、R36、电容C17、C18、C26、C27、C29、C30、C31、C32、C33。主控芯片U8的4脚分别与开关S2、电容C30、电阻R33的一端连接，电容C30、开关S2的另一端接地，电阻R33的另一端接5V电源，主控芯片U8的1脚与电容C31的一端连接，电容C31的另一端接模拟地，主控芯片U8的2脚与电容C32的一端连接，电容C32的另一端接模拟地，主控芯片U8的15脚分别与晶振X1的2脚、电容C27的一端连接，主控芯片U8的16脚分别与晶振X1的1脚、电容C29的一端连接，电容C27、C29的另一端接地，主控芯片U8的18脚、电容C33的一端相连，主控芯片U8的17脚、电容C33的另一端接地，主控芯片U8的28脚接电阻R35的一端连接，电阻R25的另一端与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极接5V电源，三极管Q4的发射极分别与电解电容C17的阳极、电容C18的一端连接，作为控制显示屏背光输出V_LED，电解电容C17的阴极与电容C18的另一端连接到地，主控芯片U8的41脚接5V电源，主控芯片的42脚与电容C26的一端相连接到5V电源，电容C26的另一端接地，模拟地接电阻R36的一端，数字地接电阻R36的另一端。
传感器电路包括PM2.5传感器U4、异味传感器U9、温湿度传感器U10、三极管Q2、功率电阻R12、R13、电阻R32、R9、R10、R11、R7、R8、电解电容C28。PM2.5传感器U4的1脚分别接电阻R32的一端和电解电容C28的阳极，电阻R32的另一端和PM2.5传感器U4的6脚接5V电源，电解电容C28的阴极与PM2.5传感器U4的2脚、4脚接地，电阻R10的一端为输出控制端CON，电阻R10的另一端分别为三极管Q2的基极和电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与三极管Q2的发射极相连接到5V电源，三极管Q2的集电极接电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端为0.9V输出端与异味传感器U9的3脚相连,异味传感器U9的2脚为数据输出端，与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端接到5V电源，异味传感器U9的1脚接地，温湿度传感器U10的1脚与电阻R8的一端相连并接5V电源，温湿度传感器U10的2脚为数据输出端与电阻R8的另一端相连，温湿度传感器U10的4脚接地。
WiFi通信电路包括WiFi转换模块U12、三极管Q5、Q6、LED灯D7、D8、电阻R38、R37、钽电容C38。WiFi转换模块U12的2脚与钽电容C38的阳极相连并接3V3电源，钽电容C38的阴极与WiFi转换模块的1脚相连，并接地，WiFi转换模块U12的3脚与主控芯片U8的48脚相连，WiFi转换模块U12的4脚与主控芯片U8的47脚相连，WiFi转换模块U12的5脚与主控芯片U8的46脚相连，WiFi转换模块U12的6脚与主控芯片U8的45脚相连，WiFi转换模块U12的9脚与电阻R38的一端相连，电阻R38的另一端与三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极与3V3电源相连，三极管Q5的集电极与LED灯D7的阳极相连，LED灯D7的阴极接地，WiFi转换模块U12的10脚与电阻R37的一端相连，电阻R37的另一端与三极管Q6的基极相连，三极管Q6的发射极与3V3电源相连，三极管Q6的集电极与LED灯D8的阳极相连，LED灯D8的阴极接地。
本发明中的主控芯片U8，电压转换芯片U1，电压转换芯片U2，集成达林顿晶体管阵列U3，显示屏U6、液晶显示屏驱动芯片U5，触摸屏驱动芯片U7，红外接收头U11，温湿度传感器U10，异味传感器U9，PM2.5传感器U4，WiFi转换模块U12，均采用成熟产品。主控芯片U8采用Nuvoton公司的Cortex-M0系列的M058LAN，电压转换芯片U1采用ST公司的MC34063ACD-TR，电源转换芯片U2采用Maxium公司的AMS1117，集成达林顿晶体管阵列U3采用TI公司的ULN2003ADR，液晶显示屏驱动芯片U5采用HOLTEK公司的HT1621B，显示屏U6采用深圳市荣鑫凯电子科技有限公司制作的STN段码屏，液晶触摸屏驱动芯片U7采用WTC公司的WTC6208BSI，红外接收头U11采用EVERLIGHT公司的IRM138H，温湿度传感器U10采用AOSONG公司的DHT11，异味传感器U9采用的是FIS公司的SB-AQ1-04，PM2.5传感器U4采用SHARP公司的GP2Y1010AU0F，WiFi转换模块U12采用济南有人物联网技术有限公司的USR-WIFI232-T模块，继电器K1、K2、K3、K4、K5采用厦门宏发电声股份有限公司的JZC-32F/012-HS。
本发明与背景技术相比具有的有益效果是：使用电容触摸液晶显示屏使得用户体验效果达到明显的提升，可以对周围环境的温湿度、异味、PM2.5数据进行采集，能使用户方便直观地了解室内空气质量和空气净化器的工作状态，同时配有遥控器可对该系统进行近距离遥控，由于WiFi网络的数据传输，使得用户能随时随地了解空气质量和控制空气净化器，使用起来异常便捷，而且该控制系统有定时功能，避免了因某种因素造成对电的不必要的浪费，价格上和51单片机相当的Cortex M0单片机能够自如的使用RTX操作系统，使得具有非常灵活的可扩展性。
附图说明
图1是本发明的整体电路示意图。
图2是本发明的电源电路示意图。
图3是本发明的高压电源控制电路示意图。
图4是本发明的液晶屏电路示意图。
图5是本发明的红外遥控接收电路示意图。
图6是本发明的主控电路示意图。
图7是本发明的传感器电路示意图。
图8是本发明的WiFi通信电路示意图。
具体实施方式
本发明采用WiFi通信方式使得用户能在手机、电脑端控制空气净化器和直接在手机上获取空气质量信息，触摸液晶显示屏作为人机交互界面，采用了Cortex M0单片机作为空气净化器系统的MCU。
本实施例包括电源电路1、开关控制电路2、主控电路3、人机交互电路4、传感器电路5、WiFi通信电路6。
如图1所示，电源电路1给开关控制电路2提供+12V的电源，给主控电路3提供5V电源与参考电源，给人机交互电路4提供5V电源，给传感器电路5提供5V电源，给WiFi通信电路6提供3V3电源。传感器电路5对外界温湿度、异味、PM2.5进行采集和处理，传感器电路5将电压信号送给主控电路3，并将采集的数据经过转换显示在人机交互电路4，主控电路3通过脉冲信号控制传感器电路5，并且根据传感器电路5所采集的数据，通过开关控制电路2控制风量大小，光触媒以及消毒，也可以将传感器电路5采集的数据以及人机交互电路4的显示状态通过WiFi通信电路6发送到用户手机。人机交互电路4也可以通过主控电路3控制开关控制电路2。
如图2所示，电源电路包括电压转换芯片U1、电源转换芯片U2、接插件J1、变压器J2、行程开关S1、保险丝F1、整流二极管D1、D2、D3、D4、D5、共模电感L1、安规电容C2、电解电容C3、C5、电容C1、C4、C6、C35、C37、钽电容C34、C36、压敏电阻R3、电阻R1、R2、R4。其中电压转换芯片U1采用ST公司的MC34063ACD-TR，电压转换芯片U2采用Maxium公司的AMS1117。接插件J1为AC220V电源输入端，J1的1脚接电源零线，2脚接火线，3脚接地，J1的2脚经过行程开关S1与保险丝F1一端连接，保险丝F1的另一端与共模电感T1的1脚连接，同时并联一个安规电容C2，压敏电阻R3与接插件J1的1脚以及功率电感T1的2脚相连，共模电感T1的3脚、4脚为滤波后的AC220V电源输出端，其中共模电感T1的3脚为火线端AC L，4脚为零线端AC N，给电机、光触媒、负离子等用电设备提供安全稳定的电源以及变压器一次绕组提供电力。变压器J2的1脚、2脚为电源输入端，分别于共模电感T1的3脚、4脚相连，变压器J2的3脚、4脚为输出端，输出为12V交流电源。整流二极管D1的阳极与D3的阴极相连，整流二极管D1的阴极与D2的阴极相连，整流二极管D5的阴极与D2的阳极相连，整流二极管D5的阳极与D3的阳极相连接地，D1，D2，D3，D5构成整流桥电路，其中D1的阳极与D5的阴极为整流电路的输入分别于变压器J2的3脚、4脚相连，二极管D1的阴极为整流电路的输出端，输出端并联一个电解电容C3，电容C6到地，作为整个电源电路的12V的电源输出端。电压转换芯片U1的6脚为输入端，与12V电源相连，同时并联一个电阻R4（作为采样电阻，选择功率电阻）与电压转换芯片U1的1脚、7脚、8脚相连。电压转换芯片U1的2脚与一个功率电感L1一端相连，电压转换芯片U1的3脚通过一个电容C1与4脚相连，并接地，电压转换芯片U1的5脚与一个电阻R1相连接地，同时并联一个电阻R2与电感L2的另一端相连，作为整个电源电路的5V电压电源输出端，同时与一个电容C4，一个电解电容C5相连接地，电压转换芯片U2的3脚为输入脚，与5V电压源相连，同时与电解电容C5的阳极，钽电容C34的阳极，电容C35的一端相连，钽电容C34的阴极与电容C35的另一端相连，并接地，电压转换芯片U2的1脚接地，2脚与4脚相连为输出端，为整个电路3V3电压电源输出端，同时与钽电容C36 的阳极，电容C37的一端相连，钽电容C36的阴极与电容C37的另一端相连，并接地。
如图3所示，高压电源控制电路包括集成达林顿晶体管阵列U3、继电器K1、K2、K3、K4、K5、电容C8。其中集成达林顿晶体管阵列U3采用TI公司的ULN2003ADR，继电器K1、K2、K3、K4、K5采用厦门宏发电声股份有限公司的JZC-32F/012-HS。集成达林顿晶体管阵列U3的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚分别与主控芯片U8的20脚、21脚、22脚、23脚、24脚相连，集成达林顿晶体管阵列U3的6脚、7脚、8脚接地、9脚与12V电源连接，同时并联一个电容C8接地，集成达林顿晶体管阵列U3的16脚、15脚、14脚、13脚、12脚分别与继电器K1、K2、K3、K4、K5的3脚相连，继电器K1、K2、K3、K4、K5的1脚与火线输出AC L连接、4脚与12V电源输出连接，继电器K1的2脚与消毒电源连接，继电器K2的2脚与电机低速运行电源连接，继电器K3的2脚与电机中速运行电源连接，继电器K4的2脚与电机高速运行电源连接，继电器K5的2脚与光触媒电源连接。
如图4所示，该电路是人机交互电路的一部分，为液晶显示以及触摸电路，包括显示屏U6、液晶显示驱动芯片U5、液晶触摸驱动芯片U7、电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R28、R29、R30、电容C13、C20、C24、C25、钽电容C19、电感L2。其中液晶显示屏驱动芯片U5采用HOLTEK公司的HT1621B，显示屏U6采用深圳市荣鑫凯电子科技有限公司制作的STN段码屏，液晶触摸屏驱动芯片U7采用WTC公司的WTC6208BSI。
如图5所示，该电路是人机交互电路的一部分，为红外遥控接收电路，包括红外接收头U11、电阻R27、R31、电容C22、C23、钽电容C21。其中红外接收头U11采用EVERLIGHT公司的IRM138H。红外接收头U11的1脚与主控芯片U8的8脚相连，同时并联一个电阻R31接5V电源。红外接收头U11的2脚接地同时并联两个电容C22、C23以及一个钽电容C21与红外接收头U11的3脚相连。红外接收头U11的3脚与一个电阻R27相连，接5V电源。
如图4所示，液晶显示驱动芯片U5的17脚为该驱动芯片的电源输入脚，与一个电阻R14相连，接5V电源，同时并联一个电容C13到地，液晶显示驱动芯片U5的16脚为液晶屏的电源管脚，通过调节电阻R15的阻值来改变液晶屏的供电电压。液晶显示驱动芯片U5的13脚接地。液晶显示驱动芯片U5的12脚、11脚、9脚分别与主控芯片U8的33脚、34脚、35脚相连，并通过上拉电阻R16、R17、R18组成单片机与液晶显示驱动芯片的通信电路。液晶显示驱动芯片U7的21脚、22脚、23脚、24脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚、1脚、48脚、47脚、46脚、45脚、44脚、43脚、42脚、41脚、40脚、39脚、38脚、37脚、36脚、35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、29脚、28脚分别与显示屏U6的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚、22脚、23脚、24脚、25脚、26脚、27脚、28脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚相连。液晶触摸驱动芯片U7的12脚与一个工字电感L2一端相连，另一端接5V电源，同时接一个电容C20和一个钽电容C19接地。液晶触摸驱动芯片U7的11脚与一个电阻R30相连，接液晶触摸驱动芯片U7的12脚，同时并联一个电容C24接地。液晶触摸驱动芯片U7的7脚与一个电容C25相连到地。液晶触摸驱动芯片U7的8脚接地。液晶触摸驱动芯片U7的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚分别于一个电阻R23、R24、R25、R26、R28、R29相连，接显示屏U6的34脚、36脚、38脚、40脚、42脚、44脚，液晶驱动芯片U7的9脚、10脚、13脚、14脚分别于主控芯片U8的7脚、37脚、38脚、39脚相连。显示屏U6的34脚与35脚相连，36脚与37脚相连，38脚与39脚相连，40脚与41脚相连。42脚与43脚相连，44脚与45脚相连。显示屏U6的51脚、53脚、54脚、56脚分别与电阻R19、R20、R21、R22的相连接地。显示屏的50脚、52脚、55脚、57脚与控制显示屏背光输出控制V_LED连接。
如图6所示，主控电路包括主控芯片U8、钽电容C17、电容C18、C26、C27、C29、C30、C31、C32、C33、电阻R33、R35、R36、开关S2、三极管Q4、晶振X1。其中主控芯片U8采用Nuvoton公司的Cortex-M0系列的M058LAN。主控芯片U8的1脚与电容C31相连，接模拟地，主控芯片U8的2脚与电容C32相连，接模拟地，电容C31、C32的作用是滤去进入单片机AD转换通道信号的杂波。主控芯片U8的3脚接的是异味传感器工作控制端CON，由于异味传感器工作时需要预热一段时间，故能通过主控芯片U8的3脚来控制异味传感器的工作状态。主控芯片U8的4脚接入Reset开关S2一端，电阻R33的一端，电容C30的一端，S2的另一端接地，电容C30的另一端接地，电阻R33另一端接5V。主控芯片U8的7脚接的是触摸驱动芯片的输出使能FLAG，当触摸屏有有效按键按下的时候，FLAG管脚便会被置低，故能通过读取7脚的状态来确定是否有按键按下，然后再通过读取37脚，38脚，39脚的状态来锁定被按下的按键。主控芯片U8的8脚接的是红外传感电路的数据输出，主控芯片U8通过读取8脚的波形从而将遥控器所传送的信息读取出来，进而系统执行相应的操作。主控芯片U8的15脚与晶振X1的2脚相连，同时并联一个电容C27接地，主控芯片U8的16脚与晶振X1的1脚相连，同时并联一个电容C29接地。主控芯片U8的17脚接地，18脚与一个电容C33相连接地，主控芯片 U8的28脚与一个电阻R35相连，接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极接5V电源，三极管Q4的发射极与显示屏U6的50脚、52脚、55脚、57脚相连，同时与钽电容C17的阳极，电容C18的一端相连，钽电容C17的阴极以及电容C18的另一端接地。主控芯片U8的41脚接5V电源，主控芯片U8的42脚接5V电源，电容C26的一端，电容C26的另一端接地。
如图7所示，传感器电路包括温湿度传感器U10、异味传感器U9、PM2.5传感器U4、三极管Q2、电解电容C28、电阻R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R32，其中温湿度传感器U10采用AOSONG公司的DHT11，异味传感器U9采用的是FIS公司的SB-AQ1-04，PM2.5传感器U4采用SHARP公司的GP2Y1010AU0F。PM2.5传感器U4的2脚、4脚接地，PM2.5传感器U4的1脚接入电解电容C28的阳极，电阻R32的一端，电解电容C28的阴极接地，电阻R32的另一端接5V电源，PM2.5传感器U4的6脚接5V电源，PM2.5传感器U4的3脚与主控芯片U8的19脚相连，通过主控芯片输入PWM波形来使能传感器，PM2.5传感器U4的5脚作为PM2.5数据采集信号输出端与主控芯片U8的1脚相连，主控芯片U8通过AD转换，采集PM2.5传感器数据。异味传感器U9的1脚接地，2脚接入主控芯片的2脚，主控芯片U8通过AD转换，采集异味传感器数据。异味传感器U9的3脚与三个串联电阻R11、R12、R13相连，因为异味传感器工作需要一个约200mA的预热电流和0.9V的预热电压，故通过R11，R12，R13这三个功率电阻的串联得到该预热条件。PNP三极管Q2的集电极与电阻R11，R12，R13相连，三极管Q2发射极接5V电源，三极管Q2的基极接电阻R10、R9的一端，电阻R10的另一端接主控芯片U8的3脚，为异味传感器U9的控制端口，当主控芯片U8提供低电平时，异味传感器U9正常工作，电阻R9的另一端接5V电源。温湿度传感器U10的1脚为5V电源的输入脚，温湿度传感器U10的4脚接地，温湿度传感器U10的2脚接主控芯片U8的25脚，接一个上拉电阻R8到5V电源，温湿度传感器U10输出的是数字信号可以通过2脚和主控芯片U8的25脚构成的单总线进行数据传输通讯。PM2.5传感器监测空气中PM2.5、PM10及其它颗粒物含量，异味传感器能感应烟、熏香、烹调、化妆品、酒精和喷雾剂等异味，异味和灰尘传感器在净化器工作状态下适时监测空气质量，实时显示空气状态，在自动模式下根据空气受污染程度自动调节风量。
如图8所示，WiFi通信电路包括WiFi转换模块U12、PNP三极管Q5、Q6、红色LED灯D7、绿色LED灯D8、电阻R37、R38、钽电容C38。其中WiFi转换模块U12采用济南有人物联网技术有限公司的USR-WIFI232-T。WiFi转换模块U12的2脚与钽电容C38的阳极相连并接3V3电源，钽电容C38的阴极与WiFi转换模块的1脚相连，并接地，WiFi转换模块U12的3脚与主控芯片U8的48脚相连，该引脚为模块回复出厂设置引脚，低电平有效，可以配置成Smart Link脚。WiFi转换模块U12的4脚与主控芯片U8的47脚相连，该引脚为模块复位信号，低电平有效，需要拉低至少10ms的时间。WiFi转换模块U12的5脚与主控芯片U8的46脚相连，为串口接收引脚，WiFi转换模块U12的6脚与主控芯片U8的45脚相连，为串口发送引脚，串口通过AT指令获取数据。WiFi转换模块U12的9脚与电阻R38的一端相连，电阻R38的另一端与三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极与3V3电源相连，三极管Q5的集电极与红色LED灯D7的阳极相连，红色LED灯D7的阴极接地，可以作为状态指示输出低电平有效，在Smart Link配置模式下，红色LED灯D7慢闪表示APP进行智能联网，在正常模式下，作为WiFi通信的连接状态指示灯。WiFi转换模块U12的10脚与电阻R37的一端相连，电阻R37的另一端与三极管Q6的基极相连，三极管Q6的发射极与3V3电源相连，三极管Q6的集电极与绿色LED灯D8的阳极相连，绿色LED灯D8的阴极接地，当模块正常启动时，绿色LED灯D8正常发光。
本发明的工作过程如下：通过对异味传感器U9和PM2.5传感器U4进行电压采集，将采集到的电压信号经过主控芯片U8进行AD转换，分别将采集的两个电压所转化的异味以及PM2.5指数等级显示在液晶显示屏U6，同时将温湿度传感器U10的数值显示在液晶屏上。根据异味传感器U9和PM2.5传感器U4采集的数据，自动或者手动进行杀菌消毒，从而实现了对周围环境的实时监测，并将温湿度传感器U10，异味传感器U9，PM2.5传感器U4采集的数据以及当前液晶显示屏U6的显示状态通过WiFi传到用户的手机上，并且用户可以通过手机端开启和关闭空气净化器的各项功能，使用户的使用更加方便。空气净化器的总体结构如图1所示。
本控制系统的主要技术参数如下：
（1）可以对周围的温湿度，异味，PM2.5指数进行监测并显示在液晶屏上；
（2）传感器数据默认每隔5分钟采集一次，可设置；
（3）具有自动和手动模式，自动模式下，风量大小随着异味，PM2.5指数进行实时变化（分为低、中、高三个等级）；同时消毒和光触媒功能打开进行消毒净化；
（4）具有无线遥控功能，可以使用遥控器进行10米距离内遥控；
（5）可以将传感器采集的数据和工作状态信息通过无线WiFi模式传输到用户手机；
（6）具有定时功能，时间可设定为1H、2H、4H、8H、12H，定时时间结束后，系统会进入休眠状态，当定点触摸时即可唤醒系统；
（7）工作电压为220V交流电，输入功率为65W。
综上所述，本发明设计的空气净化器控制系统可以对周围环境的多项指标进行监测，并将监测结果清楚地显示出来，还具备红外远距离遥控，这样就可以使用户更加方便地进行操控。同时，本发明还可以通过WiFi通信方式连接将空气指标以及空气净化器的工作状态上传给用户手机，用户可以根据监测结果，自动或者手动进行消毒杀菌和净化空气。
Claims (1)
1.空气净化器控制系统，包括电源电路，高压电源控制电路，主控电路，人机交互电路，传感器电路和WiFi通信电路，其特征在于：
电源电路包括电源转换芯片U1、电源转换芯片U2、接插件J1、行程开关S1、保险丝F1、变压器J2、二极管D1、D2、D3、D4、D5、共模电感T1、功率电感L1、钽电容C34、C36、安规电容C2、C35、C37、电解电容C3、C5、电容C1、C4、C6、压敏电阻R3、电阻R1、R2、R4；接插件的1脚接电源零线，2脚接火线，3脚接地，行程开关S1的一端与接插件J1的2脚连接，行程开关S1的另一端与保险丝F1的一端连接，保险丝F1的另一端分别与安规电容C2的一端、压敏电阻R3的一端、共模电感T1的1脚相连，接插件J1的1脚分别接安规电容C2的另一端、压敏电阻R3的另一端、共模电感T1的2脚连接，共模电感T1的3脚接火线输出AC L、4脚与零线输出AC N相连；变压器J2的1脚接火线输出AC L、2脚接零线输出AC N、3脚分别与二极管D1的阳极和二极管D3的阴极相连、4脚分别与二极管D2的阳极和二极管D5的阴极相连，二极管D1、D2的阴极分别与电解电容C3的正极、12V电源输出、电容C6的一端、电阻R4的一端和电源转换芯片U1的6脚相连，二极管D3、D4、D5的阳极、电解电容C3的阴极、电容C6的另一端与地相连，电源转换芯片U1的1脚、7脚、8脚与电阻R4的另一端相连，电源转换芯片U1的2脚分别与二极管D4的阴极、功率电感L1的一端相连，功率电感L1的另一端分别与电容C4的一端、电解电容C5的正极和电阻R2的一端连接，电源转换芯片U1的3脚与电容C1的一端相连，电源转换芯片U1的4脚与电容C1的另一端接地，电源转换芯片U1的5脚分别与电阻R1的一端和电阻R2的另一端连接，电阻R1的另一端、电容C4的另一端和电解电容C5的阴极接地；电源转换芯片U2的1脚与地相连，3脚分别与电解电容C5的阳极，钽电容C34的阳极，电容C35的一端相连，钽电容C34的阴极与电容C35的另一端相连，接地，电源转换芯片U2的2脚与4脚相连，与钽电容C36的阳极，电容C37的一端相连，钽电容C36的阴极与电容C37的另一端相连，接地；
高压电源控制电路包括集成达林顿晶体管阵列U3、继电器K1、K2、K3、K4、K5、电容C8；集成达林顿晶体管阵列U3的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚分别与主控芯片U8的20脚、21脚、22脚、23脚、24脚连接，6脚、7脚、8脚接地、9脚与电容C8的一端和12V电源连接，16脚、15脚、14脚、13脚、12脚分别与继电器K1、K2、K3、K4、K5的3脚相连，继电器K1、K2、K3、K4、K5的1脚与火线输出AC L连接、4脚与12V电源输出连接，继电器K1的2脚与消毒电源连接，继电器K2的2脚与电机低速运行电源连接，继电器K3的2脚与电机中速运行电源连接，继电器K4的2脚与电机高速运行电源连接，继电器K5的2脚与光触媒电源连接；
人机交互电路包括显示屏U6、液晶显示驱动芯片U5、触摸驱动芯片U7、红外接收头U11、工字电感L2、电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、电解电容C19、C21、电容C13、C20、C22、C23、C24、C25；显示屏U6的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、19脚、20脚、21脚、22脚、23脚、24脚、25脚、26脚、27脚、28脚、29脚、30脚、31脚、32脚、33脚分别与液晶显示驱动芯片U5的21脚、22脚、23脚、24脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚、1脚、48脚、47脚、46脚、45脚、44脚、43脚、42脚、41脚、40脚、39脚、38脚、37脚、36脚、35脚、34脚、33脚、32脚、31脚、30脚、29脚、28脚连接，显示屏U6的34脚、35脚与电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与触摸驱动芯片U7的6脚连接，显示屏U6的36脚、37脚与电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端与触摸驱动芯片U7的5脚连接，显示屏U6的38脚、39脚与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端与触摸驱动芯片U7的4脚连接，显示屏U6的40脚、41脚与电阻R25的一端连接，电阻R25的另一端与触摸驱动芯片U7的3脚连接，显示屏U6的42脚、43脚与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与触摸驱动芯片U7的2脚连接，显示屏U6的44脚、45脚与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与触摸驱动芯片U7的1脚连接，显示屏的50脚、52脚、55脚、57脚与控制显示屏背光输出V_LED连接，显示屏U6的51脚、53脚、54脚、56脚分别与电阻R19、R20、R21、R22的一端连接，电阻R19、R20、R21、R22的另一端接地，液晶显示驱动芯片U5的17脚分别与电阻R14、R15、电容C13的一端连接，电阻R14的另一端接5V电源，电阻R15的另一端接液晶显示驱动芯片U5的16脚连接，电容C13的另一端和液晶显示驱动芯片U5的13脚接地，液晶显示驱动芯片U5的12脚为数据输入端DATA，与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端接5V电源，液晶显示驱动芯片U5的11脚为写入使能端WR，与电阻R17的一端连接，电阻R17的另一端接5V电源，液晶显示驱动芯片U5的9脚为片选端CS，与电阻R18的一端连接，电阻R18的另一端接5V电源，触摸驱动芯片U7的7脚接电容C25的一端，触摸驱动芯片U7的8脚接电容C25的另一端并接地，触摸驱动芯片U7的11脚分别接电阻R30的一端和电容C24的一端，电容C24的另一端接地，触摸驱动芯片U7的12脚分别接工字电感L2的一端和电阻R30的另一端，工字电感L2的另一端接到5V电源、并与电容C20和电解电容C19的阳极相连，电容C20的另一端和电解电容C19的阴极接地，红外接收头U11的2脚与电解电容C21的阴极、电容C22、C23的一端相连接地，红外接收头U11的3脚分别与电解电容C21的阳极、电容C22、C23的一端、电阻R27的一端连接，电阻R27的另一端与电阻R31的另一端相连并接到5V电源；
主控电路包括主控芯片U8、晶振X1、三极管Q4、按键S2、电阻R33、R35、R36、电容C17、C18、C26、C27、C29、C30、C31、C32、C33；主控芯片U8的4脚分别与开关S2、电容C30、电阻R33的一端连接，电容C30、开关S2的另一端接地，电阻R33的另一端接5V电源，主控芯片U8的1脚与电容C31的一端连接，电容C31的另一端接模拟地，主控芯片U8的2脚与电容C32的一端连接，电容C32的另一端接模拟地，主控芯片U8的15脚分别与晶振X1的2脚、电容C27的一端连接，主控芯片U8的16脚分别与晶振X1的1脚、电容C29的一端连接，电容C27、C29的另一端接地，主控芯片U8的18脚、电容C33的一端相连，主控芯片U8的17脚、电容C33的另一端接地，主控芯片U8的28脚接电阻R35的一端连接，电阻R25的另一端与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的集电极接5V电源，三极管Q4的发射极分别与电解电容C17的阳极、电容C18的一端连接，作为控制显示屏背光输出V_LED，电解电容C17的阴极与电容C18的另一端连接到地，主控芯片U8的41脚接5V电源，主控芯片的42脚与电容C26的一端相连接到5V电源，电容C26的另一端接地，模拟地接电阻R36的一端，数字地接电阻R36的另一端；
传感器电路包括PM2.5传感器U4、异味传感器U9、温湿度传感器U10、三极管Q2、功率电阻R12、R13、电阻R32、R9、R10、R11、R7、R8、电解电容C28；PM2.5传感器U4的1脚分别接电阻R32的一端和电解电容C28的阳极，电阻R32的另一端和PM2.5传感器U4的6脚接5V电源，电解电容C28的阴极与PM2.5传感器U4的2脚、4脚接地，电阻R10的一端为输出控制端CON，电阻R10的另一端分别为三极管Q2的基极和电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与三极管Q2的发射极相连接到5V电源，三极管Q2的集电极接电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端为0.9V输出端与异味传感器U9的3脚相连，异味传感器U9的2脚为数据输出端，与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端接到5V电源，异味传感器U9的1脚接地，温湿度传感器U10的1脚与电阻R8的一端相连并接5V电源，温湿度传感器U10的2脚为数据输出端与电阻R8的另一端相连，温湿度传感器U10的4脚接地；
WiFi通信电路包括WiFi转换模块U12、三极管Q5、Q6、LED灯D7、D8、电阻R38、R37、钽电容C38；WiFi转换模块U12的2脚与钽电容C38的阳极相连并接3V3电源，钽电容C38的阴极与WiFi转换模块的1脚相连，并接地，WiFi转换模块U12的3脚与主控芯片U8的48脚相连，WiFi转换模块U12的4脚与主控芯片U8的47脚相连，WiFi转换模块U12的5脚与主控芯片U8的46脚相连，WiFi转换模块U12的6脚与主控芯片U8的45脚相连，WiFi转换模块U12的9脚与电阻R38的一端相连，电阻R38的另一端与三极管Q5的基极相连，三极管Q5的发射极与3V3电源相连，三极管Q5的集电极与LED灯D7的阳极相连，LED灯D7的阴极接地，WiFi转换模块U12的10脚与电阻R37的一端相连，电阻R37的另一端与三极管Q6的基极相连，三极管Q6的发射极与3V3电源相连，三极管Q6的集电极与LED灯D8的阳极相连，LED灯D8的阴极接地；
主控芯片U8采用Nuvoton公司的Cortex-M0系列的M058LAN，电压转换芯片U1采用ST公司的MC34063ACD-TR，电源转换芯片U2采用Maxium公司的AMS1117，集成达林顿晶体管阵列U3采用TI公司的ULN2003ADR，液晶显示屏驱动芯片U5采用HOLTEK公司的HT1621B，显示屏U6采用深圳市荣鑫凯电子科技有限公司制作的STN段码屏，液晶触摸屏驱动芯片U7采用WTC公司的WTC6208BSI，红外接收头U11采用EVERLIGHT公司的IRM138H，温湿度传感器U10采用AOSONG公司的DHT11，异味传感器U9采用的是FIS公司的SB-AQ1-04，PM2.5传感器U4采用SHARP公司的GP2Y1010AU0F，WiFi转换模块U12采用济南有人物联网技术有限公司的USR-WIFI232-T模块，继电器K1、K2、K3、K4、K5采用厦门宏发电声股份有限公司的JZC-32F/012-HS。
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