CN203720586U - 一种基于arm内核的空调散热片粉尘自动监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，包括ARM处理器以及分别与之连接的触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块、继电器开关控制模块、时钟模块、串口通信模块和多通道模数转换器，还包括阵列式光电传感器和微弱信号调理电路。阵列式光电传感器将散热片上的粉尘强度信号依次经微弱信号调理电路和多通道模数转换器传送给ARM处理器，ARM处理器根据接收到的信号控制触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块以及继电器开关控制模块工作。本实用新型通过阵列式光电传感器实时精确地监测空调散热片上粉尘强度，并在粉尘强度过高时强制断电，保证用户健康。

Description

一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪

技术领域

本实用新型属于自动检测领域，特别涉及了一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪。 

背景技术

空调是人们生话水平提高的一个标志,炎热的夏天,空调把温度调节到适合人们工作、学习、生话的舒适房间内，心情好，休息好，工作效率也高，这是社会进步的一个里程碑。但是它在给我们营造一个舒适环境的同时，也给我们人类的健康带来一些不利的东西。作为空调冷热交换的核心部件——散热片不仅会积聚污垢灰尘，由于温度、湿度适宜，散热片还会在冷凝水作用下滋生大量细菌、霉菌、螨虫等。当空调开启时，这些灰尘和病菌就被空调吹出来，随呼吸道进入人体，导致人体出现头晕乏力，患上感冒、过敏性鼻炎，甚至诱发哮喘。国环境科学学会室内环境与健康分会联合上海家化家安对上海、北京、深圳等地的家用空调进行入户调研发现，88%的空调散热片细菌总数超标，84%的空调散热片霉菌总数超标，空调散热片上检出细菌最高的可达91259个/cm² ，平均超过标准（每平方厘米细菌总数≤100个）近40倍，最严重的超标高达近百倍。 

因此，空调散热片污染已成为危害家庭健康的主要因素之一。但是目前，这一问题并没有引起人们的足够重视。国内外也没有类似的能对空调内部散热片粉尘自动监测的新型空调或监测装置。 

实用新型内容

为了解决上述背景技术存在的技术问题，本实用新型旨在提供一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，对空调散热片的粉尘进行自动检测。 

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是： 

一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，包括ARM处理器以及分别与之连接的触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块、继电器开关控制模块、时钟模块、串口通信模块和多通道模数转换器，还包括光电传感器和微弱信号调理电路，所述光电传感器经微弱信号调理电路与多通道模数转换器连接。所述继电器开关控制模块的常开触点接入待检测空调的供电回路中，所述光电传感器安装在待检测空调的内部散热片上并将散热片上的粉尘强度信号依次经微弱信号调理电路和多通道转换器传送给ARM处理器，ARM处理器根据接收到的信号控制触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块以及继电器开关控制模块工作。

其中，上述阵列式光电传感器包含3个光电传感器芯片，且该3个光电传感器芯片排列成圆心角互成120°的阵列。 

其中，上述3个光电传感器芯片均采用HOA1404-002芯片。 

其中，上述微弱信号调理电路包括3个相同的子电路，每个子电路的输入端均连接一个光电传感器芯片的输出端，每个子电路的输出端均连接多通道模数转换器的一个输入端，每个子电路都包含依次连接的前置放大电路、双运放带通滤波器、中间级放大电路、二阶低通滤波器与隔离放大电路。 

其中，上述多通道模数转换器采用AD7195数模转换器。 

其中，上述触摸屏液晶显示及输入模块采用ALIENTEK FTFLCD。 

其中，上述声光报警模块包括分别与ARM处理器连接的蜂鸣器和发光二极管。 

其中，上述时钟模块采用DS1302芯片。 

其中，上述串口通信模块还连接上位机，实现ARM处理器与上位机之间的交互通信；串口通信模块采用RS232串口通信芯片。 

采用上述技术方案带来的有益效果是： 

（1）本实用新型通过阵列式光电传感器实时精确地监测空调散热片上粉尘强度，可实现分级别通过液晶显示和声光报警来及时提示用户清洗空调散热片，并且为用户的健康着想带有着强制断电功能；

（2）本实用新型采用的各类模块均为微型化模块，可用普通5V锂电池供电，具有低功耗、微型化、便携式、低成本的特点，稳定性高，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图。 

图2是本实用新型阵列式传感器平面图。 

图3是本实用新型的微弱信号调理电路的子电路示意图。 

图4是本实用新型的声光报警模块电路图。 

图5是本实用新型的继电器开关控制模块电路图。  

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。 

如图1所示的本实用新型的系统结构框图，一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，包括ARM处理器以及分别与之连接的触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块、继电器开关控制模块、时钟模块、串口通信模块和多通道模数转换器，还包括阵列式光电传感器和微弱信号调理电路，所述阵列式光电传感器经微弱信号调理电路与多通道模数转换器连接。所述继电器开关控制模块的常开触点接入待检测空调的供电回路中，所述阵列式光电传感器安装在待检测空调的内部散热片上并将散热片上的粉尘强度信号依次经微弱信号调理电路和多通道模数转换器传送给ARM处理器，ARM处理器根据接收到的信号控制触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块以及继电器开关控制模块工作。 

本实用新型的一种优选方案：所述ARM处理器采用STM32芯片。 

本实用新型的一种优选方案：所述阵列式光电传感器采用3个HOA1404-002芯片，且该3个HOA1404-002芯片排列成圆心角互成120°的阵列。如图2所示的本实用新型阵列式传感器平面图，本实用新型的信号采集采用HOA1405-002光电传感器进行散热片粉尘的测量，由于HOA1405-002的响应时间为12us，相对于散热片工作的速率很快，所以利能精确测出散热片动态时候的粉尘厚度。此外，当散热片处于静态时，考虑到散热片的形状，单个的光电传感器可能处于散热片的空隙中，从而不能测出散热片上的粉尘，本实用新型采用3个HOA1404-002光电传感器排列成圆心角相互成120°的阵列，能保证至少一个以上的光电传感器测到散热片上的粉尘。这样阵列式的测量方式能实时监测静态或者动态时散热片上的粉尘。 

本实用新型的一种优选方案：所述的微弱信号调理电路包括3个相同的子电路，每个子电路的输入端均连接一个HOA1404-002光电传感器芯片的输出端，每个子电路的输出端均连接多通道模数转换器的一个输入端，每个子电路都包含依次连接的前置放大电路、双运放带通滤波器、中间级放大电路、二阶低通滤波器与隔离放大电路。如图3所示的本实用新型的微弱信号调理电路的子电路示意图，前置放大电路包含由第一运放OPA1、第一电阻R1和第二电阻R2构成的差分放大电路，同时还包含由第一电容C1和第三电阻R3，第二电容C2和第四电阻R4构成的低通滤波器。OPA1的同相端经R4接地，C2并联R4，OPA1的反相端经R3连接OPA1的输出端，C1并联R3。OPA1的同相端与反相端连接光电传感器的电压信号输出端。 

双运放带通滤波器包含第二运放OPA2、第三运放OPA3、第五电阻R5～第九电阻R9以及第四电容C4，OPA2的同相端经R5连接OPA1的输出端，OPA2的反相端连接OPA3的反相端，OPA2的输出端连接OPA3的输出端，OPA3的同相端经R9接地，OPA3的输出端依次串联C4和R7后与OPA3的输出端连接，OPA3的输出端依次串联R6和C3后接地。通过调节第六电阻R6可以调节双运放带通滤波器的谐振频率，通过调节第五电阻R5可以调节双运放带通滤波器的Q值。中间级放大电路包含由第四运放OPA4、第十电阻R10和第十一电阻R11构成的同相比例放大器，起中间级放大作用，同时还包含由第十二电阻R12和第五电容C5，第十三电阻R13和第六电容C6构成的低通滤波器。OPA4的同相端经R12后接地，C5并联R12，OPA4的同相端经R11与R8连接，OPA4的反相端经R10接地，OPA4的反相端经R13连接OPA4的输出端，C6并联R13。二阶低通滤波器与隔离放大电路包含由第五运放OPA5构成的电压跟随器和由第十四电阻R14、第十五电阻R15、第七电容C7和第八电容C8构成的二阶低通滤波器，电压跟随器有阻抗匹配，还有隔离功能。OPA5的输出端连接OPA4的输出端，OPA5的反相端连接OPA5的输出端，OPA5的同相端经C7后接地，OPA5的同相端连接R15的一端，R15的另一端分别连接R14的一端和C8的一端，C8的另一端接地，R14的另一端接多通道模数转换器的输入端。 

本实用新型的一种优选方案为：所述多通道模数转换器采用AD7195模数转换器。AD7195模数转换器的输入端连接微弱信号调理电路的输出端。AD7195模数转换器的输出端与ARM处理器的I/O口连接，它将接收到的电信号转换为ARM处理器可识别的数字信号。且AD7195模数转换器是24位Σ-Δ型模数转换器，它的均方根噪声为8.5 nV，功耗电流仅为400μA，特别适合要求低功耗和高精度测量的应用。 

本实用新型的一种优选方案为：如图4所示的本实用新型的声光报警模块电路图，声光报警模块包含蜂鸣器BEEP、发光二极管D1、NPN型三极管Q1、第十六电阻R16、第十七电阻R17以及第十八电阻R18，BEEP的一端连接电源，另一端连接Q1的集电极，Q1的发射极接地，Q1的基极经R16后接地，Q1的基极经R17与ARM处理器的I/O口连接。D1的阴极接地，阳极经R18与ARM处理器的I/O口连接。当I/O 口发出高电平时，蜂鸣器发出声音，发光二极管发光。 

本实用新型的一种优选方案为：本实用新型的触摸屏液晶显示及输入模块采用ALIENTEK FTFLCD。 

本实用新型的一种优选方案为：所述时钟模块采用DS1302芯片。 

本实用新型的一种优选方案为：所述串口通信模块还连接上位机，实现ARM处理器与上位机之间的交互通信；串口通信模块采用RS232串口通信芯片。 

如图5所示的本实用新型的继电器控制开关模块示意图，包含继电器线圈和常开触点K1、NPN型三极管Q2、手动开关S1，继电器的常开触点接入空调的供电电路中。继电器线圈的一端接电源，另一端接连接Q2的集电极，Q2的发射极接地，Q2的基极连接ARM处理器的I/O口，当ARM处理器向Q2的基极传送低电平时，继电器线圈断电，继电器的常开触点断开空调的供电电路。 

本实施例的工作流程如下：当空调开机后，STM32处理器被唤醒，各设备初始化。此时可通过触摸屏液晶显示及输入模块向STM32处理器输入粉尘阈值。然后AD7195每隔一个周期对HOA1404-002光电传感器测量的散热片粉尘数据采样一次。经过微弱调理电路处理后送入AD7195进行数模转换后输入到STM32进行处理，STM32处理器将接收到的数据显示在触摸屏液晶显示及输入模块，并判断采集数据是否超过设值的粉尘阈值，若超过阈值，STM32处理器将驱动蜂鸣警和二极管进行声光报警。当超过10分钟后，仍然无人采取措施，STM32处理器向继电器控制模块输出低电平信号，继电器的线圈断电，继电器的常开触点断开，切断空调的供电，强制关闭空调。 

STM32处理器的优势在于它的低功耗特性，本系统程序按照低功耗方式设计。STM32处理器大部分时间处于低功耗模式中，只有中断被触发时，才被唤醒，这一设计方案大大降低了系统功耗。为了进一步降低功耗，当不观测数据时， STM32处理器控制触摸屏液晶显示及输入模块，关闭其背光，减少功耗。 

本实用新型所涉及到的软件程序都是公知的，本实用新型不涉及对软件程序的任何改进。 

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：包括ARM处理器以及分别与之连接的触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块、继电器开关控制模块、时钟模块、串口通信模块和多通道模数转换器，还包括阵列式光电传感器和微弱信号调理电路，所述阵列式光电传感器经微弱信号调理电路与多通道模数转换器连接；所述继电器开关控制模块的常开触点接入待检测空调的供电电路中，所述阵列式光电传感器安装在待检测空调的内部散热片上并将散热片上的粉尘强度信号依次经微弱信号调理电路和多通道模数转换器处理后传送给ARM处理器，ARM处理器根据接收到的信号控制触摸屏液晶显示及输入模块、声光报警模块以及继电器开关控制模块工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述ARM处理器采用STM32芯片。

3.根据权利要求1所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述阵列式光电传感器包含3个光电传感器芯片，且该3个光电传感器芯片排列成圆心角互成120°的阵列。

4.根据权利要求3所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述3个光电传感器芯片均采用HOA1404-002芯片。

5.根据权利要求3所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述的微弱信号调理电路包括3个相同的子电路，每个子电路的输入端均连接一个光电传感器芯片的输出端，每个子电路的输出端均连接多通道模数转换器的一个输入端，每个子电路都包含依次连接的前置放大电路、双运放带通滤波器、中间级放大电路、二阶低通滤波器与隔离放大电路。

6.根据权利要求1所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述的多通道模数转换器采用AD7195数模转换器。

7.根据权利要求1所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述的触摸屏液晶显示及输入模块采用ALIENTEK FTFLCD。

8.根据权利要求1所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述的声光报警模块包括分别与ARM处理器连接的蜂鸣器和发光二极管。

9.根据权利要求1所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述时钟模块采用DS1302芯片。

10.根据权利要求1所述的一种基于ARM内核的空调散热片粉尘自动监测仪，其特征在于：所述串口通信模块还连接上位机，实现ARM处理器与上位机之间的交互通信；串口通信模块采用RS232串口通信芯片。