张紫豪 张伟 周东东 钟东 吕现钊
（宿州学院 机械与电子工程学院 安徽宿州 234000）
【摘要】
本文设计出一种多功能便捷式空气净化器，在检测空气质量的同时还可以利用负离子发生器改善人体吸入空气的质量，通过液晶屏显示模块将实时的空气质量显示出来。本设计可根据环境空气质量开关空气净化器，具有能耗低，维护简单和可随身携带等优点。实际应用价值高，市场前景广阔。
【关键词】空气质量传感器；负离子发生器；STM32单片机
1、设计背景及意义
空气污染无声无息地发生在我们的身边，无论是开门关门的瞬间，或是外出回来，或是朋友走访，都会在不知不觉间将空气中的污染颗粒带到我们生活的空间中。对于长时间在室内的人们来说，空气净化器就显得尤为重要，它能使室内环境空气比外面更加清新和洁净，有益于人们精神集中、心情舒畅，更有益于健康。本文设计的空气净化器使用方便、不受时间、空间的过多限制，可随时净化室内空气、清除有害气体，实际应用价值高，市场前景广阔。
2、空气质量传感器简介
2.1 空气质量传感器工作原理
空气质量传感器使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。该传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害的监测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
3、系统硬件设计
3.1 STM32F103C8T6单片机
主控电路采用STM32F103C8T6单片机作为主控模块，采用USB接口线5V电源供电：电脑、充电宝、电池接口等均能满足设计电源的需求。该单片机具备64个I\O端口，每个I/0口驱动能力口等均能满足设计电源的需求。在单芯片上，拥有灵巧的32位CPU和在系统可编程Flash，使得STM32F103C8T6为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
3.2 电源模块
整个空气净化器采用12V锂电池供电，锂电池的12V电压经芯片TPS7350，把12V直流电压转换成5V，给 STM32F103C8T6芯片供电，整个转压电路加入10uf钽电容和104电容进行滤波处理，过滤那些杂波，使得供电的电压更加地稳定。得到的5V电压经过TPS7333芯片，将5V转化为3.3V电压，给LCD1602显示屏供电，同样也加了电容，过滤杂波，使得外设模块的正常工作。
3.3 空气质量检测与净化模块
空气净化器采用MQ135空气质量传感器作为检测模块，MQ135空气质量传感器把空气质量数据发送给单片机，并由单片机进行数据处理后，驱动负离子发生器和直流电机对空气进行净化处理。
3.4 显示模块
空气净化器采用LCD1602液晶显示模块进行显示空气质量指数 ，我们用的LCD1602有8个数据口，采用5V或者3V供电，通过IIC通信的方式进行数据的打印和显示。整个LCD1602模块由8个数据口 、数据/命令、读/写指令、使能指令构成，显示模块增加了HD44780主控驱动电路、HD4410扩展驱动电路、电容、电阻组成。能够更好地将信息显示出来。
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图一：LCD1602原理图
4 系统框图和程序框图
4．1 系统框图
空气质量值检测系统，由STM32F103C8T6单片机接受并且处理由空气质量传感器模块发送的数据的分析后，通过LCD1602显示屏将收集到的空气质量值进行显示，并通过IO口驱动发光二极管和蜂鸣器，根据空气质量实时对负离子发生器和直流电机进行控制，完成空气净化。
下图是整个系统的流程图：
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图二：系统结构图
4.2 程序
本设计将程序分为六个部分，空气质量传感器数据测量部分、LCD1602显示部分，led显示部分，蜂鸣器部分，负离子发生器控制部分，电机控制部分。空气质量传感器数据测量后通过信号处理传送到单片机里。
整个程序是在KEIL5的环境下编写，将程序的整体模块化，可以更好地对程序进行改动与优化。
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图三：部分程序图
5、结束语
该项目从分析当前空气污染普遍存在的问题出发，阐述了该项目研究的目的和意义。项目设计成功对提高居民生活便利，保护居民身体健康具有重要意义。
项目采用STM32F103C8T6单片机为核心控制元件，可根据空气质量情况对空气净化器进行实时控制，极大地提高了空气净化器的性能，设计方案可行。
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项目名称：2020年省级大学生创新训练项目项目编号：S202010379156。“宿州学院大学生创新创业训练计划资助”.