智能居家新風系統

周妍 張靜 王明潔 顏雁軍

摘 要 為滿足不同情況下，人們對室內空氣質量的需求，本文設計了一種智能居家新風統，并詳細介紹了系統的總體結構和軟硬件設計方案。該系統采用低功耗MSP430F149作為主控單元，能夠智能地完成除塵、殺菌、調節溫度等功能。經實驗測試，該系統工作性能穩定，可根據用戶實際需求實現多模式換氣。

【關鍵詞】新風系統 多模式換氣 MSP430F149

隨著生活水平的提高和保健意識的增強，人們對室內空氣品質的要求越來越高。但是目前大氣污染嚴重，霧霾現象出現越來越頻繁；并且許多裝修材料，在不同程度上含有對人體健康造成危害的元素。因此引入新風系統改善室內空氣質量，提高舒適度勢在必行。但是目前的新風系統并不完善，對空氣的過濾是通過安裝不同的過濾網，不能有效濾除空氣中的有害物質；而且系統工作模式單一，需24小時不間斷工作才能實現換流，達不到節能環保要求。

而本系統設計的智能居家新風系統有所改進，不僅能夠實現空氣的自動換流，還可根據不同場合對空氣質量的需求，選擇不同的工作模式；而且利用高壓靜電場能除塵殺菌這一特性，能對空氣有效濾除。

1 系統總體設計

本系統主要由活性炭，軸流風扇，高壓集塵腔，電源模塊和控制單元模塊組成。控制單元模塊選用MSP430F149單片機，其用來檢測按鍵然后控制系統的工作模式，處理結果通過LCD液晶屏顯示。系統總體設計結構如圖1所示。

1.1 凈化除塵設計

該系統凈化過程為空氣先經過活性炭進行除臭，除濕和初步除塵，然后通過軸流風扇將經活性炭初步除塵后的空氣送到高壓集塵腔進行最終除塵、殺菌。其中高壓集塵腔包括高壓電源模塊和集塵器。高壓電源模塊主要用于產生高壓電場，使空氣快速被電離，產生大量正負離子，形成正負離子流與空氣中的污染粒子碰撞結合，使污染粒子帶上正電荷或者負電荷，然后在靜電場力的作用下被吸附到集塵器的正負極板上。

1.2 4種工作模式

為保證系統的工作模式多樣化，增強其實用性。本系統設計了4種工作模式：白天、夜間、聚會、休眠。用戶可根據對空氣質量的需求，選擇不同的工作模式。下面對4種工作模式做了詳細介紹。由于軸流風扇額定凈化量為400立方米每小時，故每種工作模式的空氣凈化量由系統的工作時間決定。

在白天模式下，系統每工作1小時休息1小時，適用于白天日常家居生活，每周期性工作一次能為室內帶來400立方米的新鮮空氣。在夜間模式下，系統每工作0.5小時休息0.5小時，適用于夜晚日常家居生活，每周期性工作一次能為室內帶來200立方米的新鮮空氣。在聚會模式下，系統持續工作，適用于聚會時家里人較多或室內空氣煙塵較多等對新鮮空氣需求量較大的情況下。該模式是對白天模式和夜間的升級，系統每工作1小時為室內帶來400立方米的新鮮空氣。在休眠模式下，系統每工作1小時休息5小時，適用于家中幾天或長期無人居住的情況下，每周期性工作一次可以為室內帶來400立方米的新鮮空氣。

2 硬件設計

本系統主要包括MSP430F149控制電路，整流變壓電路，穩壓電路，人機接口電路，繼電器控制電路。硬件總體框圖如圖2。

2.1 單片機控制電路

本系統采用了MSP430F149單片機，其具有低功耗，高運算速度，內部集成12位高精度ADC，自帶3個捕捉/比較定時器等特點，所以作為系統的核心控制部分非常適合。

2.2 電源設計

本系統電源系統采用220V交流輸入，然后分別為繼電器和變壓整流部分供電。通過變壓整流將220V交流電壓轉為9V的交流電壓，然后通過全橋整流和LM7805穩壓電路得到5V電壓，為繼電器，鍵盤和LCD液晶供電；最后通過AMS1117穩壓電路得到3.3V穩壓電路，為MSP430F149單片機供電。

2.3 人機接口電路

人機接口部分包括按鍵電路和液晶顯示。其中按鍵電路包括4個獨立按鍵，分別與單片機的4個I/O口相連，檢測目標按鍵，從而使單電機執行系統的相應工作模式。液晶部分采用HB12864，其與微處理器的通信方式有串行和并行兩種方式，但為簡化電路，本系統設計采用串行通信模式。

2.4 繼電器控制電路

繼電器控制電路的作用是通過單片機控制軸流風扇和高壓電源在不同工作模式下的啟停。系統工作時，單片機控制定時器開始定時，在定時范圍之內改變P43的輸出，開關管的導通，繼電器也隨之導通，軸流風扇和高壓電源開始工作。

3 軟件設計

本系統設計的智能居家新風除塵系統軟件部分主要包括主程序，獨立按鍵程序，液晶顯示程序和定時器程序。主要功能模塊包括：初始化系統時鐘、定時器初始化、按鍵掃描、液晶顯示、工作模式設定、按鍵中斷、定時器中斷。其中主程序主要是關閉看門狗，初始化系統時鐘、串口、液晶、定時器，開中斷；然后調用按鍵程序，進行按鍵掃描，調用顯示程序；調用定時器函數，然后輸出低電平，使繼電器導通，系統工作。當調用按鍵中斷函數時，按鍵會重新掃描，切換新的工作模式。

4 結論

本文針對已有新風除塵系統的不足，設計了一套智能居家新風除塵系統，該系統具有除塵、殺菌、除濕、除臭、調節室內溫度等功能。同時為滿足不同家庭在不同環境下對空氣質量的需求，本系統設計了4種工作模式：白天、夜間、聚會、休眠，增強了系統的實用性。經實驗測試，該系統操作簡單，穩定可靠，能夠實現對室內空氣的除塵、殺菌、除濕、除臭。

（通訊作者：周妍）

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作者單位

成都理工大學 核技術與自動化工程學院 四川省成都市 610051