基于單片機(jī)的艾灸煙霧處理機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蔡畫鹢

摘? 要：為了解決艾灸床類醫(yī)療設(shè)備的煙霧對(duì)環(huán)境的污染問題，使用單片機(jī)設(shè)計(jì)了艾灸煙霧處理機(jī)控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以AT89C52為主控芯片，采用DC1080數(shù)字溫濕度傳感器、GY-SGP30空氣質(zhì)量傳感器和GP2Y1014AU粉塵傳感器構(gòu)建硬件部分，結(jié)相應(yīng)的控制算法，設(shè)計(jì)了針對(duì)艾灸床用的煙霧處理機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過鍵盤輸入的方式設(shè)定工作時(shí)間，同時(shí)也兼具報(bào)警的功能。使得機(jī)器能夠自動(dòng)進(jìn)行工作無需人工干預(yù)。通過對(duì)控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)規(guī)劃，使得鍵盤操作十分簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);煙霧除塵;電磁閥;控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）05-0091-02

Abstract： In order to solve the problem of environmental pollution caused by smoke from medical equipment of moxibustion bed， a control system of moxibustion smoke processor was designed by using single-chip microcomputer. The control system takes AT89C52 as the main control chip， uses DC1080 digital temperature and humidity sensor， GY-SGP30 air quality sensor and GP2Y1014AU dust sensor to construct the hardware part， combines the corresponding control algorithm， and designs the smoke processor control system for moxibustion bed. The system not only sets the working time by keyboard input， but also has the function of alarm， thus enabling the machine to work automatically without human intervention. Through the reasonable design and planning of the control system， the keyboard operation is very simple.

Keywords： single chip microcomputer; smoke dust removal; solenoid valve; control system

煙霧除塵是通過鼓風(fēng)機(jī)將煙塵產(chǎn)生源頭吸入除煙箱中，并通過化學(xué)和物理的方法進(jìn)行過濾、吸附或者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而將煙塵中的污染物以及有毒有害物質(zhì)除去的過程。該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)實(shí)際除去煙塵的工作流程以及工作環(huán)境的要求，進(jìn)行自動(dòng)控制鼓風(fēng)機(jī)、各個(gè)電磁閥的工作順序和時(shí)間來切換相應(yīng)的工作狀態(tài)，從而完成吸氣、吸附、排氣的工作流程，間斷性工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化除去煙塵的功能。有效提高了有害物質(zhì)的吸附效率，減輕了煙塵對(duì)人體的傷害以及對(duì)環(huán)境的污染。

1 煙霧除塵機(jī)面臨的技術(shù)問題

傳統(tǒng)的除塵裝置在進(jìn)行工作時(shí)，具有以下的技術(shù)問題：（1）缺少對(duì)煙塵中污染物的凈煙處理，污染問題沒有得到解決。（2）缺少監(jiān)控系統(tǒng)，無法進(jìn)行報(bào)警，容易引發(fā)安全事故。（3）自動(dòng)化程度低，無法進(jìn)行定時(shí)工作，效率低下。（4）傳統(tǒng)的除塵機(jī)體型大，安裝、移動(dòng)不方便。

2 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 控制要求

該系統(tǒng)中有四個(gè)電磁閥，分別定義為X1～X4，將上文所述的三個(gè)狀態(tài)分別定義為狀態(tài)1、狀態(tài)2、和狀態(tài)3，當(dāng)啟動(dòng)按鈕剛按下時(shí)，X1動(dòng)作，鼓風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，運(yùn)行5秒后，進(jìn)入高速運(yùn)行狀態(tài)。如果狀態(tài)1達(dá)到了預(yù)設(shè)的時(shí)間，將X1關(guān)閉，X2、X3動(dòng)作，同時(shí)X1將間隔0.5秒進(jìn)行開啟和關(guān)閉，循環(huán)執(zhí)行3次。之后，再次回到狀態(tài)1。X4可設(shè)置工作間隔時(shí)間，一般為30分鐘開啟一次，每次1～2分鐘。而由于單片機(jī)無法直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，所以采用繼電器的方式驅(qū)動(dòng)電磁閥。

2.2 硬件電路設(shè)計(jì)

電源部分采用24V-5V開關(guān)電源供電，既滿足了電磁閥的驅(qū)動(dòng)電壓，又能給單片機(jī)提供5V電源。主控芯片采用STC89C52型號(hào)單片機(jī)，系統(tǒng)時(shí)鐘由12MHz49S型無源晶振提供，溫濕度顯示由0.36英寸四位紅色共陰數(shù)碼管顯示，4×4矩陣鍵盤按鈕輸入，DC1080數(shù)字溫濕度檢測(cè)電路、GY-SGP30空氣質(zhì)量檢測(cè)電路和GP2Y1014AU粉塵傳感器檢測(cè)電路。主要電路分為主控芯片連接電路圖、溫濕度顯示電路、空氣質(zhì)量檢測(cè)電路、粉塵檢測(cè)電路、鍵盤輸入電路以及蜂鳴器報(bào)警電路，電磁閥四個(gè)。

其中最小系統(tǒng)電路由復(fù)位電路、晶振電路組成。如圖1所示：

DC1080數(shù)字溫濕度傳感器檢測(cè)電路，其數(shù)據(jù)輸出為串行數(shù)據(jù)，單總線，對(duì)時(shí)序要求控制比較嚴(yán)格，可通過數(shù)據(jù)手冊(cè)查的所要求時(shí)序，在程序中將溫濕度讀取出來。溫濕度顯示電路主要通過對(duì)兩個(gè)74HC573鎖存器芯片來控制兩個(gè)四位數(shù)碼管（兩個(gè)溫度顯示，一個(gè)濕度顯示）。使用74HC573芯片的好處在于能夠大大節(jié)省I/O口，同時(shí)成本也不高。如圖2所示：

蜂鳴器報(bào)警電路通過控制單片機(jī)的一個(gè)I/O口控制PNP三極管的導(dǎo)通，使蜂鳴器發(fā)出響聲報(bào)警。如圖3所示。

2.3 軟件程序的設(shè)計(jì)

2.3.1 電磁閥驅(qū)動(dòng)模塊

該模塊的主要目的是完成對(duì)電磁閥的控制，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的切換。主要利用的是定時(shí)器通過統(tǒng)計(jì)具體思路如圖4所示。

2.3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

在大功率電機(jī)啟動(dòng)過程中，應(yīng)當(dāng)首先以低速運(yùn)行維持一段時(shí)間后，在切換至高速運(yùn)行。防止瞬間啟動(dòng)電流過大造成對(duì)硬件的破壞。程序中設(shè)置了低速啟動(dòng)時(shí)間，一旦達(dá)到時(shí)間后，電機(jī)將轉(zhuǎn)換為高速運(yùn)行狀態(tài)。

2.3.3 傳感器模塊以及顯示模塊

DC1080、GY-SGP30與GP2Y1014AU輸出均為串行數(shù)據(jù)，單總線。因此分別設(shè)置兩個(gè)I/O口作為總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸過程主要為讀取兩者內(nèi)部寄存器的值。在主函數(shù)中設(shè)置定時(shí)任務(wù)，每隔兩秒執(zhí)行讀取函數(shù)，確保了數(shù)據(jù)的正確性。顯示模塊則主要是利用中斷服務(wù)程序刷新數(shù)碼管，使動(dòng)態(tài)顯示更加穩(wěn)定。

2.3.4 時(shí)間控制模塊

系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)行中斷初始化，并開始計(jì)時(shí)，通過計(jì)時(shí)所得數(shù)值，傳遞給顯示模塊，將開機(jī)后，系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間反饋給數(shù)碼管顯示，同時(shí)該模塊還將所記錄的時(shí)間賦值給一個(gè)全局變量，方便其他函數(shù)的定時(shí)任務(wù)。

3 煙霧除塵機(jī)的流程圖

程序的控制流程如圖5所示。

4 結(jié)束語

本煙霧處理機(jī)設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)為核心，通過時(shí)間觸發(fā)的控制方式，對(duì)電磁閥進(jìn)行時(shí)間控制，從而達(dá)到整個(gè)完整的除煙去塵的自動(dòng)化控制，將極大地提高除煙去塵的效率。除此之外，報(bào)警系統(tǒng)將提高整個(gè)流程的安全可靠性，將改善設(shè)備的使用環(huán)境，有利于環(huán)境的保護(hù)。

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