汽车内空气净化和清洁装置的设计毕业设计毕业论文及文献综述管理资料.docx
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汽车内空气净化和清洁装置的设计毕业设计毕业论文及文献综述管理资料
●汽车内空气净化和清洁装置的设计
摘要
此装置是针对汽车内烟油量过多,对人体造成危害的问题,同时为了给车内人一个舒服的环境,而设计的汽车内空气净化与清洁装置。
此装置是利用汽车上的电源对此装置供电,以单片机AT89C52为核心部件,通过空气质量传感器检测空气质量并将空气质量转换成电压信号,并将电压信号通过数模转换传至单片机内,由单片机来判断空气质量是否合格,并控制是否要启动净化和清洁系统,从而可以实现净化车内空气的目的。
同时此装置具有手动控制该装置的启动与关闭、体积小,方便易使用等功能。
关键字:
空气净化和清洁系统;AT89C52;ADC0809N;离子交换器;空气质量传感器QS-01;
ABSTRACT
Thisdeviceisagainstexcessiveoilsmokeinthecar,causingharmtohumanproblemsandtogivethecaracomfortableenvironmentforpeople,andthedesignofthecarandcleanairpurificationdevices.ThisdeviceistousethiscaronthepowersupplydevicestoSCMAT89S52asthecorecomponents,throughairqualitytestingairqualitysensorandairqualityintovoltagesignalandvoltagesignalthroughtheconversionspreadtoafewdie-Machine,tojudgebytheSCMairqualityisqualified,andtocontrolwhetherornottostartcleaningandpurificationsystems,thusachievingthepurposeofpurifyingtheairinside.Atthesametimethisequipmenthastomanuallycontrolthedevicewiththeclosureofthestart-up,smallsize,user-friendlyfeaturessuchastheuseof.
Keyword:
Airpurificationsystem;AT89C52;ADC0809N;ionexchange;thepressuretransmitteQS-01
系统总体设计思路及方框图5
各方案论证及选择6
系统组成8
本章小结8
第2章空气污染指数………………………………………………………………..9
第3章各模块工作原理及电路设计13
空气净化装置的工作原理及电路设计13
空气净化装置的工作原理13
空气净化装置的电路设计13
74LS90N的工作原理及电路设计14
ADC0809N的工作原理及驱动电路设计16
报警电路原理及设计22
控制器控制原理及接口设计23
AT89C52芯片介绍23
单片机的控制原理及接口设计27
电源模块28
本章小结28
第4章控制面板设计、装置安装及使用说明29
控制面板设计29
装置安装29
装置的使用说明29
第5章硬件调试及展望30
硬件调试30
展望31
总结32
致谢33
参考文献34
附录主要元器件明细表35
绪论
烟油量过多是汽车内很常见的问题。
在汽车里,抽烟是个很常见的现象,不管是在私家车还是在出租车,而且在2个季节,车窗都是关闭着的,夏天炎热,冬天寒冷都需要开空调,如果这时在车内抽烟就会导致车内烟油量过大,而使车内人不舒服,出于这些现象我们有必要设计能在汽车内使用的空气净化装置。
目前市场上还没未出现此类似产品。
这篇设计就是摸索着设计,由于理论知识和实践经验的欠缺,其中肯定有很多不足,有待指正。
此装置采用以单片机AT89C52为核心,通过ADC0809N将空气质量传感器输出的模拟信号转化为数字信号,利用AT89C52来判断空气质量是否合格,如果空气质量合格,绿指示灯亮,如果空气质量不合格,红指示灯亮,并启动蜂鸣器跟空气净化系统,从而达到对空气的检测与处理。
本装置的空气净化系统采用活性碳的吸附作用跟离子交换器。
本装置的控制部分基本上都是由单片机的软件来实现的。
根据此装置设计分工,分为硬件和软件两部分。
笔者负责硬件部分,软件部分由其合作者汤洁同学负责设计。
因此在本论文中,主要就硬件部分进行阐述和设计。
第一章主要就本次论文的设计任务及要求做了简单的介绍,同时就整个论文的设计做了详细的论证。
第二章就各个模块的工作原理做了详细的介绍,同时对各个部分的电路设计做了详细的分析。
第三章就装置的安装和使用做了简单的说明。
第四章就对实验数据做了的分析的总结。
本次论文的设计部分中,主要的难点部分有两处,一是怎么去判断空气质量是否合格,以及具体的电路设计;二是空气净化装置的净化空气部分,选择怎样的方式来使空气净化。
在解决这两点问题时,笔者做了大量的资料查询,同时也得到了很多老师和同学的指点。
第1章系统设计
设计任务及要求
设计任务
设计一个汽车内空气净化与清洁装置。
示意图如图1-1-1所示
图1-1-1汽车内空气净化与清洁装置外型实物图
设计要求及技术参数
(1)能依据空气污染指数来判断空气是否合格(当R0上的电压值超过20mv时为不合格)。
(2)当空气不合格时,能发出报警信号,并启动空气净化装置。
(3)能净化空气达标(让R0上的电压值不超过20mv)。
(4)装置能适合安装于车内(体积小)。
总体设计方案
系统总体电路图
图1-2-1总体设计电路图
系统总体设计思路及方框图
系统由传感器模块、74LS90N5分频器、ADC0809N数模转换模块、单片机AT89C52控制模块、指示灯模块、报警模块以及空气净化系统组成。
系统框图如图1-2-1所示。
通过传感器模块将空气污染程度转化为电压输入ADC0809N数模转换模块并将转换完的数子信息传送给控制模块。
当控制模块将数字信息比较完成后判断空气质量是否合格,当空气质量合格指示灯模块亮绿灯,当空气质量不合格时指示灯模块亮红灯,与此同时启动蜂鸣器跟空气净化装置。
传感器
模块
74LS90N5分频器
ADC0809N模块
绿指示灯
模块
电源模块
AT89C52控制器模块
红指示灯
蜂鸣器
模块
空气净化装置模块
模块
图1-2-2总体设计方框图
各方案论证及选择
(1)传感器模块:
采用空气质量传感器QS-01来实现。
在本设计中空气质量的检测采用日本进口的QS-01空气质量传感器。
QS-O1是一种二氧化锡半导体气体传感器,可以检测香烟、NH3、酒精、CO等多种空气中的污染气体,灵敏度高,并且响应时间很快,传感器采用塑料外壳,有3个引脚,可在极低的功耗情况下获得极好的感应特性,非常适合应用于空气品质控制系统、排风电扇和空气清新机[文献1]。
图1-2-2-1管脚排列
图1-2-2-1电路图
(2)分频器:
采用74LS90N五分频芯片来实现。
(3)数模转换模块:
采用ADC0809N来实现。
ADC0809N是8位、逐次比较式A/D转换芯片,具有地址锁存控制的8路模拟开关,应用单一+5V电源,其模拟量输入电压的范围为0~+5V,对应的数字量输出为00H~FFH,转换时间为100US,无须零或调整满量程[文献2]。
(4)控制器模块:
对于控制器的选择有两种方案。
方案一:
采用FPGA(现场可编程门列阵)作为系统的控制器。
FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能,规模大,密度高,它将所有器件集成在一块芯片上,减少了体积,提高了稳定性,并且可应用EDA软件仿真、调试,易于进行功能扩展。
FPGA采用并行的输入输出方式,提高了系统的处理速度,适合作为大规模实时系统的控制核心。
由检测模块输出的信号并行输入FPGA,FPGA通过程序设计控制电机做出相应的转动,但由于本设计对数据处理的速度要求不是很高,FPGA的高速处理的优势得不到充分体现,并且由于其集成度高,使其成本偏高,同时由于芯片的引脚较多,实物硬件电路布线复杂,加重了电路设计和实际焊接的工作。
方案二:
采用ATMEL公司的AT89C52作为系统的控制器。
单片机算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制,并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点,使其在各个领域应用广泛[文献2]。
基于以上分析,本设计选择采用方案二,单片机控制的方框图如图1-1-2所示。
在本设计中,AT89C52负责监测空气质量是否合格,控制空气净化装置和报警装置。
(5)指示灯模块:
采用发光二极管。
(6)报警模块
方案一:
采用单片机或可编程逻辑器件完成。
由于本系统的控制器是采用单片机的,使用单片机直接蜂鸣器,不仅可以有效地利用系统的资源、简化电路,同时还可以实现多种报警功能。
这样大大增强了液体点滴监控装置的实用性。
方案二:
采用分立元件来实现。
用分立元件大大增加了电路的复杂程度,而且不能很好的实现多种报警功能。
基于以上分析,本设计采用单片机了来实现电路的报警功能。
(7)空气净化装置模块:
采用活性碳和换气箱。
(8)电源模块
过去,汽车内的电器较少,通常的12伏和14伏电源系统已能满足需要,因此一直沿用了50年。
然而,随着电器和各种电子装备的大量使用,14伏所能提供的功率,已满足不了汽车的发展需要。
42伏系统为车辆的结构改进提供了更大的可能性。
使用42V电源系统,发动机的一些附件,如转向助力泵、水泵、冷却风扇、空调压缩机和气泵等,可以直接由新的电源系统驱动,从而减少空转消耗,提高能源利用效率。
此外,这些部件也可以从发动机中分离出来,减少发动机的部件数量,改善设计,提高发动机的效率。
对于电动制动系统,由电源直接驱动,可以省去液压或气压系统,带来更好的驾驶舒适性和更好的燃油经济性。
在本设计中由于装置需要的功率不是很高,所以使用汽车内的12V直流电源对其整个电路供电。
系统组成
经过仔细分析和论证,决定了各系统模块的最终方案如下。
(1)传感器模块:
采用空气质量传感器;
(2)数模转换模块:
采用ADC0809N型芯片;
(3)控制模块:
采用AT89C52控制;
(4)指示灯模块:
采用发光二极管(红,绿);
(5)报警模块:
采用单片机驱动蜂鸣器。
(6)空气净化装置模块:
采用采用单片机驱动离子交换器;
(7)电源模块:
采用12V的汽车电源。
本章小结
本章主要就本设计的基本要求和总体设计方案做了简单的介绍。
同时还对各模块的方案选择做了详细的论证
第2章空气污染指数
空气污染指数的定义及分级限值
API(AirPollutionIndex的英文缩写)是空气污染指数,我国城市空气质量日报API分级标准如表1[文献3]:
表1空气污染指数对应的污染物浓度限值
污染指数
污染物浓度(毫克/立方米)
API
SO2
(日均值)
NO2
(日均值)
PM10
(日均值)
CO
(小时均值)
O3
(小时均值)
50
5
100
10
200
60
300
90
400
120
500
150
表2空气污染指数范围及相应的空气质量类别
空气污染指数API
空气质量状况
对健康的影响
建议采取的措施
0~50
优
可正常活动
51~100
良
101~150
轻微污染
易感人群症状有轻度加剧,健康人群出现刺激症状
心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动
151~200
轻度污染
201~250
中度污染
心脏病和肺病患者症状显著加剧,运动耐受力降低,健康人群中普遍出现症状
老年人和心脏病、肺病患者应在停留在室内,并减少体力活动
251~300
中度重污染
>300
重污染
健康人运动耐受力降低,有明显强烈症状
老年人和病人应当留在室内,避免体力消耗
空气污染指数的计算方法:
①基本计算式:
设I为某污染物的污染指数,C为该污染物的浓度。
则:
式中:
C大与C小:
在API分级限值表(表1)中最贴近C值的两个值,C大为大于C的限值,C小为小于C的限值。
I大与I小:
在API分级限值表(表1)中最贴近I值的两个值,I大为大于I的值,I小为小于I的值。
②全市API的计算步骤
a求某污染物每一测点的日均值
式中:
Ci为测点逐时污染物浓度,n为测点的日测试次数
b求某一污染物全市的日均值
式中:
l为全市监测点数
c将各污染物的市日均值分别代入API基本计算式所得值,便是每项污染物的API分指数。
d选取API分指数最大值为全市API。
③全市主要污染物的选取
各种污染物的污染分指数都计算出以后,取最大者为该区域或城市的空气污染指数API,则该项污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物。
API=max(I1,I2…Ii…In)
,,,则其污染指数的计算如下:
按照表1,,按照此浓度范围内污染指数与污染物的线性关系进行计算,即此处浓度限值C2=,C3=,而相应的分指数值I2=100,I3=200,则PM10的污染分指数为:
I=((200-100)/(-))×(-)+100=132
这样,PM10的分指数I=132;其它污染物的分指数分别为I=76(SO2),I=50(NO2)。
取污染指数最大者报告该地区的空气污染指数:
API=max(132,76,50)=132
空气质量传感器R0电压与空气污染程度参数与曲线图
此表所列为空气质量传感器R0电压与空气污染程度参数
R0电压值
空气污染指数API
质量状况
0~12mv
0~50
.优
13~20mv
51~100
良
.
21~40mv
101~200
轻度污染
困倦无力
41~60mv
201~300
中度污染
精神恍惚
>60mv
>300
严重污染
强烈症状出现某些疾病.
图2-1空气质量传感器Rl电压与空气污染程度曲线图
第3章各模块工作原理及电路设计
空气净化系统的工作原理及电路设计
空气净化系统中使用活性炭,因为活性炭具有强大的吸附功能。
而且体积小,使用方便,对于本系统是一个很不错的选择。
空气净化系统的工作原理
在本文设计中采用活性炭的吸附跟负离子交换器来做为空气净化系统,净化原理如图3-1-1所示。
串离子板垫
风扇
活性碳
过滤器
离子交换器
图3-1-1空气净化系统示意图
图3-1-2空气净化系统工作原理
活性炭表面积大,具有发达孔隙结构,有亿万以上的纳米孔,具有极强的吸附力,是竹炭等吸附力的5倍,具有净化空气、除湿、去味、杀菌等功效。
活性炭在世界上广泛应用于生化防毒面具、制药、化学气体清除、纯净水过滤等领域,技术成熟、安全可靠,无毒性和副作用。
活性炭用于吸附、净化室内装修材料及新购家俱残留的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、氨气、氡气及总挥发性有机化合物(TVOC)等所有对人体有毒有害的气体和空气中的浮游细菌。
具有吸味、去毒、除臭、去湿、防霉、杀菌、净化等综合功能。
有效去除室内各种异味。
净化空气用的活性碳内部有发达的空隙结构和丰富的微孔组织,这些微孔组织具有强大的吸附力场,当空气中的有毒有害气体与活性炭接触时,活性炭微孔强大的吸附力场,能将有毒气有害体的分子吸附到微孔内。
当利用活性炭净化空气时,为了充分发挥活性炭的功效,人们往往强迫需要净化的空气,通过由活性碳制成的滤芯装置,使污染空气能充分与活性炭接触,活性炭内部发达的微孔,就能迅速、完全、彻底地吸附空气中有毒有害气体,达到净化空气保护人体安全的目的。
被吸附的有毒有害气体的分子从活性碳的微孔中释放出来的过程,叫活性碳的“脱附”,或者叫活性炭的“再生”。
活性碳的“脱附”需要在特定的设备中,通过热再生、化学洗脱、溶剂萃取再生、生物再生等复杂的工艺方法才能完成。
因此,在本设备中,被吸附在活性碳微孔中的有毒有害气体分子,是不可能自己泄露出来的。
负离子发生器,通过气体放电产生大量的负离子,这些负离子一方面对人体健康有直接的有益作用,另一方面负离子可以对室内环境中的污染物发生作用,使污染物浓度降低;
74LS90N的工作原理
74LS90为中规模TTL集成计数器,可实现二分频、五分频和十分频等功能,它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。
其引脚排列图和功能表如下所示:
图3-2-174LS90的引脚排列图
图3-2-274LS90的功能表
在设备运行期间,单片机AT89S52将脉冲传送入74LS90N。
本设计中74LS90N直接通过单片机来控制,具体电路如图2-2-1所示。
图3-2-374LS90N的连接电路
74LS90是异步二—五—十进制加法计数器,它既可以作二进制加法计数器,又可以作五进制和十进制加法计数器。
图3-2-474LS90引脚排列
图3-2-5管脚引线图
图3-2-674LS90功能表
通过不同的连接方式,74LS90可以实现四种不同的逻辑功能;而且还可借助R0
(1)、R0
(2)对计数器清零,借助S9
(1)、S9
(2)将计数器置9。
其具体功详述如下:
(1)计数脉冲从CP1输入,QA作为输出端,为二进制计数器。
(2)计数脉冲从CP2输入,QDQLQH作为输出端,为异步五进制加法计数器。
(3)若将CP2和QA相连,计数脉冲由CP1输入,QD、QC、QB、QA作为输出端,则构成异步8421码十进制加法计数器。
(4)若将CP1与QD相连,计数脉冲由CP2输入,QA、QD、QC、QB作为输出端,则构成异步5421码十进制加法计数器。
(5)清零、置9功能。
a)异步清零
当R0
(1)、R0
(2)均为“1”;S9
(1)、S9
(2)中有“0”时,实现异步清零功能,即QDQCQBQA=0000。
b)置9功能
当S9
(1)、S9
(2)均为“1”;R0
(1)、R0
(2)中有“0”时,实现置9功能,即QDQCQBQA=1001.
ADC0809N的工作原理及驱动电路设计
ADC0809N模数转换器是一种常用的8路8位A/D转换器,通常作为外部设备与计算机连接,要通过输入、输出指令,选择通道读取信息。
ADC0809有28个引脚。
其中:
IN0、IN1、……IN7接8路模拟量输入;ADDA、ADDB、ADDC接地址线,用以选定8路输入中的一路。
ALE是地址锁存允许;Vref、Vref接基准电源,在精度要求不太高的情况下,供电电源就用做基准电源;START是芯片的起动引脚,其上脉冲的下降沿起动一次新的A/D转换;EOC是转换结束信号,可用于向单片机申请中断或供单片机查询;OE是输出允许端;CLK是时钟端,因芯片的时钟频率最高只可工作于640Hz,故通常由单片机的ALE引脚经分频后接向该引脚;DB0~DB7是数字量输出,LSB表示最低位,MSB表示最高位[文献2]。
ADDCADDBADDA选通输入通道
000IN0
001IN1
010IN2
011IN3
100IN4
101IN5
110IN6
111IN7
图3-3-1ADC0809N内部结构示意图
图3-3-2ADC0809N芯片
图3-3-3ADC0809N管脚图
对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下:
IN7~IN0——模拟量输入通道.
ALE——地址锁存允许信号,A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
START——转换启动信号。
START上升沿时,复位ADC0809;START下降沿时启动芯片,开始进行A/D转换;在A/D转换期间,START应保持低电平。
本信号有时简写为ST.
A、B、C——地址线。
通道端口选择线,A为低地址,C为高地址,引脚图中为ADDA,ADDB和ADDC。
CLK——时钟信号。
ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号由外界提供,因此有时钟信号引脚。
EOC——转换结束信号。
EOC=0,正在进行转换;EOC=1,转换结束。
使用中该状态信号即可作为查询的状态标志,又可作为中断请求信号使用。
D7~D0——数据输出线。
为三态缓冲输出形式,可以和单片机的数据线直接相连。
D0为最低位,D7为最高
OE——输出允许信号。
用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE=0,输出数据线呈高阻;OE=1,输出转换得到的数据。
Vcc——+5V电源。
Vref——参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较,作为逐次逼近的基准。
其典型值为+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).
在设备运行期间,ADC0809N的具体连接电路如图2-3-3所示。
图3-3-4ADC0809N的连接电路
CLK是时钟端,因为ADC0809的内部没有时钟电路,所需时钟信号由外界提供,因芯片的时钟频率最高只可工作于640kHz,AT89C52晶振频率12MHz,故本设计中由单片机AT89C52的ALE引脚经74LS90N五分频后接向该引脚。
在设备运行期间,当单片机AT89C52检测到空气质量不合格时就会发出警报。
本设计中报警电路直接通过单片机来控制,具体电路如图3-4-1所示。
图3-4-1报警电路
蜂鸣器音量10cm/80分贝,电流15-20mA。
在电路中电阻均为限流电阻。
。
,晶体三极管工作在放大状态,极电流作用在蜂鸣器上,使蜂鸣器发出响声。
,晶体三极管处于截止状态,极电流为零,蜂鸣器无电流输入,处于截止。
控制器控制原理及接口设计
AT89C52芯片介绍
AT89C52中文简介:
AT89C52是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
图3-5-1AT89C52芯片引角图
AT89C52具有如下特点:
40个引脚,8kBytesFlash片内程序存储器,256b
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