基于单片机的高压静电除尘器的设计.docx

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基于单片机的高压静电除尘器的设计

XX学院

《单片机原理与应用》

课程论文

课程论文题目

基于单片机的空气净化机的设计

院系名称

专业（班级）

计算机科学与技术专业

姓名（学号）

指导教师

2021年5月日

一．绪论

空气净化器具有滤去尘埃、排除异味及有害气体、双重灭菌、释放负离子等功能。

它通过电机使室内空气循环流动，被污染的空气通过机内的空气过滤器后将各类污染物清除或吸附，然后通过装在出风口的负离子发生器，将空气不断电离，产生大量负离子，被轻风送出，形成负离子气流，达到清洁、净化空气的目的。

目前，国内外空气净化器产品普遍采纳的净化技术要紧有：

紫外线净化、光触媒净化、等离子体净化、过滤净化（HEPA）、静电集尘、吸附净化、负离子净化、臭氧净化、分子络合、HIMOP快速净化等方式。

高压静电除尘是依照静电荷的异性相吸、同性相斥的原理，利用静电力将空气中带电粉尘吸附沉降下来，以达到除尘的目的。

通过该原理设计一款空气净化机从而取代物理除尘和臭氧除尘。

二．原理

高压静电除尘是依照静电荷的异性相吸、同性相斥的原理，利用静电力将空气中带电粉尘吸附沉降下来，以达到除尘的目的。

含有粉尘颗粒的气体，在接有高压直流电源的阴极线（又称电晕极）和接地的阳极板之问所形成的高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离，现在，带负电的气体离子，在电场力的作用下，向阳极板运动，在运动中与粉尘颗粒相碰，那么使尘粒荷以负电，荷电后的尘粒在电场力的作用下，亦向阳极运动，抵达阳极后，放出所带的电子，尘粒那么沉积于阳极板上，从而取得净化的气体。

该技术只对颗粒物等大粒子气体有成效，要紧用于除尘。

图1-1静电除尘器的工作原理图

三．硬件设计

显示器

键盘

时钟电路

复位电路

电源

AT89S51

单

片

机

A/D转换器

放大电路

外部控制电路

传感器采集信号

图3-1主电路图框图

如图3-2所示是设计中热敏电阻测量原理电路，由电源、电阻电桥、运放和输出四部份组成。

电源部份包括R4、R6、C1、U1B。

R4、R6为分压电路，C1要紧滤除Vcc中的纹波，U1B为LM324运算放大器，工作于电压更随方式，其特点是输入阻抗高、输出阻抗低，为后级电桥提供稳固的电流。

电桥由R1、R2、R3、R13组成，当外界温度发生转变时，通过调剂R13使电路产生补偿电压，属于电位补偿。

运放电路由R7、R8、R9、R10及U1A组成，这是一种灵敏度较高的电桥放大电路，放大倍数由R9/R8取得。

输出电阻由R4、R12、R14、D1组成，调剂R14能够调整输出电压幅度。

D1要紧用于避免输出负电压，爱惜后级A/D电路。

图3-2信号搜集电路

如何进行复位呢？

只要在单片机的RST引脚上加上高电平，就能够够了，复位时刻很多于5ms。

为了达到那个要求，需要在外部设计复位电路。

复位电路的实现能够用多种方式，可是从功能上一样分为两种：

一种是电源复位，即外部的复位电路在系统通上电源以后直接使单片机工作，单片机的起停通过电源操纵;另一种方式是在复位电路中设计按键开关，通过按键开关触发复位电平操纵单片机的复位。

从原理上说，一样采纳高电复位电路。

这种复位电路的工作原理是：

通电时，电容两头相当于短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到必然程序，即为低电平，单片机开始正常工作。

图3-3单片机的复位电路

（1）显示选用的是共阴极七段码LED数码管显示。

图3-4共阴极七段码LED数码管芯片引脚

在该设计中采纳的LED数码管用的是共阴极接法，其中LED的1～8号引脚别离接芯片74LS164的A～H引脚，用LED数码管实现数字显示。

图3-5单片机的显示和键盘连接图

（2）用AT89S51单片机芯片串行口的方式0的输出方式，在串行口外接移位寄放器74LS164，组成键盘和显示器接口，其硬件接口如图3-5（图中只画出三位LED静态显示和16个按键，依照需要能够扩展）。

采纳静态显示，软件设计比较简单，节约CPU的资源。

1．AT89S5单片机芯片引脚功能说明

（1）主电源引脚Vss和Vcc

①Vss接地。

②Vcc正常操作时为+5伏电源。

图3-6AT89S51芯片引脚图

（2）操纵或与其它电源复用引脚RST/VPD，ALE/PROG和EA/Vpp。

①RST/VPD当振荡器运行时，在此引脚上显现两个机械周期的高电平（由低到高跳变），将使单片机复位。

在Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以维持内部RAM中的数据。

②ALE/PROG正常操作时ALE的功能是（许诺地址锁存）提供并把地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE引脚以不变的频率（振荡器的频率）周期性地发出正脉冲信号。

因此，它可用作对外输出的时钟，或用于按时目的。

但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲，ALE端能够驱动（吸收或输出电流）八个LSTTL电路。

关于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚接收编程脉冲（功能）。

③外部程序存储器读选通信号输出端，在从外部程序存储取指令（或数据）期间，在每一个机械周期内两次有效。

一样能够驱动八LSTTL输入。

④EA/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。

当EA/Vpp为高电平常，访问内部程序存储器，当EA/Vpp为低电平常，那么访问外部程序存储器。

关于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚上加EPROM编程电源12V（Vpp）。

D转换电路设计

（1）A/D转换器芯片ADC0809简介。

8路模拟信号的分时搜集，片内有8路模拟选通开关，和相应的通道抗击锁存用译码电路，其转换时刻为100μs左右。

ADC0809的引脚图如图3-7所示。

图3-7ADC0809引脚图

图中多路开关可选通8个模拟通道，许诺8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据搜集方式。

地址锁存与译码电路完成

表3-1通道选择表

被选择的通道

IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

对A、B、C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器寄存、输出，因此能够直接与系统数据总线相连。

ADDB

ADDC

ADDA

VCC

GND

IN0

IN4

IN2

IN6

IN1

IN7

IN3

IN5

ALE

位

模

拟

开

关

地址锁存与

译码

EOC

A/D

转

换

器

三态

输出

锁存

缓冲器

图3-8ADC0809内部逻辑结构

CLK

SCTAR

（2）.信号引脚

ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图3-9所示。

对ADC0809要紧信号引脚的功能说明如下：

IN7～IN0—模拟量输入通道。

ALE—地址锁存许诺信号。

对应ALE上跳沿，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应维持低电平。

本信号有时简写为ST。

图3-9ADC0809引脚图

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。

其地址状态与通道对应关系见表3-1。

CLK—时钟信号。

DC0809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。

通常利用频率为500KHz的时钟信号。

EOC—转换终止信号。

EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换终止。

利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利用。

D7～D0—数据输出线。

为三态缓冲输出形式，能够和单片机的数据线直接相连。

D0为最低位，D7为最高。

OE—输出许诺信号。

用于操纵三态输出锁存器向单片机输出转换取得的数据。

OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换取得的数据。

Vcc—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）。

（3）、AT89S51单片机与ADC0809的接口

电路连接要紧涉及两个问题。

一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。

如图3-11所示模拟通道选择信号A、B、C别离接最低三位地址A0、A1、A2即（、、），而地址锁存许诺信号ALE由操纵，那么8路模拟通道的地址为0FEF8H～0FEFFH.另外，通道地址选择以

作写选通信号，这一部份电路连接如图3-12所示。

ALE

AT89S51

INT

≥

A0～A7

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

IN0

CLKA

︱

EOC

ADC0809

ALE

74LS373

图3-10ADC0809与AT89S51的连接

从图中能够看到，把ALE信号与START信号接在一路了，如此连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换。

启动A/D转换只需要一条MOVX指令。

在此之前，要将清零并将最低三位与所选择的通道仿佛对应的口地址送入数据指针DPTR中。

例如要选择IN0通道时，可采纳如下两条指令，即可启动A/D转换：

MOVDPTR,#FE00H；送入0809的口地址

MOVX@DPTR,A；启动A/D转换（IN0）

注意：

此处的A与A/D转换无关，可为任意值。

ALE

START

图3-11ADC0809的驱动

ALE

START

A/D启动

地址锁存

寄存器清“0”

图3-12信号的时间配合

3-7-1设计中所选择的操纵电机转速的方式

在设计中利用的是调剂电机的转速来操纵燃料的进给量，从而操纵燃料产生的烟尘的温度，使得静电除尘器所在环境的温度达到操纵，从而能够使静电除尘器在适合的温度下工作，也提高了工作的效率。

在设计中利用的电机转速调剂的方式为转子电路串电阻调速法。

设计中的操纵方式利用的是PID操纵方式。

3-7-2电机的调速方式

（1）一般三相鼠笼式。

这种电机只能通过变频器改变电源频率和电压调速（F/U）。

（2）三相绕线式电机，能够通过改变串接在转子线圈上的电阻改变电机的机械特性达到调速的目的。

这种方式常用在吊车上。

长时刻工作大功率的绕线式电机调速不用电阻串接，因为电阻会消耗大量的电能。

一般是串可控硅，通过操纵可控硅的导通角操纵电流。

相当于改变回路中的电阻达到同上成效。

转子的电能经可控硅组整流后，再逆变送回电网。

这种方式称为串级调速。

配上好的调速操纵柜，听说能够和直流电机调速相较美。

（3）多极电机。

这种电机有一组或多组绕组。

通过改变接在接线合中的绕组引线接法，改变电机极数调速。

最多见的4/2极电机用（角/双Y）接。

（4）三相整流子电机。

这是一种很老式的调速电机，此刻很用了。

这种电机结构复杂，它的转子和直流电机转子差不多，也有换向器，和电刷。

通过机械机构改变电刷相对位置，改变转子组绕组的电动势改变电流而调速。

这种电机用的是三相流电，可是，严格上来讲，其实它是直流机。

原理是有点象串砺直流机。

图3-13电机的调速电路

（5）滑差调速器。

这种方式其实不是改变电机转速。

而是改变和是电机轴相连的滑差聚散器的聚散度，改变聚散器输出轴的转速来调速的。

还有如，硅油聚散器，磁粉聚散器，等等，一此聚散机械装置和三相电机配套，用来调速的方式。

严格上来讲不算是三相电机的调还方式。

可是很多教材常常把它们算作调速方式和一种。

四．软件系统的设计

软件采纳模块化结构。

软件要紧完成如下任务：

扫描键盘并按要求调出设定值或输入新的设定值，并判定是不是启动，启动时操纵电机的电阻的开关处于闭合状态，然后监视温度的转变，当温度超出设定温度值10℃时，断开操纵电机电阻的开关让电机的转速减慢，当温度低于设定温度10℃时，闭合操纵电机电阻的开关。

主程序的框图如图4-1所示

2．键盘显示子程序

在设计中的键盘显示利用的方式是静态显示方式。

ORG1000H

DSPSER:

SETB;开放显示输出

MOVR7,#03H;送出的显示段码个数

MOVR0,#7FH;7FH～7DH为显示缓冲区

DSPS1:

MOVA,@R0;掏出要显示的数据

ADDA,#0DH;加上偏移量

MOVCA,@A+PC;查段码表TAB1

MOVSBUF,A;通过串行口将段码送出

DSPS2:

JNBTI,DSPS2;数据发送完？

CLRTI

DECR0;指向下一个数据单元

DJNZR7,DSPS1;三个显示器是不是全数显示？

CLR;三个数据显示完，关闭送显示数据通道

RET

KEYS1:

MOVA，#00H

MOVSBUF,A;扫描键盘全数输出0

KSY0:

JNBTI,KSY0;数据发送完？

CLRTI

PKS1:

ACALLDELAY1;挪用延时20ms子程序，键盘去抖

JNB,PKS2;有键闭合吗？

PKS2:

MOVR7,#08H;不是抖动引发的

MOVR6,#0FEH;判定是哪个键按下？

MOVR3,#00H

开始

设堆栈指针

工作区清零，送常数

开中断

调显示子程序

减少键？

加十处理

减十处理

置静电除尘器环境温度显示标志

正常工作键？

以为标志调响应显示子程序

静电除尘器的环境温度？

温度设置键？

增加键？

图4-1主程序框图

调键盘分析程序

MOVA,R6

KSY2:

MOVSBUF,A

KSY3:

JNBTI,KSY3;等待串行口发送完

CLRTI

JNB,PKONE;是第一行的某键按下？

MOVR4,#00H;第一行有键按下

AJMPPKS3

DELY1:

MOVR3,#228

MOVR2,#253

MOVR1,#219

LOOP1:

DINZR1,$

DINZR2,LOOP1

DINZR3,LOOP1

NOP

RET

操纵子程序

设计中所利用的操纵方式是PID操纵，图4-2所示的是PID操纵的流程程序图。

PID:

MOVR2,25H;设定值U送R2

MOVR3,24H;采样平均值R送R3

LCALLCPL1

LCALLSUM;求误差ei（K）,寄存于R2中

MOV29H,R2;本次误差ei（K）送29H

MOVR3,27H;Ki送R3

LCALLSMUL;求得Pi

MOV30H,R4;Pi的高字节送30H

MOV31H,R5;Pi的低字节送31H

MOVR2,29H;ei（K）送R2

MOVR3,2AH;上次误差ei（K-1）送R3

LCALLCPL1

LCALLSUM;求得ei（K）-ei（K-1）,寄存于R2中

MOVR3,26H;Kp送R3

LCALLSMUL;求得Pp,高字节存R4，低字节存R5

MOVR2,30H;Pi送R2R3

MOVR3,31H

LCALLDSUM;求得Pi+PP

MOV30H,R4;结果高字节送30H

MOV31H,R5;结果低字节送31H

MOVR2,29H;本次误差ei（K）送R2

MOVR3,2BH;上上次误差ei（K-2）送R3

LCALLSUM;求得ei（K）+ei（K-2）,寄存于R2中

MOVR3,2AH;上次误差ei（K-1）送R3

LCALLCPL1;eiK-1）取补码

LCALLSUM;求得ei（K）+ei（K-2）-ei（K-1）,寄存于R2中

LCALLSUM;求得ei（K）+ei（K-2）-2ei（K-1）,寄存于R2中

MOVR3,28H;Kd送R3

LCALLSMUL;求得Pd,高字节存R4，低字节存R5

MOVR2,30H;取Pi+Pp

MOVR3,31H

LCALLDSUM;求得Pi+Pp+Pd,高字节存R4，低字节存R5

MOVR2,2CH;取上次计算的P（K-1）

MOVR3,2DH

LCALLDSUM;求得本次P（K）=Pi+Pp+Pd+P（K-1）

MOV2CH,R4;结果高字节存2CH

MOV2DH,R5;结果低字节送2DH

MOV2BH,2AH;E（K-1）送E（K-2）

MOV2AH,29H;ei（K）送ei（K-1）

RET

计算△ei（k）,△ui（k）

更行△ui（k－1）

计算△2ui（k）

更行△ui（k－1）

计算ui（k）

更新ui（k－1）

图4-2PID控制框图

初始化

4．汇编源程序见附录

五．硬件系统与软件系统的调试

应用Keil软件调试步骤如下：

（1）在Keil软件中点击Projec中的NewProject新建一个工程文件

（2）在工程的子目录中建一个文件，名为

注：

在Keil软件中必然要建一个asm类型的文件，现在Keil才能识别程序。

（3）输入程序，调试。

附录源程序

ORG0000H

LJMPMAIN

ORG000BH

LJMPT00

ORG001BH

LJMPT100

ORG0030H

MAIN:

MOVR0,#7FH

MAIN1:

MOV@R0,#00H

DJNZR0,MAIN1

MOVSP,#60H

MOV08H,#32H

MOV0FH,#20H

MOV10H,#20H

MOVTMOD,#11H

MOVTH0,#0FCH

MOVTL0,#18H

SETBTR0

SETBET0

SETBIT0

SETBEX0

SETBEA

SETB

BEGIN:

DIS00:

MOVA,09H

MOVB,#64H

DIVAB

MOV35H,A

MOVA,B

MOVB,#0AH

DIVAB

MOV36H,A

MOV37H,B

MOVA,43H

CJNEA,#3aH,OUT01

MOVA,42H

CJNEA,#98H,OUT01

MOV42H,#00H

MOV43H,#00H

LCALLSAMP

SETB

OUT01:

JNB,OUT02

LCALLFILTER

CLR

SETB

MOVR2,25H

MOVR3,24H

LCALLCPL1

LCALLSUM

MOVA,R2

CJNEA,#01AH,OUT04

LJMPOUT05

OUT04:

JCOUT05

SETB

LJMPOUT06

OUT05:

MOV26H,#12H

MOV27H,#1H

MOV28H,#1H

LCALLPID

MOVTH1,2CH

MOVTL1,2DH

SETBTR1

SETBET1

LJMPOUT06

OUT02:

MOVA,45H

CJNEA,#03H,OUT06

MOVA,44H

CJNEA,#0E8H,OUT06

MOV44H,#00H

MOV45H,#00H

MOVTH1,2CH

MOVTL1,2DH

SETBTR1

SETBET1

OUT06:

JB,OUT07

JNB,BEG

BEG:

LJMPBEJIN

OUT07:

;MOV24H,#56H

MOVR0,24H

LCALLTRANSF

MOV32H,R0

MOV33H,R1

MOV34H,R2

MOV25H,#0FFH

MOVR0,25H

LCALLTRANSF

MOV35H,R0

MOV36H,R1

MOV37H,R2

CLR

LJMPBEGIN

T100:

CLRET1

PUSHACC

PUSHB

PUSHPSW

PUSHDPH

PUSHDPL

CLR

POPDPL

POPDPH

POPPSW

POPB

POPACC

SETBET1

RETI

KEY1:

MOV30H,#01H

MOVA,#01H

ADDA,09H

MOV09H,A

MOVA,#00H

ADDCA,13H

MOV13H,A

RET

KEY2:

MOV30H,#02H

MOVA,#0AH

MOVB,09H

MULAB

SWAPA

ADDA,B

SWAPA

MOV09H,A

RET

KEY3:

MOV30H,#03H

CLRC

MOVA,#01H

XCHA,09H

SUBBA,09H

MOV09H,A

RET

KEY4:

MOV30H,#04H

MOV09H,#00H

RET

T00:

CLREA

PUSHACC

PUSHB

PUSHPSW

PUSHDPH

PUSHDPL

CLRRS1

SETBRS0

MOVTH0,#0FCH

MOVTL0,#25H

MOVDPTR,#7FFFH

MOVA,#00H

MOVX@DPTR,A

MOVDPTR,#9FFFH

MOVA,#0FFH

MOVX@DPTR,A

MOVA,@R0

MOVDPTR,#TAB

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#9FFFH

MOVX@DPTR,A

MOVDPTR,#7FFFH

MOVA,R7

MOVX@DPTR,A

INCR0

RRA

MOVR7,A

CJNER0,#38H,scan

MOVR

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