STM32 tabanlı hava temizleyici kontrol sistemi
Zhao Yumin, Şarkı Kaixin, Qin Huibin
(Yeni Elektronik Cihazlar ve Uygulamalar Enstitüsü, Hangzhou Dianzi Üniversitesi, Hangzhou 310018, Çin)
Ultraviyole lamba sterilizasyonu ile birlikte ayarlanabilir voltajlı elektrostatik presipitatörlü bir ev tipi hava temizleyici kontrol sistemi tasarlanmıştır. Sistem, ana kontrol çipi olarak düşük güçlü 32-bit mikroişlemci STM32F103RCT6 kullanır, iç hava kalitesini tespit etmek için DHT11 sıcaklık ve nem sensörü, GP2Y1010AU0F toz sensörü ve TGS2600 gaz sensörü kullanır, toplanan verileri tek çipli mikro bilgisayara iletir ve TFTLCD LCD ekranında görüntüler. üzerinde. Tek çipli mikro bilgisayar, motor rüzgar hızını, voltajını ve UV lambası anahtarını alınan verilere göre ayarlamak için düğmeler veya Bluetooth kullanır, böylece hava temizleyici en iyi çalışma durumunda olur. Sistemin hataları giderildi, kararlı bir şekilde çalışıyor ve etkisi ortada.
STM32 tek çipli mikrobilgisayar; sensör; ultraviyole ışık; Bluetooth; elektrostatik toz toplayıcı
TP23 belge kimlik kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2016.23.007
Zhao Yumin, Song Kaixin, Qin Huibin. STM32 J tabanlı hava temizleyici kontrol sistemi. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2016,35 (23): 24-27.
0 Önsöz
Hava temizleyici teknolojisi, modern endüstrinin gelişmesiyle yavaş yavaş oluşan bir teknolojidir. Piyasadaki mevcut hava temizleyici ürünleri aşağıdaki kategorilere sahiptir: HEPA filtreleme, aktif karbon adsorpsiyonu, negatif iyonlar, fotokatalizör, ozon, biyolojik filtrasyon, ultraviyole lambalar, elektrostatik toz giderme [1]. İstatistiksel analize göre tek bir teknoloji veya malzeme aynı anda havadaki toz, bakteri ve virüs sorunlarını etkin bir şekilde çözemez. Elektrostatik toz giderme teknolojisi, gazı iyonize etmek için yüksek voltajlı statik elektrik kullanır, böylece toz partikülleri yüklenir ve Coulomb kuvvetinin etkisi altında farklı plakalara adsorbe edilir. Ultraviyole lamba, mikroorganizmaların hücre zarına nüfuz etmek, çeşitli bakterilerin, virüslerin ve diğer mikroorganizmaların DNA yapısını yok etmek, nükleik asit moleküler bağlarını yok etmek ve bakteri ve virüslerin hemen ölmesine veya yavrularını çoğaltamamasına, böylece sterilize ve dezenfekte etmek için ultraviyole radyasyonu kullanabilir. Bu sistem, sensörün veri toplanması ve hava kalitesini artırabilen, toz endeksini azaltabilen ve sterilize edebilen elektrostatik toz giderme ve ultraviyole lamba kombine kullanımıyla birlikte düğme veya Bluetooth girişi aracılığıyla STM32 tabanlı akıllı kontrol yöntemini benimser. Aynı zamanda, tek çipli mikrobilgisayar, yüksek voltajlı güç kaynağının ayarını gerçekleştirmek, nemin hava iletkenliği üzerindeki etkisini azaltmak, nemli ortamlarda tutuşmayı önlemek ve potansiyel güvenlik tehlikelerini azaltmak için dijital potansiyometrenin geri besleme moduna göre elektrostatik presipitatörün voltajını kontrol edebilir.İç mekan hava temizleme teknolojisi üzerine araştırması vardır. Önem.
1STM32 MCU'ya Giriş
Bu sistem, ana kontrol çipi olarak ARM CortexM3 çekirdeğini temel alan 32 bit mikroişlemci STM32F1103RCT6 kullanır.STM32 işlemci, 48 KB SRAM, 256 KB Flash, 2 temel zamanlayıcı ve 4 genel amaçlı olmak üzere 72 MHz maksimum çalışma frekansına sahiptir. Zamanlayıcılar, 2 gelişmiş zamanlayıcı, 51 genel amaçlı IO bağlantı noktası, 5 seri bağlantı noktası, 2 DMA denetleyici, 3 SPI, 2 I2C, 1 USB, 1 CAN, 312 bit ADC, 112 Bit DAC, 1 SDIO arayüzü [2].
2 Hava temizleyici tasarımı
2.1 Hava temizleyicinin genel tasarımı
Tüm kontrol sistemi, 220 V nominal voltajda çalışan ve esas olarak iki bölümden oluşan bir ev tipi hava temizleyiciyi kontrol etmek için kullanılır: kontrol ve sürücü. Kontrol kısmı, ARM CortexM3 çekirdeğini temel alan 32 bit mikroişlemci STM32F10X tek çipli mikrobilgisayarı temel alır, bir insan-makine arayüzü oluşturur, sensör aracılığıyla iç ortam sıcaklığı, nem ve toz numarası gibi gerçek zamanlı verileri algılar ve tek çipli mikro bilgisayar tarafından algılanır ve işlenir ve düğme veya Bluetooth seri bağlantı noktası üzerinden girilir. Hava temizleyicinin çalışma durumunu bu ortama uygun olarak ayarlayın ve sensör tarafından ölçülen verileri LCD ekranda görüntüleyin. Sistem, tek çipli mikrobilgisayar tarafından işlenir ve kontrol sinyali, sürüş devresi kısmına gönderilir ve kademeli motor, rüzgar hızını, voltajını ve ultraviyole lambanın çalışma durumunu ayarlamak için doğrudan sürüş devresi aracılığıyla kontrol edilir.
2.2 Kontrol sisteminin detaylı tasarımı
2.2.1 Sistem Güç Modülü
Tüm kontrol sistemi güç devresi modülünden güç alır ve hava temizleyici güç devresi modülü, transformatörün 110 V AC voltaj girişini 24 V ve 5 V'a dönüştürür. 5 V voltaj, sıcaklık ve nem sensörleri, toz sensörleri ve sıvı kristaller gibi modüller için güç sağlamak için kullanılır. 5 V voltaj, mikro denetleyici kontrol çipine voltaj sağlamak için AMS11173.3 güç çipi aracılığıyla 3,3 V'a dönüştürülür. Fan güç kaynağı [3] için 24 V gerilim kullanılır.
2.2.2 Sensör ölçüm modülü
Hava neminin yüksek voltajlı statik elektrik üzerindeki etkisini hesaba katan bu tasarım, dirençli bir nem ölçüm elemanı ve tek çipli bir mikro bilgisayar gibi basit bir devre aracılığıyla bağlanabilen bir NTC sıcaklık ölçüm elemanı içeren Guangzhou Aosong Co., Ltd. tarafından üretilen dijital sıcaklık ve nem sensörü DHT11'i benimser. Yerel nem ve sıcaklığın gerçek zamanlı olarak alınması, tek çipli mikrobilgisayar arasında yalnızca bir tel ile tek yollu iletim, nem ölçüm aralığı% 20 ~ 90 bağıl nem, çözünürlük% 1 bağıl nem, sistemin nem gereksinimleri doğrultusunda. Veriler doğrudur ve güç tüketimi çok düşüktür [3].
GP2Y1010AUF toz sensörünü benimseyen, ortada havanın geçmesine izin veren yuvarlak bir delik vardır.Sensörün içi, küçük delikten geçen toza kızılötesi ışınlar yayar. Toz geçerse, ışığı engeller.Fotoelektrik dedektör, düşük potansiyelde ışık kaynağını ve çıkışı algılamaz. Yükseltici devre tek çipli mikro bilgisayara bağlandıktan sonra, sigaranın içindeki toz gibi havadaki toz içeriğinin verileri analiz edilir. Figaro TGS2600 gaz sensörünü kullanarak, küçük boyutu, düşük güç tüketimi, basit uygulama devresi ve son derece yüksek hassasiyeti, yalnızca basit bir devre iletkenlik değişikliğini gaz konsantrasyonuna karşılık gelen bir sinyal çıkışına dönüştürebilir. Sensörün ve tek çipli STM32 bilgisayarının bağlantı devresi Şekil 1'deki gibi gösterilmiştir.
2.2.3 Motor kontrolü ve UV lamba modülü
Hava temizleyicinin motorun işlevi için yüksek bir talebi yoktur ve Şekil 2'de gösterilen devre, motoru ve ultraviyole lambayı kontrol etmek için kullanılır.
Motorun ve yüksek voltaj devresinin tek çipli mikrobilgisayar üzerindeki etkisini azaltmak için, TLP521 optocoupler SRD motor hız kontrolü ile etkileşim için kullanılır.Bunlardan TLP521, sadece sinyalleri iletmekle kalmayıp aynı zamanda birbirlerinden gelen paraziti izole eden, güvenilirliği artıran ve devreyi basitleştiren kontrol edilebilir bir fotoelektrik bağlantı cihazıdır. Tasarım [4]. STM32 tek çipli mikrobilgisayarın PB5 pini motor sürücü sinyaline bağlanır.Pin düşük seviyeye ayarlandığında galyum arsenit ışık yayan diyot açılır.Fototransistör ışık sinyalini aldıktan sonra, sinyal direnç R35 ve R36 aracılığıyla Q4 tüpüne çıkar. Açın ve motor çalışmaya başlar; pin yüksek seviyeye ayarlandığında, giriş sinyali olmadığı için fan kapanır.
Motor gibi, UV lamba modülü de optokuplöre bağlanır.Işık yayan diyot, tek çipli mikrobilgisayarın düşük seviyeli pini vasıtasıyla fototransistöre bağlanır ve ışık sinyali bir elektrik sinyaline dönüştürülür.Direnç, voltajı böler ve UV lambasını çalıştırmak için port açılır.
2.2.4 LCD ekran modülü
Bu tasarımda kullanılan LCD ekran, kontrol girişi olarak kullanılabilen, evrensel 2.8 inç TFTLCD, 320 × 240 çözünürlük, 16 bit gerçek renkli ekran, 65K renkli ekran, yüksek görüntü kalitesi, 16 bit 80 paralel bağlantı noktası, dokunmatik ekranlı. Testteki LCD ekran durumu Şekil 3'te gösterilmektedir. Durum gösterge panelinde, LCD ekran gerçek zamanlı zamanı, sıcaklığı ve nemi, toz değerini, modu, rüzgar hızını ve zamanlama durumunu gösterir. Bunların arasında dört mod vardır: otomatik, manuel, uyku ve yüksek hız; dört rüzgar hızı seviyesi: 1, 2, 3 ve 4; zamanlama için üç vites: 0,5 saat, 1 saat ve 2 saat.
2.2.5 Ayarlanabilir voltaj modülü
Bu sistem elektrostatik toz toplama yöntemini benimser, hava temizleyicinin daha yüksek bir voltaja ihtiyacı vardır ve ayarlandıktan sonra cihazın mesafesi değişmez. Yüksek voltaj, gaz moleküllerini iyonlaştırabilir ve onları iyonlara dönüştürerek yalıtım özelliklerinde tutuşmaya neden olabilecek bir değişikliğe yol açabilir. Uzun vadede temizleyiciye zarar verecek ve kullanıcının kullanımını etkileyecektir. LM2596 kademeli güç yönetimi monolitik entegre devresini ve I2C veri yolu dijital potansiyometresi X9241'i kullanarak, çıkış voltajını gerçek zamanlı olarak ayarlamak için sensör tarafından toplanan nem verilerini almak için tek çipli mikro bilgisayarı kullanan bir voltaj düzenleyici devre tasarlanmıştır. Şekil 4'te gösterildiği gibi, X9241, SDA ve SCL'yi tek çipli mikrobilgisayarın SDA ve SCL'sine bağlamak için seri olarak bağlanan bir I2C arayüzü ve 4 dijital potansiyometre içerir.Tek çipli mikrobilgisayar ile bir bağlantı veriyolu olarak, tek çipli mikrobilgisayar PWM görevini ayarlar Kontrolden daha fazla. LM2596'yı giriş voltajının düşürücü regülatör çipi olarak kabul edin, ayarlanabilir voltajı [5] çıkarın.
2.2.6 Diğer modüller
Tuşa basma programlaması tarama tuşuna basma yöntemini benimser.Tuşa basıldıktan sonra, ikinci kez tetiklenmesi için bırakılması gerekir.Bu, bir kez basarak birden fazla tetiklemeyi önler.Aynı zamanda, tuş taramanın önceliği vardır. Bluetooth modülü, Bluetooth işlevine sahip çeşitli akıllı terminallerle eşleştirilebilen yüksek performanslı bir ana-bağımlı entegre Bluetooth seri bağlantı noktası modülü ATKHC05 seçer, çok geniş bir baud hızı aralığını destekler: 4800 ila 1382400 ve 5 V veya 3,3 V mikro denetleyici sistemi.
Bu modül çok küçüktür ve altı adet 2,54 mm aralıklı başlık aracılığıyla STM32 mikro denetleyiciye bağlanır. Bluetooth API arayüzü sağlamak, uygulama programı yazmak ve Bluetooth cihazının temel çalışmasını gerçekleştirmek için Android sistemini kullanın. Müşteri tasarımı tamamlandıktan sonraki arayüz Şekil 5'te gösterilmektedir.
2.3 Donanım modülü tasarımı
Donanım modülü esas olarak donanım fonksiyon devresini tasarlamak içindir.Ana devre, sistemin güç devresini, motor kontrol devresini, ultraviyole lamba kontrol devresini, sıvı kristal ekran devresini, dijital potansiyometre ve kontrol devresini, sensör devresini, Bluetooth seri port devresini, butonları, sıfırlamayı içerir. Devre, JTAG simülasyon devresi ve tek çipli program indirme devresi vb. [6].
Şekil 6'da görüldüğü gibi, LCD devre, dijital potansiyometre ve kontrol devresi, sensör devresi, Bluetooth seri port alıcı devresi, butonlar, reset devresi, JTAG simülasyon devresi ve tek çipli bilgisayar programı indirme devresi tek çipli ana kontrol devresine; güç kaynağı devresi, motor kontrol devresi , UV lambası kontrol devresi, sürücü kontrol devresine aittir. AC tek fazlı asenkron motor kullanılır ve fan, odadaki kirli havanın filtreden geçmesi için tek çipli mikrobilgisayarın kontrolü altında çalıştırılır ve filtrelenmemiş hava, akciğerlere girebilecek partikül maddeyi (PM2.5) etkin bir şekilde uzaklaştırmak için elektrostatik toz giderme cihazı ve ultraviyole lambadan geçer. Patojenik bakteri ve virüsleri öldürün [7].
2.4 Yazılım modülü tasarımı
Kontrol sistemi yazılımı; sistem başlatma programı, sıvı kristal ekran programı, düğme işleme programı, Bluetooth işleme programı, veri toplama işleme programı, APB veri yolu arayüz programı, zamanlama kesinti işleme programı, mod kontrol programı, motor sürücüsü, UV lamba sürücü modülü, müşteriden oluşur Son işleme programı, güç tasarrufu koruma programı, alarm istemi ve diğer alt programlar ve ana program birlikte oluşturulur. Her alt yordam, sistemin saflaştırma işlevini gerçekleştirmek için tek çipli mikro bilgisayarın ana programı tarafından işlenir [6]. Modüler tasarım, yazılımı daha esnek, aranması ve aktarılması kolay hale getirir ve bir hata oluştuğunda sorunu hızla bulabilir, bu da işletim verimliliğini ve güvenilirliğini büyük ölçüde artırır. Yazılım tasarım süreci Şekil 7'de gösterilmektedir.
Gücü açın, sistem çalışmaya başlar, tek çipli mikrobilgisayar başlatma algılamasını gerçekleştirir, sensör iç ortamdaki klimayı algılar ve bunu LCD ekranda görüntülemek için tek çipli mikro bilgisayara iletir.Tuş veya Bluetooth sinyal girişi yoksa otomatik moda girer ve tek çipli mikrobilgisayar dahili önceden ayarlanmış programa göre kontrol eder. Rüzgar hızı ayarlanır ve bir sinyal girişi varsa, karşılık gelen işlem giriş sinyaline göre gerçekleştirilir.
3 sistem testi
Her modülü çoklu bağ telleriyle bağlayın ve tamamlanan kontrol devre kartı Şekil 8'de gösterilmektedir. Bu tasarım sisteminin testi, arıtma sistemini düğmeler veya Bluetooth aracılığıyla kontrol ederek durum değişikliklerini gözlemlemektir.Sistem durumu değeri LCD ve osiloskopta görüntülenebilir.Ekran değeri yukarıda verilmiştir.Aşağıdaki şekil 9 rüzgar hızını gösterir. Seviye 1, seviye 2, seviye 3 ve seviye 4'e karşılık gelen PWM için, görev döngüsü ne kadar küçükse, motor hızı o kadar düşük ve görev döngüsü ne kadar büyükse, hız o kadar yüksek olur.
4. Sonuç
Bu makale esas olarak ultraviyole lamba tipi hava temizleyici kontrol parçası ile birleştirilmiş elektrostatik tipin tasarımını tanıtmaktadır. Sensör veri toplama ve gönderme modülü, hava temizleyicinin dış ortamla otomatik veya manuel voltaj ve rüzgar hızı ayarını tamamlamak için iç mekan hava bilgilerini toplamak ve bunları LCD ekrana iletmek için tasarlanmıştır. Bu kontrol sisteminin temel işlevleri gerçekleştirilmiştir ve çalışma kararlıdır ve daha fazla test ve uygulamaya ihtiyaç vardır.
Referanslar
[1] Shi Liwei Hava temizleyicilerin sınıflandırılması ve arıtma etkinliklerinin karşılaştırılması J Çin Çevre Sağlığı, 2007, 7 (2): 102-104.
[2] Wang Yonghong, Xu Wei, Hao Liping STM32 Serisi ARM CortexM3 Mikrodenetleyicisinin Prensip ve Uygulaması M Beijing Pekin: Beijing University of Aeronautics and Astronautics Press, 2008.
[3] Duan Zhongqi AVR tek çipli mikrobilgisayarına dayalı bir hava temizleyici kontrol sistemi J. Manufacturing Automation, 2011 (17): 109-111.
4 Ji Hongyang. Optocoupler HCPL0601 J tabanlı fotoelektrik olarak izole edilmiş güç MOSFET sürücü devresi Dijital Teknoloji ve Uygulama, 2014 (10): 81.
5 Liu Lianhao, Liu Yao, Wang Jiayang, vb. Uçucu olmayan dijital potansiyometre X9241 ve 89C2051 J ile arayüzü Hunan Institute of Industry and Technology, 2002, 2 (4): 20-23.
[6] Li Guo ATmega128 tek çipli mikrobilgisayar D tabanlı hava temizleyici kontrol sistemi tasarımı ve araştırması Hefei: Hefei Teknoloji Üniversitesi, 2010.
[7] Ren Junlong AVR tek çipli mikrobilgisayar [D] tabanlı hava temizleyici kontrol sisteminin donanım tasarımı ve gerçekleştirilmesi Hefei: Hefei University of Technology, 2010.
