智能居家新风系统

周妍 张静 王明洁 颜雁军

摘 要 为满足不同情况下，人们对室内空气质量的需求，本文设计了一种智能居家新风统，并详细介绍了系统的总体结构和软硬件设计方案。该系统采用低功耗MSP430F149作为主控单元，能够智能地完成除尘、杀菌、调节温度等功能。经实验测试，该系统工作性能稳定，可根据用户实际需求实现多模式换气。

【关键词】新风系统 多模式换气 MSP430F149

随着生活水平的提高和保健意识的增强，人们对室内空气品质的要求越来越高。但是目前大气污染严重，雾霾现象出现越来越频繁；并且许多装修材料，在不同程度上含有对人体健康造成危害的元素。因此引入新风系统改善室内空气质量，提高舒适度势在必行。但是目前的新风系统并不完善，对空气的过滤是通过安装不同的过滤网，不能有效滤除空气中的有害物质；而且系统工作模式单一，需24小时不间断工作才能实现换流，达不到节能环保要求。

而本系统设计的智能居家新风系统有所改进，不仅能够实现空气的自动换流，还可根据不同场合对空气质量的需求，选择不同的工作模式；而且利用高压静电场能除尘杀菌这一特性，能对空气有效滤除。

1 系统总体设计

本系统主要由活性炭，轴流风扇，高压集尘腔，电源模块和控制单元模块组成。控制单元模块选用MSP430F149单片机，其用来检测按键然后控制系统的工作模式，处理结果通过LCD液晶屏显示。系统总体设计结构如图1所示。

1.1 净化除尘设计

该系统净化过程为空气先经过活性炭进行除臭，除湿和初步除尘，然后通过轴流风扇将经活性炭初步除尘后的空气送到高压集尘腔进行最终除尘、杀菌。其中高压集尘腔包括高压电源模块和集尘器。高压电源模块主要用于产生高压电场，使空气快速被电离，产生大量正负离子，形成正负离子流与空气中的污染粒子碰撞结合，使污染粒子带上正电荷或者负电荷，然后在静电场力的作用下被吸附到集尘器的正负极板上。

1.2 4种工作模式

为保证系统的工作模式多样化，增强其实用性。本系统设计了4种工作模式：白天、夜间、聚会、休眠。用户可根据对空气质量的需求，选择不同的工作模式。下面对4种工作模式做了详细介绍。由于轴流风扇额定净化量为400立方米每小时，故每种工作模式的空气凈化量由系统的工作时间决定。

在白天模式下，系统每工作1小时休息1小时，适用于白天日常家居生活，每周期性工作一次能为室内带来400立方米的新鲜空气。在夜间模式下，系统每工作0.5小时休息0.5小时，适用于夜晚日常家居生活，每周期性工作一次能为室内带来200立方米的新鲜空气。在聚会模式下，系统持续工作，适用于聚会时家里人较多或室内空气烟尘较多等对新鲜空气需求量较大的情况下。该模式是对白天模式和夜间的升级，系统每工作1小时为室内带来400立方米的新鲜空气。在休眠模式下，系统每工作1小时休息5小时，适用于家中几天或长期无人居住的情况下，每周期性工作一次可以为室内带来400立方米的新鲜空气。

2 硬件设计

本系统主要包括MSP430F149控制电路，整流变压电路，稳压电路，人机接口电路，继电器控制电路。硬件总体框图如图2。

2.1 单片机控制电路

本系统采用了MSP430F149单片机，其具有低功耗，高运算速度，内部集成12位高精度ADC，自带3个捕捉/比较定时器等特点，所以作为系统的核心控制部分非常适合。

2.2 电源设计

本系统电源系统采用220V交流输入，然后分别为继电器和变压整流部分供电。通过变压整流将220V交流电压转为9V的交流电压，然后通过全桥整流和LM7805稳压电路得到5V电压，为继电器，键盘和LCD液晶供电；最后通过AMS1117稳压电路得到3.3V稳压电路，为MSP430F149单片机供电。

2.3 人机接口电路

人机接口部分包括按键电路和液晶显示。其中按键电路包括4个独立按键，分别与单片机的4个I/O口相连，检测目标按键，从而使单电机执行系统的相应工作模式。液晶部分采用HB12864，其与微处理器的通信方式有串行和并行两种方式，但为简化电路，本系统设计采用串行通信模式。

2.4 继电器控制电路

继电器控制电路的作用是通过单片机控制轴流风扇和高压电源在不同工作模式下的启停。系统工作时，单片机控制定时器开始定时，在定时范围之内改变P43的输出，开关管的导通，继电器也随之导通，轴流风扇和高压电源开始工作。

3 软件设计

本系统设计的智能居家新风除尘系统软件部分主要包括主程序，独立按键程序，液晶显示程序和定时器程序。主要功能模块包括：初始化系统时钟、定时器初始化、按键扫描、液晶显示、工作模式设定、按键中断、定时器中断。其中主程序主要是关闭看门狗，初始化系统时钟、串口、液晶、定时器，开中断；然后调用按键程序，进行按键扫描，调用显示程序；调用定时器函数，然后输出低电平，使继电器导通，系统工作。当调用按键中断函数时，按键会重新扫描，切换新的工作模式。

4 结论

本文针对已有新风除尘系统的不足，设计了一套智能居家新风除尘系统，该系统具有除尘、杀菌、除湿、除臭、调节室内温度等功能。同时为满足不同家庭在不同环境下对空气质量的需求，本系统设计了4种工作模式：白天、夜间、聚会、休眠，增强了系统的实用性。经实验测试，该系统操作简单，稳定可靠，能够实现对室内空气的除尘、杀菌、除湿、除臭。

（通讯作者：周妍）

参考文献

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作者单位

成都理工大学 核技术与自动化工程学院 四川省成都市 610051