超声波雾化器设计.doc

1、 物理与电子工程学院 单片机 课程设计报告书 设计题目： 超声波雾化器设计 专 业： 自动化 班 级 ： 14 接本 学生姓名 : 郑磊 学 号 : 20140343110 指导教师 ： 王承林 2014 年 11 月 16 日 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 物理与电子工程学院课程设计任务书 专业： 自动化 班级： 2014 接本 学生姓名 郑磊 学号 20140343110 课程名称 单片机原理及接口技 术 设计题目 超声波雾化器设计 设计目的、主要 内容（参数、方法）及要求 检测电路硬件的设计：完成检测所需光电信号转换电路的设计及探测机理的分析； 显示电路硬件的设计：完成以

2、单片机等为核心的信号处理及显示硬件电路的设计； 系统软件设计采用 C 语言完成相关信号处理运算等软件的设计。 工作量 2 周时间，每天 3 学时，共计 42 学时 进度安排 第 1 天：查阅资料，整理资料 第 2-3 天：整理报告，确定初稿 第 4-14 天：完成程序，整理交稿 主要参考资料 1.孙晓霞超声波雾化喷嘴的研究进展 M北京：电子工业出版社， 2004 2.周国雄，夏国荣，周凯，等基于无线数据收发原理的自动报站系统 J微计算机信息， 2008， 24（ 1-1）： 179-181 3.蒋辉平，周国雄单片机原理与应用设计 M北京：北京航空航天大学出版社， 2007 指导教师签字 教研室

3、主任签字 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 1 摘 要 提出一种基于单片机的超声波雾化器的智能控制系统。该系统选用AT89S52 为控制器，其中超声渡雾化器为系统核心器件，可实现室内空气迅速升温、增湿，净化空气。实际运行情况表明，该系统具有温湿度实时显示及设定功能、无需人工干预温湿度自动调节，能实现自动进水、排水等众多功能。系统控制简便快捷，抗干扰能力强，具有十分广阔的市场前景。 关键词 ： 超声波雾化器 ； 单片机；智能控制 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 1 目 录 1. 引言 .2 2. 课程设计的目的 .3 3 .分类和用途 .3 4.相关文献和书目 .3 5

4、. 相关工具和软件的准备 .3 6 .说明 .4 7. 注意 事项 .4 8. 特别提醒 .4 9 .单片机的选用 .5 10.系统结构及工作原理 .5 11.硬件电路设计 .6 12 .软件设计 .7 13. 运行情况 .8 14. 结语 .9 15.总结 .9 16 .附录 .10 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 2 引言 冬天来临，如何营造一个舒适温暖的洗浴环境成了人们普遍关注的问题；在某些气候干燥的地区，保持室内湿度也是一个大问题。目前，市场上也有很多种类的加温加湿产品，但是这些产品在不同程度上存在着一些不足： (1)相对北方而言，南方无集中供暖设备，进入浴室洗浴之前人们

5、普遍使用的如浴霸、壁挂式 热吹风机等产品，而使用浴霸加热，并不能从根本上提高室内空气环境的温度。并且该产品存在辐射，光线太强等缺点，长期处于该环境下，容易引起头晕目眩、失眠、食欲不振等现象。 (2)根据调查，空气干燥，空气中悬浮物、粉尘过多易于病菌的迅速传播，处于这种环境中，人们易感冒、皮肤过敏，肌体免疫力下降，同时体内水分也加速流失，皮肤显得很干燥。目前市面上的产品多为单纯的加湿器，不能同时解决加温加湿问题。基于此，采用超声波加湿器处理热水将会是一个有效的办法，由于水的比热相当大而空气比热很小，用较少的水与空气进行热交换就可以使较多 量多的空气升温，对调节气温起着巨大的作用。而且超声波加湿器

6、加湿强度大，加湿均匀，加湿效率高，节能、省电。为此笔者设计了一种基于超声波雾化器的智能控制系统，该系统是在基于快速节能的前提下，实现室内环境快速加温加湿，且具有保温保湿的作用 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 3 1 课程设计的目的 超声波 雾化器 利用电子高频震荡（振荡频率为 1.7MHz 或 2.4MHz，超过人的听觉范围，该电子振荡对人体及动物绝无伤害），通过陶瓷雾化片的高频谐振，将液态水分子结构打散而产生自然飘逸的水雾，不需加热或添加任何化学试剂。与加热雾化方式比较，能源节省了 90%。另外在雾化过程中将释放大量的负离子 ,其与空气中漂浮的烟雾、粉尘等产生静电式反应，使其沉

7、淀，同时还能有效去除甲醛、一氧化碳、细菌等有害物质，使空气得到净化。 2 分类和用途 超 声波雾化器采用高效集成电路，超小型一体化的独特结构设计，重要部件采用高品质的雾化片 。 加湿器 、熏香器、美容机、 消毒机 、浴缸造雾机、盆景、工艺品的广泛用途。 超声波雾化器系列产品，从单喷头到多喷头、从不稳定的 法兰 安装结构式到高性能的投入式、从水的雾化器到耐二氧化氯等强氧化剂的雾化器，从锌合金外壳到黄铜和不锈钢外壳，选择雾化器产品型号，合理调整雾化器的参数和 工艺 。 3.相关文献、书目的准备 1.孙晓霞超声波雾化喷嘴的研究进展 M北京：电子工业出版社， 2004 2.周国雄，夏国荣，周凯，等基于

8、无线数据收发原理的自动报站系统 J微计算机信息， 2008， 24（ 1-1）： 179-181 3.蒋辉平，周国雄单片机原理与应用设计 M北京：北京航空航天大学出版社， 2007 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 4 4.相关工具软件的准备 1.Keil 开发软件 2.Proteus 仿真软件 3.Office 4 数学公式编辑器 5.说明 在正确的使用情况下，雾化片的使用寿命约 3000 小时，且极易更换。其使用寿命还与水的质量有关，如果雾化片上沉积了水垢，请用柔布清洗。根据不同的的水质和使用目的，可以选用不同的雾化片，如水质较硬的地区选用覆不锈钢的雾化片，要求耐酸的使用环境选

9、用玻璃釉面的雾化片。雾化器具有断水自动保护功能，当水位低于水位开关时，雾化器会自动停止工作。雾化器工作时，请勿把手置于雾化片上方，因高频震荡，手会有刺痛的感觉，但这不是电的冲击或漏电。 雾化器的正确使用步骤为：将雾化器放入装了水的容器内雾化器的电源连接线接入 变压器 再将变压器的插头接入电源即可。 6.注意事项 1、提倡病号用面罩做雾化，不用咬嘴 (以防止呼出气流进入雾化器内，锈蚀雾化器内部元件 )。 2、请勿使雾化吸入器受到任何强烈的冲撞，例如从高处摔落本产品。 3、请勿把产品放在高温、低温、高压或阳光直射的地方。 4、请勿弄折送气管。 5、在每次开机前水槽中必需加足蒸馏水。检查药杯底膜片是

10、否漏水，以防止药液进入水造成浪费，另外药 液侵蚀晶片。 6、当药液瓶内存在药液时，请勿搬运或存放产品。 7、每次使用完毕，将水槽中水完全放掉，擦干雾化器，晶片用软布擦干，发现晶片上有水垢，用晶片专用清洗液浸泡 3min-5min，然后擦干，以延长寿命。 8、请勿将雾化吸入器放置于婴儿或无意识患者触及的地方。 9、请勿使用苯、稀释剂和易燃化学药品来清洗产品。 10、关于废弃的本体、附件和可选部件的处理方法，请遵照当地政府的规定执行。 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 5 7 特别提醒 不要在雾化片表面没水时，将雾化器接入电源，因为电路启动的 脉冲 电流在雾化片没有水的状态下会烧坏雾化

11、片 。 8.单片机的选用 方案一：采用传统的 51 单片机。传统 51 系列单片机为 8 位机，价格便宜，控制简单，但是运算速度慢，片内资源少，存储容量小，难以存储大容量的程序和实现快速精准的反应、控制、计算。 方案二：采用 FPGA 可编程逻辑器件。 FPGA 功能强大，编程灵活，低功耗，但是价格昂贵操作复杂。 方案三：采用 TI 公司 LM3S811 控制器。 LM3S811 是 64 位的单片机，功能强大，运算速度快、控制简单，存储容量大。 9 系统结构及工作原理 根据系统的设计要求确定系统功能电路图如图 1 所示。图 1 中，以超声波雾化器为系统核心器件，将一定温度的热水雾化为直径 5

12、 微米左右的水颗粒，实现空间迅速升温、增湿：净化空气等功能。接通电源后整机工作，两个温度传感器分别返回室温和水箱水温，湿度传感器接收空气湿度信号，液位传感器则返回水箱液位信号，同时系统检测用户是否自行设定了温湿度值，没有设定则调用系统默认设置。控制板即以这些信号为基准开始各项控制工作 ，首先判断室内温度，若温度低于系统默认值 25。 C，则需要启动雾化器给室内空气升温，启动雾化器前要检测水箱水温，如果水温不够高，则需给水加热，加热启动前检测水位，若水位在电热器件之上，则启动电热器件给水加热，水位在设定水位之下则启动进水阀加水，到达启动电热器件水位再启动加热，水箱中水的温度到达雾化设定值时，开始

13、雾化，至此系统自动完成了雾化前的一系列信号反查的准备工作，随着雾化器的启动，室内温度和湿度都在增加，当到达用户设定值或系统默认值，雾化器停止工作，系统进入温湿度保持状态。当温度下降时再次启动雾化器，如此 循环保持室内温湿度在用户设定值上。 物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 6 10.硬件电路设计 本系统硬件电路主要包括单片机小系统、超声波雾化器、温度测量系统、湿度测量系统、水位控制电路、按键显示电路、加热电路、指示部件、控制部件9 个电路模块。其中单片机小系统选择 AT89S52 即可满足该系统的要求。本节的重点在于介绍超声波雾化器和温湿度测量模块、水位控制电路和加热电路的设计 超

14、声波雾化器用于调节空气温湿度。它以水为介质，将电能经换能器转换成机械能，使水产生雾状微粒一般采用分体式，即超声波雾化头与电源和电路部分完全分离，便携带，体 积小、即插即用、设有自保功能；高可靠，可全天候物理与电子工程学院 XXXX 级本科课程设计 7 工作。雾化器电路如图 3 所示，电源经变压器 (AC220V)降压 f48v1 送桥式整流和电容滤波后给电路提供工作电压。雾化器工作电路由振荡器、换能器和水位控制电路等组成。在温度测量系统中，有两个温度测量点，一个是室内温度测量，温度值直接显示到控制板的数码管上面，实时通知用户室内温度。用户可以通过感知已知的室内温度在用户面板设定想要的室内温度值

15、，达到最佳的加温效果；另一个是水温测量，当水的温度达到雾化器启动温度范围时通知单片机可以启动超热，实现热水雾化的自动控制，防止雾 化冷水反而降低室内温度。在比较了大量测温方案之后，决定采用集成温度测量芯片 DSI 8820。在湿度测量系统中，湿度测量系统包括湿度传感器和 A D 模块两部分。系统采用的湿度传感器是cHTM-02 N 湿度传感器，由于该传感器输出为电压信号，为了形成单片机便于处理的数字信号，需要把湿度信号进行加转换，在本设计中，采用了美国 TI 公司生产的 10 位模数转换器 TLcl549。在水位控制电路中，水箱水位采用三级水位监控，三个探针分别位于水箱顶部，加热器件上方，水箱

16、底部。顶部探针用于水箱溢出指示。中部探针用于检测水位是否在加 热器件上方，以通知单片机能否启动电热器件，底部探针用于指示水箱是否有水，该功能为附加功能指示。当进水管电磁阀打开，水箱开始进水，各探针即检测各自水位，实现进水，排水加热，雾化等一系列自动控制。结构图如图 3。 在加热电路中，本设计中电热器的启动或停止完全由单片机自动控制温度传感器返回的水温如果达到了雾化器的启动温度，电热装置则待命，一旦温度下降，雾化器停止工作，随即启动电热装置给水加热，当达到程序设定的温度值时自动停止加热，按照室温决定是否启动雾化，如此循环，保证整个系统有序工作。 11 软件设计 在本设计中，主程序调用了 8 个子程序，图 4 为主程序结构图。图 4 中，其中各子程序的功能如下： (1)数码管显示程序：向数码的显示送数，控制系统的显示部分。 (2)键盘扫描电路及按键处理程序：实现键盘的输入识别，软件消抖及控制相应的程序。 f31 温度信号处理程序：对两个温度芯片送过来的数据行