基于单片机的粉尘净化控制系统的设计.doc

1 引言 1.1 课题背景简介 在一些工业与制造场合，往往会产生大量的粉尘以及多种有害气体，这对于现场的工作人员的危害是巨大的。例如在一些大型电机车间设备在运转过程中电机整流子与电刷磨合时产生大量碳粉附着在电机上，由于碳粉具有导电性，所以在电机组装后必须将碳粉用压缩空气吹净，致使作业现场的空气中有害粉尘浓度增高，污染较大，直接影响机器设备的检修质量。若不彻底清除碳粉就会导致电机的绝缘性能降低，严重时引起电机环火、放炮机车在行驶过程中产生严重事故。同时工人在此环境下工作，很有可能导致呼吸道狭窄、肺活量减少或呼吸困难，长期下去可引起尘肺病，对人造成近期和远期的危害[]。 众所周知，1952年12月的伦敦烟雾事件，在最高粉尘浓度为4500mg/m的烟尘持续一周之后，曾造成震惊一时的数千人死亡的严重后果。日本环境保护学术界认为，大气中的粉尘浓度达到150mg/m时，视程只能达到8km，对飞机的能见度有影响;浓度达到600mg/m时，视程将降到二公里以下，居民呼吸将感到明显的不舒适。另外长期在24小时平均浓度在100mg/ m环境下居住的学龄儿童的支气管呼吸道阻力约为呼吸新鲜空气的儿童的二倍。小时平均浓度达300mg加3时，病弱者和老年人的死亡率将有所增加。据美国统计，1968年所发生的二亿吨污染物中，粉尘就占二千三百万吨。因此在工业废弃物造成的大气污染公害中，最先暴露出来的第一代污染问题也就是粉尘污染。为 了保 障 工人的身体健康和生命安全，国家于1979年制定了《工业企业设计卫生标准》(TJ3 6-79) ，其中规定了当煤尘中二氧化硅含量小于10%时，输煤系统建筑物室内空气含尘浓度最高不超过10mg/m，室内空气呼吸性粉尘浓度不超过3.5m g/m、含尘气体排放浓度不超过120mg/m。 1.2 空气净化装置的国内外研究现状 空气净化技术的应用己有20多年的历史，随着全球环境污染状况的日益恶化，空气净化技术也随之不断地创新和发展。由于大气污染的加剧、室内装演和空调器使用的普及而造成的室内空气污染情况目前越来越引起人们的重视，室内空气净化器就是用来改善和提高室内空气质量的装置。目前国内市场上的空气净化装置按其原理分类有以下五种： （1）滤网式空气净化装置：采用风扇强制换气，同时对空气进行过滤、净化可除去有害物质。 （2）静电集尘式空气净化装置：用纤维状活性炭滤网及静电滤尘网进行净化空气。 （3）负氧离子式空气净化装置：装有负氧离子发生器，发出负氧离子，其主要作用是使人们获取新鲜空气。 （4）紫外线杀菌式空气净化装置：装有紫外线灯，能杀死细菌、病毒。 （5）光催化式空气净化装置：利用纳米T102光催化剂，将有害气体、气味及细菌病毒等通过光催化氧化的方法彻底去除。 但目前市场上现有的各类产品均存在着一定的自身缺陷，前两种形式的净化器已被逐渐淘汰，负离子式一般认为只有消除烟尘的物理作用，对细菌病毒及化学污染物则无能为力，紫外线杀菌式对有害气体气味等有机物无能为力。近年来，光催化技术被认为是很有发展前途的室内空气净化技术，它可将有害气体、气味及细菌病毒等通过光催化氧化的方法而彻底去除，但其作为一种单元操作过程，还存在一定的局限性和不足，如催化剂微孔易被堵塞、催化效率较低、催化活性易劣化等。因此，全自动监控周围空气污染情况，能够根据周围空气污染情况全自动控制各项运行系统，能杀菌和抗病菌的空气净化产品是未来市场的必然趋势。 应当看到，目前在收尘技术方面，与其他工程学科相比，其学术基础还是比较薄弱的、虽然规定了一些设计规范，但是往往不能准确预测所选用的收尘装置的最终性能。因此在国外迄今仍很重视设计前的模型试验和安装后维护管理和定期测试监督，并加强收尘装置制造厂商与使用单位的配合，以求设备达到最理想的收尘效果，想来就是由于对收尘技术的特有规律认识不足，同时对错综复杂的因素考虑和掌握得不充分的缘故。因此对工业生产现场粉尘治理进行深入、全面的、系统的研究，设计出合理的、高效的综合治理方案，是目前亟待解决的问题，具有十分重要的意义[2]。 2 总体设计方案 2.1 系统框图 图2.1 系统总框图 本系统以单片机为核心，构造了一个应用于工业现场的粉尘净化控制系统。带有粉尘的空气进入系统后经过滤芯过滤，从出口排出后就成为符合人体健康的标准空气 。系统通过调节直流电动机的转速，实现对于空气进入系统速度的控制。通过人机接口键盘可以实现开机、关机以及对空气进入系统速度的调节，速度有0～9共10挡可供设置，其中0档为最低，9档为最高。液晶模块动态显示当前速度及有关信息[3]。 主要分电动机控制、压差信号采集与处理、键盘输入、液晶显示模块等4个部分，其系统总框图如图2.1所示。 2.2 各模块设计方案及功能 2.2.1 单片机要实现A/D转换、PWM信