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基于stm32单片机的空气净化器设计

一、系统总体设计

本空气净化器主要由传感器模块、风机模块、净化模块、控制模块

和显示模块组成。

传感器模块用于检测空气中的污染物浓度，如PM25、甲醛、

TVOC等。常见的传感器有激光粉尘传感器、电化学甲醛传感器等。

这些传感器将检测到的数据传输给控制模块。

风机模块负责驱动空气流动，使空气经过净化模块进行净化处理。

风机的转速可以根据空气质量的好坏进行调节，以达到节能和高效净

化的目的。

净化模块是空气净化器的核心部分，通常采用多层滤网结构，包括

初效滤网、高效滤网（HEPA滤网）、活性炭滤网等。初效滤网主要

过滤大颗粒灰尘，高效滤网能有效去除微小颗粒物，活性炭滤网则用

于吸附甲醛、TVOC等有害气体。

控制模块采用stm32单片机作为核心处理器，接收传感器模块传来

的数据，并根据预设的算法控制风机模块和净化模块的工作状态。同

时，还负责与显示模块进行通信，将空气质量信息和设备工作状态显

示出来。

显示模块一般采用液晶显示屏（LCD）或触摸屏，向用户直观地展

示空气质量指标、工作模式、风速等信息，方便用户操作和了解设备

运行情况。

二、硬件设计

1、传感器选型与接口设计

选择精度高、响应速度快的传感器。例如，选用夏普的

GP2Y1010AU0F粉尘传感器来检测PM25浓度，其输出为模拟电压信

号，通过ADC转换后输入到stm32单片机。

对于甲醛和TVOC检测，采用ZE08-CH2O电化学传感器，其输出

为数字信号，通过UART接口与单片机通信。

2、风机驱动电路设计

选用无刷直流电机作为风机，通过MOSFET管组成的H桥电路进

行驱动。stm32单片机输出的PWM信号控制MOSFET的导通与截止，

从而实现风机转速的调节。

3、净化模块电路设计

净化模块中的滤网需要定期更换，通过在滤网上安装检测装置，将

滤网的使用情况反馈给单片机，当滤网达到使用寿命时，通过显示模

块提醒用户更换。

4、控制模块电路设计

stm32单片机作为控制核心，负责处理传感器数据、控制风机和净

化模块、与显示模块通信等任务。选择合适的stm32型号，如

STM32F103C8T6，具有丰富的外设资源和较高的性价比。

5、显示模块接口设计

根据显示模块的类型选择合适的接口方式。如果是LCD显示屏，

可以采用SPI或I2C接口；如果是触摸屏，则可以采用USB或串口通

信。

三、软件设计

1、主程序流程

系统初始化，包括单片机外设、传感器、风机等的初始化。

循环读取传感器数据，进行数据处理和分析。

根据空气质量状况，控制风机转速和净化模块的工作模式。

将空气质量信息和设备状态发送到显示模块进行显示。

2、传感器数据处理算法

对传感器采集到的数据进行滤波处理，去除噪声干扰，提高数据的

准确性。

采用线性拟合或查表法等方式，将传感器的输出值转换为实际的污

染物浓度值。

3、风机控制算法

根据空气质量指标，采用PID控制算法调节风机转速。当污染物

浓度较高时，提高风机转速，增强净化效果；当污染物浓度较低时，

降低风机转速，降低能耗和噪音。

4、显示模块驱动程序

编写显示模块的驱动程序，实现文字、图形的显示和用户操作的响

应。

四、系统调试与优化

1、硬件调试

检查电路连接是否正确，电源是否稳定。

使用示波器等工具检测传感器输出信号、风机驱动信号等是否正常。

2、软件调试

通过在线调试工具（如JLink），单步调试程序，检查变量值和程

序流程是否符合预期。

打印调试信息，观察传感器数据处理和风机控制的效果。

3、系统优化

对程序进行优化，提高运行效率，降低功耗。

调整传感器的安装位置和角度，提高检测精度。

优化净化模块的结构和滤网材料，提高净化效果。

五、结论

基于stm32单片机的空气净化器设计实现了对空气质量的实时监测

和有效净化。通过合理的硬件选型和软件设计，该空气净化器具有性

能稳定、净化效果好、操作方便等优