摘要：為了解決中央空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間工作讓封閉室內(nèi)空氣不能流通，從而給室內(nèi)空氣環(huán)境帶來的空氣質(zhì)量下降問題。本方法提出的概念是基于STC12C65A60S2利用空中花園(即在城市大樓上建造大型的綠色植物花園)來凈化和過濾空氣，結(jié)合負(fù)離子發(fā)生器進(jìn)一步凈化。待空氣指標(biāo)達(dá)到預(yù)設(shè)指標(biāo)，然后通過管道輸送到w辦公室，商場(chǎng)，家庭用戶等密閉空間進(jìn)行新鮮空氣補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣更新。該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，空氣凈化效果好的特點(diǎn)，達(dá)到設(shè)計(jì)的基本要求。
關(guān)鍵詞：STC12C65A60S2；空中花園；空氣凈化；負(fù)離子發(fā)生器

    隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中央空調(diào)成為各種大型商業(yè)樓如寫字樓，大型商場(chǎng)及酒店必不可少的制冷電器。但對(duì)于使用所有空調(diào)都會(huì)帶來的一個(gè)問題是：長(zhǎng)時(shí)間的室內(nèi)封閉環(huán)境進(jìn)行內(nèi)部的循環(huán)，造成的空氣不流通，室內(nèi)空氣質(zhì)量下降，引發(fā)的諸如“空調(diào)病”的狀況。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計(jì)，在有空調(diào)的密閉室內(nèi)，5至6小時(shí)后，室內(nèi)氧氣下降13．2％，大腸桿菌升高1．2％，紅霉色菌升高1．11％，白喉菌升高0．5％，其它呼吸道有害細(xì)菌均有不同程度的增加。正是長(zhǎng)期處在這種環(huán)境中工作生活的人，往往會(huì)不知不覺地得了“空調(diào)病”。正是基于“空氣流通”這個(gè)思路。通過讓室外空氣經(jīng)過花園植物的凈化和富氧處理等凈化處理，得到的清新且溫濕度適宜空氣，結(jié)合搭建起來的控制電路實(shí)現(xiàn)在合適的時(shí)間，合適的空氣更新需求條件下向用戶提供空氣更新服務(wù)。改善室內(nèi)空氣質(zhì)量。同時(shí)空氣更新集中處理經(jīng)濟(jì)上更實(shí)惠，用戶只需安裝空氣管道和空氣閥門就行了。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件電路設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)以STC公司的51增強(qiáng)型單片機(jī)STC12C65A60S2芯片微控制器為核心，考慮到STC12C65A60S2的性能足夠滿足電路工作需求與及成本低的特點(diǎn)。選用STC12C65A60S2為最佳方案；概念模型分為：1)顯示部分(12864顯示屏)，用于實(shí)時(shí)顯示花園和室內(nèi)的溫室度，花園內(nèi)部土壤濕度，正在執(zhí)行空氣更新的用戶房號(hào)這幾個(gè)基本參數(shù)；2)操控檢測(cè)部分(用VB語言寫的上位機(jī))用于實(shí)時(shí)顯示存氣倉內(nèi)部空氣清新度的各類參數(shù)：溫度，濕度，CO2濃度，負(fù)離子濃度，與及經(jīng)過算法后得到的空氣綜合清新程度的參數(shù)值。我們通過實(shí)際把數(shù)值劃分范圍，用高，良好，較差，差劃分處理后的空氣等級(jí)，以不同顏色指示燈顯示空氣質(zhì)量的等級(jí)。上位機(jī)端有控制按鈕，用于控制系統(tǒng)工作的模式，對(duì)象，設(shè)定工作的時(shí)間。3)傳感器電路部分，用于檢測(cè)空氣質(zhì)量參數(shù)。系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

1．1 DS1302數(shù)字時(shí)鐘電路
    這里利用DS1302時(shí)鐘電路設(shè)置空氣更新系統(tǒng)的更換氣體的時(shí)間點(diǎn)，以及設(shè)置換氣工作的時(shí)間長(zhǎng)度。
    DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓寬達(dá)2．5～5．5 V。時(shí)鐘可工作在24小時(shí)格式或12小時(shí)(AM／PM)格式。DS1302與單片機(jī)的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接。可采用一次傳送一個(gè)字節(jié)或突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。

    在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位至高位7，數(shù)據(jù)讀寫時(shí)序如圖3所示。

1．2 DHT21傳感器電路
    DHT21數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT21傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。電路如圖4所示。

    DHT21的供電電壓為5 V。傳感器上電后，要等待1 s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳(VDD，GND)之間可增加一個(gè)100 nF的電容，用以去耦濾波。單總線接口；DATA用于微處理器與DHT21之間的通訊和同步．采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間5 ms左右，具體格式在下面說明，當(dāng)前數(shù)據(jù)傳輸為40 bit，高位先出。
    數(shù)據(jù)格式：40 bit數(shù)據(jù)=16 bit濕度數(shù)據(jù)+16 bit溫度數(shù)據(jù)+8 bit校驗(yàn)和
    例子：接收40 bit數(shù)據(jù)如下：
    0000001010001100 0000000101011111 11101110
    濕度數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和
    濕度高8位+濕度低8位+溫度高8位+溫度低8位=的末8位=校驗(yàn)和
    例如：
    00000010+10001 100+00000001+01011111=11101110
    濕度=65．2％RH溫度=35．1℃當(dāng)溫度低于0℃時(shí)溫度數(shù)據(jù)的最高位置1。例如：-10．1℃表示為1000000001100101用戶主機(jī)(MCU)發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT21從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT21發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出40 bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集。(注：主機(jī)從DHT21讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測(cè)量值，如兩次測(cè)量間隔時(shí)間很長(zhǎng)，請(qǐng)連續(xù)讀兩次以獲得實(shí)時(shí)的溫濕度值)

2 主要軟件設(shè)計(jì)
    軟件主要采用VB6．0進(jìn)行編程。VB6．0是微軟公司開發(fā)的一種可視話的編程語言，具有集成的可視化數(shù)據(jù)庫工具，Visual Basic6．0提供了一整套工具以及在任何應(yīng)用程序中集成數(shù)據(jù)庫。具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問、internet編程、使用新的控件、利用增強(qiáng)的控件提高性能和增強(qiáng)的向?qū)Чδ艿戎饕攸c(diǎn)。用VB6．0編寫的上位機(jī)軟件主要用于實(shí)時(shí)顯示花園和室內(nèi)的空氣的質(zhì)量參數(shù)，以及作為空氣更新處理的控制端。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的流程圖如圖6所示。

3 系統(tǒng)應(yīng)用
    該系統(tǒng)應(yīng)用于室內(nèi)空氣更新，系統(tǒng)通過設(shè)置時(shí)鐘(DS1302)或者直接人工手動(dòng)來選擇更新空氣的時(shí)間點(diǎn)，和每一次空氣更換的時(shí)間長(zhǎng)度。同時(shí)用光敏電阻定性檢測(cè)當(dāng)前溫室內(nèi)的光照強(qiáng)度。光照強(qiáng)度弱的時(shí)候，花園中的植物呼吸作用強(qiáng)度更強(qiáng)，便改選用普通進(jìn)風(fēng)口，同時(shí)以保證輸送空氣的氧含量。多點(diǎn)設(shè)置溫濕度傳感器(DHT21)，比較花園及室內(nèi)的空氣溫室度差異，根據(jù)采集數(shù)據(jù)，處理器將選擇合適的空氣預(yù)處理方式(如：增濕減濕，增溫降溫)過程，存氣倉設(shè)置CO2傳感器，檢測(cè)從花園送進(jìn)存氣倉空氣的CO2濃度。CO2濃度如果超過預(yù)設(shè)值空氣將重新送回花園進(jìn)行重新的富氧過程。負(fù)離子發(fā)生器用于存氣倉內(nèi)的空氣第二氣凈化，增加空氣的負(fù)離子濃度，進(jìn)一步除去空氣中的有害微粒。結(jié)果：室外空氣經(jīng)過凈化過程，符合凈化指標(biāo)的輸送到用戶室內(nèi)，不合符合指標(biāo)條件的重新送回花園和進(jìn)行空氣預(yù)處理。最后實(shí)現(xiàn)整個(gè)中央空調(diào)下封閉的室內(nèi)環(huán)境的空氣規(guī)律流動(dòng)更新。另外系統(tǒng)配置土壤濕度傳感器，結(jié)合電磁閥組成的簡(jiǎn)單的智能灌溉系統(tǒng)，當(dāng)土壤濕度低于設(shè)定值時(shí)，電磁閥打開盆頭澆水，給花園植物補(bǔ)充生長(zhǎng)需要的水份，實(shí)現(xiàn)花園的基本維護(hù)。通過實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠。程序面板的部分界面如圖7所示。

4 結(jié)論
    該系統(tǒng)空氣更新系統(tǒng)采用植物結(jié)合電子凈化儀器共同實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣更新；軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，提高了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。在改善中央空調(diào)背景下大型封閉室內(nèi)環(huán)境的空氣環(huán)境的同時(shí)，體現(xiàn)人與自然的和諧性。同時(shí)空氣集中凈化，相對(duì)用戶各自凈化來說更節(jié)能環(huán)保。實(shí)際應(yīng)用表明該測(cè)試系統(tǒng)具有測(cè)試準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。