空气负离子发生器电路

空气负离子发生器电路 空气负离子发生器是利用高压电晕增加空气中负离子成份，从而改善空气质量，可以促进身体健康，被誉为“空气维生素”。医学临床实践证明，它对呼吸系统、循环系统以及神经方面等疾病均有辅助疗效，因而在生活及医学界得以广泛应用。 本文介绍的是一种高效开放式负离子发生器，它采用可控硅逆变高压，悬浮式放电针，结构简单，效果良好，安全可靠。市电电压在160,250V均能正常工作，且耗电极省，仅1W左右，因此可长期连续工作。 工作原理 该负离子发生器电路见图1(点此下载原理图)。220V市电经VD1、VD2和R1、R2的整流、限流，单向脉动电流控制VS的通断，产生振荡，经变压器T升压后，经VD3整流得到万伏左右的负高压，经放电针对空气放电，产生电离，生成负离子。 元器件选择与制作 元器件清单见下。 编 号 名 称 型 号 数 量 R1 22K 1/2W 1 电阻 R2 27K 1/4W 1 电阻 R3 1 电阻 2,4M C1 0.1u/400V 1 金属化纸介电容 IN4007 2 VD1、VD2 整流二极管 VD3 18kV 1 硅堆 VS 1A/400V 1 单向可控硅 T 1 脉冲变压器 自制 T可用14吋黑白电视机行输出变压器改制，将低压绕组线圈全部拆除，用Φ = 0.35mm漆包线或丝包线绕28匝为L1，原高压包为L2，R3是防触电保护电阻，阻值为2—4MΩ。三枚放电针可用普通镀镍大头针，高压端引线要用黑白行输出高压线。 该电路只要元件良好，焊接无误，勿需调试即可正常工作。 【摘要】 本文提出一种AT89C2051单片机实现的空气负离子发生器。利用单片机软件产生20KHz间歇性脉冲信号，通过功放、升压、整流变换，输出-6KV左右的高压，加到碳纤维电极上，由空气电离效应产生所需的负离子。可通过手动按钮、遥控器或上位机设置工作 时间及负离子释放浓度，通过两位数码管显示工作状态。本机既可独立使用，也可作为专业 空气净化系统中受上位处理器控制的负离子发生模块。 【关键词】 单片机;负离子发生器;碳纤维;空气净化 Development of Microcontroller Based Negative Ionizer SHI Jian-guo1，DENG Xiang-hong2 (1 Zhongshan Institute, University of Electronic Science and Technology of China, Zhongshan 528402,China 2 Department of Pediatric, People’s Hospital of Zhongshan City, Zhongshan 528403,China) Abstract This paper introduces a new kind of negative ionizer based on AT89C2051 microcontroller. The intermittent pulse signal with frequency 20KHz is generated by embedded software and then amplified by external power driving and voltage transforming circuit. The output -6KV high voltage is applied to the front end of the carbon fiber brush and negative ions are generated when air goes through the brush. The generator’s work duration and average density of the output ions could be seen on 2 digit seven-segment display panel and could be set with manual button,by remote control or through a PC. This ionizer could either be used independently or act as a function module controlled by the master controller in professional air purifiers. Key words microcontroller, negative ionizer, carbon fiber, air purifying 1 前言 现代医学研究证实，公园、海滨、森林中密集分布的空气负离子可明显改善人体呼吸功 能，促进血液循环，增强大脑活力，还有滤除烟雾尘埃，抑制细菌生长，消除异味，净化空 气的功效。负离子充足的环境可有效增强人体免疫力，预防疾病发生，延缓衰老，显著提高 工作效率。 近年来，空调、电脑的广泛使用，建筑装修的盛行，导致室内空气质量恶化。有毒有害 气体及悬浮物超标，而有益健康的负离子却严重缺乏，造成疾病发病率上升，工作效率下降。 为改善空气质量，各种空气净化技术与设备应运而生，其中就包括负离子发生器。负离子发 生器的基本原理是利用电子技术产生数千伏至上万伏的高压脉冲，使空气发生电离，所产生 的自由电子被中性的空气分子捕获后，形成带负电的空气负离子。 本文介绍的负离子发生器也是基于上述原理，但在结构上采用单片机取代常规电路，采 用碳纤维电极取代传统金属针，有效提高了负离子产生率，抑制了臭氧释放，改善了人机界 面。 2 总体结构 负离子发生器的总体结构如图1所示。这是一个以AT89C2051单片机为核心的电子系统，其中，单片机的基本任务是产生20KHz的间歇脉冲波形，通过功放、升压、整流变换，输出-6KV左右的高压。 按键和遥控器用来设置负离子浓度与定时时间。定时值(最大99)通过两位LED数码管来显示并且每分钟减一，减到零时熄灭，负离子发生器也停止工作，之后用户按任意键可重新启动。负离子浓度(4档)可通过数码管2个小数点的4种亮灭组合来表示。 考虑到成本因素，本机采用开环设计，其本身没有空气质量监测功能。实际上，对于要求更高的闭环空气净化系统，负离子发生器只是其中一种执行设备，还需要诸如风机、过滤器等设备协同工作。闭环系统还需要多种类型的传感器(如CO传感器、SO2传感器、浮尘传感器等)来综合判定空气质量。为此，本机设有一个控制接口(可与遥控输入口并接)，可通过控制接口接收上位机(PC机或单片机)发来的控制指令，按上位机要求的方式工作。 3 硬件实现 负离子发生器的具体硬件电路如图2所示。这里使用的AT89C2051是20引脚的51系列单片机，其内部包含2KB FLASH程序存储器、128B数据存储器、2个并口(15根对外I/O口线)、一个标准串口、2个16位定时/计数器、5路中断控制器、1个模拟比较器，工作电压2.7~6V，时钟最高可达24MHz。AT89C2051性能稳定、价格低廉、货源充足、资料丰富、开发容易，在追求高性价比的电子系统中得到广泛应用。 单片机T0(P34)、T1(P35)、INT1(P33)口线接三个按键，其中K1、K2为“分钟加1”和“分钟减1”键，K3为“浓度选择”键。 两位数码管为共阳极结构，采用动态显示方式，占用单片机10根口线。R10~R17用于笔段限流，T1、T2实现功率驱动和数位切换。动态显示方式的优点是节省单片机口线，缺点是需要在程序中不断刷新显示，否则会出现闪烁或黑屏现象。 单片机软件产生的脉冲信号经T3、T4功率驱动后，加到高频升压变压器TR1初级上，由次级感应出近万伏高压，经高压硅堆D2整流后接到碳纤维电极，利用电离效应产生空气负离子。 为实现遥控功能，使用了SFH5110一体化红外接收器(IR1)，该三端器件内部集成了红外接收管、电压放大器、自动增益控制电路、带通滤波器、解调器等电路单元，平时输出高电平，收到载波(这里用的是38KHz)则输出低电平。遥控发射器发出受232格式数据调制的38KHz载波(发射器也是利用AT89C2051制成，包括3个发射按钮和一个红外发射管，限于篇幅，具体电路略)，相应地，接收器IR1收到并送至单片机RXD引脚的也是232格式的串行数据，单片机可利用串口中断服务程序接收此数据。 图2中，与IR1共享RXD引脚的J1为上位机(PC机或单片机)指令输入口，上位机控制指令与遥控指令兼容，以简化单片机软件设计。 4 软件设计 负离子发生器的脉冲频率为20Khz，为产生此波形，可将单片机的T0定时/计数器设为定时方式2，初值为256-25×2=206(因晶振为24MHz)，这样，T0将每隔25uS溢出一次，在其中断服务程序中将脉冲输出口P32求反即可。主程序每隔1min将用户设定的工作时间减1，减到0时通过全局标志通知中断服务程序停止脉冲输出，没有减到0时，则根据用户设定的离子释放浓度控制脉冲输出的间歇时间。 遥控指令和上位机控制指令通过串口中断服务程序接收，并通过全局标志通知主程序做出处理。其它任务如按键检测、剩余工作时间和当前输出浓度的显示刷新都在主程序循环流程中完成。 软件设计除了要保证程序无逻辑错误(BUG)、执行效率高以外，还要考虑开发周期、维护成本、可移植性等方面的要求。为此，除了应合理设计程序结构、数据结构，编程风格(包括文档注释)外，还要合理选取编程语言。C语言具有编程效率高、代码可移植性强、程序便于维护等优点，因此，负离子发生器软件设计使用了C51语言。编译连接后生成的程序代码利用EasyScope 8052F仿真器进行调试，调试完毕后，使用EasyPRO 800编程器将HEX文件内容写入单片机程序存储器。 限于篇幅，这里仅给出负离子发生器的主程序流程，如图3所示。 5 本文介绍的负离子发生器利用单片机产生脉冲控制波形，并通过碳纤维电极实现空气电离。实际输出高压为-6300V左右，负离子浓度不小于3×106个/cm3，定时时间可在1~99min范围内任意动态设置，可通过调节间歇时间实现不同浓度输出，可接收上位机发出的控制指令。与常规电路相比，单片机实现的负离子发生器具有更高的性价比。 随着人们健康意识的不断增强，负离子发生器和集成了负离子发生功能的空气净化设备将受到越来越多的关注，产品的性能和技术水平也会得到不断提高。 【参考文献】 [1] 蒙晋佳,韩桂华.空气负离子发生器产品概况[J].医疗卫生装备,2003,(12). [2] 高立新,陆亚俊.室内空气净化器的现状及改进措施[J].哈尔滨工业大学学报,2004,36(2). [3] 连小卫.空气净化器近期新品[J].现代家电,2006,(24). 空气负离子发生器 百科名片 空气负离子发生器 空气负离子发生器是利用高压电晕增加空气中负离子成份，从而改善了空气质量，可以促进身体健康，被誉为空气“维生素”。医学临床实践证明，它对呼吸系统。循环系统以及神经方面等的疾病均有辅助疗效，因而在生活及医学界得以广泛应用。 这是一种高效开放式负离子发生器，它采用可控硅逆变高压，悬浮式放电针，结构简单，效果良好，安全可靠。 目录 空气负离子发生器 工作原理 元器件选择与制作 编辑本段 空气负离子发生器 空气负离子发生器是利用高压电晕增加空气中负离子成份，从而改善了空气质量，可以促进身体健康，被誉为空气“维生素”。医学临床实践证明，它对呼吸系统。循环系统以及神经方面等的疾病均有辅助疗效，因而在生活及医学界得以广泛应用。 空气负离子发生器 这是一种高效开放式负离子发生器，它采用可控硅逆变高压，悬浮式放电针，结构简单，效果良好，安全可靠。市电电压在160V,250V均能正常工作，且耗电极省，仅1W左右，因此可长期连续工作。 能产生一定浓度的负离子，以改善局部环境空气质量的保健电器。空气负离子是指空气中带负电荷的分子或原子 。空气的主要成分是氮和氧，通常氮氧分子所带正、负电荷相等，电性能呈中性。当空气分子电离产生的电 子绝大部分被氧分子俘获后，即可形成负氧离子。它在未与其他物质发生反应前，可通过呼吸、神经和血液系统作用于人体，促进人体的新陈代谢，激发内分泌腺功能，增进食欲，消除疲劳 。按负离子发生原理分为电空气负离子发生器和水空气负离子发生器两类。前者利用高压电场，通过极针尖端电晕放电 ，将附近空气电离而产生负离子;后者利用勒纳效应(或称瀑布效应)，即水从发生器喷嘴喷出，经撞击粉碎成带电的雾状微粒并与空气中的中性分子结合，形成水空气负离子。20世纪80年代生产的主要是电空气负离子发生器。它由高压发生器、负极针组件和风扇等组成。 目前处于世界领先的高纯度空气负离子技术是被誉为"负离子第一人"的日本科学家堀口 升医学博士发明的“离子变换器”技术，是利用地球天然资源制造出等同于天然空气负离子的专利技术。据了解自今年起与这一重要发明相关的产品与技术已通过堀口 升医学博士创立的国际著名品牌赛路美 引进中国。经它制造出来的空气负离子与大自然产生的并无分别，非常适合调节人体机能，对改善体质和维持健康有重大作用。 该技术的引进为中国客户带来世界上最先进的环境改善设备，它将能够满足中国最为挑剔的楼宇业主、家庭及车主的需求与品味。随着赛路美系列产品的发布，顶级中央空调环境改善设备及家用、车用负离子装置的定义也再次被更新。 编辑本段 工作原理 该负离子发生器电路如图所示。220V市电经VD1.VD2和R1.R2的整流。限流，单向脉动电流控制VS的通断，产生振荡，经变压器T升压后，经VD3整流得约万伏负高压，经放电针对空气放电，产生电离，生产负离子。 编辑本段 元器件选择与制作 C1为0.1μ/400V涤纶或金属纸介电容。R1为22k1/2W电阻，R2为27k.1/4w电阻;VS为1A/400V塑封可控硅。VD1.VD2选用1N4004整流二极管。VD3为18kV高压硅堆。T可用35cm黑白电视机行输出变压器改制， 空气负离子发生器电路图 将低压绕组线圈全部拆掉，用φ0.3mm漆包线或丝包线绕28匝为L1,原高压包为L2,L3是防触电保护电阻，阻值为2,4MΩ。三枚放电针可用普通镀镍大头针，高压端引线要用黑白行输出高压电。 该电路只要元件良好，焊接无误，不需调试即可正常工作。