基于STM8单片机的新型空气净化消毒器设计
第一章 绪论
随着室内空气质量对健康的影响日益凸显，传统空气净化器多仅具备过滤功能，缺乏主动消毒能力，且智能化程度低，难以满足母婴室、办公室等场景对“净化+消毒”一体化的需求。STM8单片机凭借低功耗、高性价比、外设丰富的特点，为小型化、多功能空气净化消毒设备提供了理想控制核心。
目前，市场上的净化消毒设备存在功能割裂（净化与消毒模块独立控制）、响应滞后等问题，且多依赖高价处理器。本设计以STM8S103F3P6单片机为核心，集成颗粒物过滤、UV-C消毒、异味检测功能，实现根据空气质量自动调节运行模式，旨在研发一款低成本、高效率的新型空气净化消毒器。本文将围绕系统架构、硬件选型、程序设计及性能测试展开，为室内空气净化消毒设备的智能化升级提供参考。
第二章 系统总体设计
2.1 设计目标
本系统核心目标为：实现PM2.5（0-500μg/m³）与甲醛（0-1mg/m³）浓度实时监测，净化效率≥90%（30分钟内），UV-C消毒率≥99%（对常见细菌）；支持自动/手动模式切换，自动模式下根据污染等级调节风机转速（3档可调）；具备超标报警（声光提示）与滤网更换提醒功能；工作电压AC220V转DC12V，待机功耗≤0.5W，适配室内桌面或壁挂安装。
2.2 总体架构
系统采用模块化架构，分为感知层、控制层、执行层和交互层。感知层由PM2.5传感器（GP2Y1010AU0F）、甲醛传感器（ZE08-CH2O）组成，采集空气质量数据；控制层以STM8S103F3P6为核心，处理传感数据并输出控制指令；执行层包括离心风机（通风净化）、UV-C灯管（消毒）、活性炭滤网（异味吸附），执行净化消毒动作；交互层由OLED屏与3个按键组成，实现参数显示与模式控制。电源模块提供稳定电压，保障运行。
2.3 核心部件选型
单片机选用STM8S103F3P6，16MHz主频，16KB Flash，支持I2C、UART接口，低功耗特性适配长期运行；传感器选用GP2Y1010AU0F（PM2.5）和ZE08-CH2O（甲醛），精度满足民用需求；执行层采用12V离心风机（3档调速）、5W UV-C灯管（254nm波长）；交互模块选用0.96英寸OLED屏（显示浓度与状态）和轻触按键（模式切换、启停）。
第三章 系统硬件与软件设计概述
3.1 硬件设计
硬件围绕STM8单片机搭建电路，主要包括传感器接口、执行器驱动、交互接口及电源电路。PM2.5传感器通过ADC接口与单片机连接，甲醛传感器经UART串口传输数据；风机驱动采用三极管放大电路，单片机PWM输出调节转速，UV灯管通过继电器控制启停；OLED屏经I2C总线连接单片机，按键直接接入GPIO口，配合防抖电路确保操作可靠；电源模块将220V市电转换为12V（风机、UV灯）与3.3V（单片机、传感器），增设过流保护与滤波电容。
3.2 软件设计
软件基于IAR Embedded Workbench开发，采用C语言编程，核心包括主程序、数据采集模块、控制逻辑模块、交互模块。主程序初始化后循环调用各模块；数据采集模块定时读取传感器数据，进行滤波处理；控制逻辑模块根据污染等级（优/中/差）自动调节风机转速（低/中/高），污染超标时启动UV消毒，滤网累计运行超500小时触发更换提醒；交互模块通过按键切换模式，OLED实时显示浓度、运行状态及提醒信息。程序采用中断机制提升响应速度，关键参数存储于EEPROM。
第四章 系统测试与总结
4.1 系统测试
测试环境为30m²密闭房间，初始PM2.5浓度300μg/m³、甲醛0.6mg/m³。测试内容包括净化消毒效率、响应速度与稳定性。结果显示：30分钟后PM2.5降至28μg/m³（净化效率90.7%），甲醛降至0.08mg/m³；细菌培养实验显示UV消毒后菌落数减少99.3%；污染等级变化时，风机转速调节响应时间≤1秒；连续运行100小时，传感器数据稳定，无模块异常，满足设计指标。
4.2 总结与展望
本设计基于STM8单片机实现了净化消毒一体化控制，通过传感器联动与智能调节，具备效率高、成本低、操作简便等优势，适配中小空间需求。但系统存在局限性：无远程控制功能，UV灯运行状态缺乏实时监测。未来可增加蓝牙模块实现手机APP控制；集成UV强度传感器监测灯管老化；优化风道设计提升净化效率，进一步增强产品实用性。
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