第十二届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛
作品说明书
    作品名称：    空调清洁及加湿节能装置   
    学校全称：      广东技术师范学院       
    申报者姓名
  （集体名称）：        绿色特供队         


空调清洁及加湿节能装置设计说明书
摘要：本空调清洁及加湿节能装置基于单片机控制原理，在原有的普通空调基础上，采用回
收利用冷凝水的巧妙设计，实现了室内相对湿度平衡、方便清洗过滤网以及可提高室外机散热效率的功能。既满足了本身的制冷要求，同时达到了健康方便、环保节能的设计目的，真正实现了空调的健康升级、绿色环保。
关键词：空调  加湿  冷却  清洁  健康  绿色  节能
一、设计目的和背景
目前，我国空调普及程度已经相当高，但存在着制冷过程中室内空气干燥、过滤网灰尘多且难清洗以及空调室外机的散热效率较低的问题。而另一方面，空调制冷产生的冷凝水不但无法得到合理利用，而且冷凝水的随意排放会损害楼下住户、行人的权益和建筑物的观瞻。据了解，随着人们生活水平的提高和对健康理念的追求，人们对空气质量要求越来越高。而存在着以上诸多问题的空调已无法满足人们日益增长的需求。一台能够保证室内相对湿度平衡、方便清洗过滤网以及可降低室外机功耗的空调已成为人们的迫切需求。
为了解决上述问题，我们立足于绿色环保、健康节能的创新理念，我们团队开始进行《分体空调自清洁及加湿节能装置》的研究。在长期研究的基础上，我们团队取得了一定的成果，并申请了国家实用型专利。
本作品结构简单，性能可靠，具有可调性、适用性以及实用性等特点。不仅可以实现室内湿度平衡而且通过对空调冷凝水的回收利用达到了绿色环保的设计理念，同时也符合了人们的健康需求。
二、工作原理
2.1 基本思路
本作品利用空调中排出的冷凝水清洗依附在过滤网及蒸发器散热片上的灰尘和细菌；采用超声波雾化模块加湿空气，并通过湿度反馈电路控制使室内空气湿度达到相对平衡；利用水循环来冷却室外机和合理处理冷凝水的排放。
2.2 工作流程
图2-1  控制原理
冷却：室内机产生的冷凝水经空调冷凝管导入水箱1，水逐渐上升,当水达到A水位，A处水位监测器被触发，信号输入到控制器，冷却水泵开始工作，流经室外机的外加冷却管，进而顺着水管流回水箱1。
启动加湿水泵：当雾化水箱水低于D水位时，D处水位监测器被触发，信号输入到控制器，加湿水泵开始抽水；当水到E水位时，加湿水泵停止供水。
雾化：当湿度传感器检测到室内湿度低于控制器的设定值，控制器开启超声波雾化模块，直到室内湿度达到设定值，进而达到一个湿度平衡，让室内湿度符合人的健康需求。
清洗：当水箱1的水达到B水位时，B处水位监测器被触发，信号输入到控制器，可以自动或手动开启清洗水泵。冷凝水在其中作用下开始清洗过滤网，直到水箱1水到达A水位则停止清洗；清洗后的水经集水槽流入水箱2。
排水：当水箱1的水到达C水位时，溢出的水由导管来冲洗集水槽，再从G处流向水箱2。
蒸发：水箱2的左区用于静置沉淀集水槽排进来的水，右区用于蒸发从左区经H处流过的水，I处水位监测控制蒸发器开关。
三、设计方案
3.1 控制电路
图3-1控制电路
电路分析：
由STC12C56单片机作为该装置控制芯片，实现装置的全局控制；
水箱1、水箱2、雾化水箱的水位传感器反映当前的水位情况，及时反馈给单片机进行处理；
使用DS1302时钟芯片，可对该装置清洗模块实现定时自动清洗功能，也可实现手动控制；
通过湿度传感器的反馈调节，控制超声波雾化模块产生水雾，使室内达到湿度平衡；
通过LCD显示及按键的操作，可实现人机交换控制，更人性化的满足人们的需求。
3.2 主要元件及连接电路图
3.2.1 STC12C56AD单片机：
STC12C56AD系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX8 0专用复位电路，4路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。
STC12C56AD系列单片机的内部结构框图如下图所示。STC12C56AD单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C56AD系列单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统,以下是STC12C56AD系列单片机内部结构框图：
图3-2 STC12C56AD单片机内部结构框图
3.2.2 DHT11数字温湿度传感器：
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则，以下是DHT11温湿度传感器的主要参数：
参数
条件
Min
Typ
Max
单位
湿度
分辨率
1
1
1
%RH
8
Bit
重复性
±1
%RH
精度
25℃
±4
%RH
0－50℃
±5
%RH
互换性
可完全互换
量程范围
0℃
30
90
%RH
25℃
20
90
%RH
50℃
20
80
%RH
响应时间
1/e(63%)25℃，1m/s 空气
6
10
15
S
迟滞
±1
%RH
长期稳定性
典型值
±1
%RH/yr
3.2.3 DS1302时钟芯片：
DS1302是美国 DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态 RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和 RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5～5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。以下是DS1302时钟芯片的内部结构图：

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