作品简介：
一、开发背景
随着人类对身体健康日益关注，而在高原地区生活工作的人由于高原缺氧引发的健康问题尤为明显。比如说：高原性失眠症、高原性心脏病症，也称为急性高原反应，严重影响身体健康。本项目针对我国高原地区普遍缺氧的情况，将有效解决如下问题：
1) 使许多原本不适应高原气候的在藏工作者和有意向来高原工作生活的人，在该产品的帮助下解决缺氧问题。
2) 对那些心肌功能较弱的老年人健康和小孩成长具有促进的作用。
3) 对高原人才的引进和在高原工作人员的后代继续工作起到积极的推动作用。
4) 对高原的旅游业的发展起到积极推动作用。对于来高原上旅游的游客，该产品能让他们大大降低刚到时所出现的高原反应。能够让游客有充足的时间适应高原气候。
总之，高原室内制氧机智能控制系统的研发就是本着为高原地区所着想而特地研发的产品，为高原上的经济高速发展和提高人们生活质量起到积极的推动作用。
二、 结构说明
该系统主要由氧气传感器采集模块、液晶显示模块、制氧模块等组成。
三、 功能与使用说明
1、智能制氧功能
通过模拟室内环境，利用氧气传感器采集氧气浓度，通过单片机处理并判断氧气浓度是否达到相关的要求来决定是否制氧，同时将氧气浓度显示在液晶上。
2、 检测温度功能
采用DS18B20数字温度传感器采集温度数据，并将其数据送到STC15上进行处理并显示在液晶上。
四、 作品特色
1、先进性
经过大量的实验证明，该制氧系统能够准确、实时控制继电器制氧，即当氧气浓度低于(或者高于)某范围时来决定是否制氧，同时能够显示室内的温度，方便用户查看。
2、实用性
传统制氧机给用户带来诸多不便，该作品能实时自动地断电、自动制氧，用户可以不用担心制氧机的工作状态，且该系统能够实时显示氧气浓度、环境温度，这为用户提供了极大的方便。
3、创新性
本项主要目的是面向西藏地区的一款制氧机控制系统，它实现了对室内制氧的智能化，属于全自动调节，无需人为干预，运用了完全自动检测装置，对氧气相对含量进行比较精确的识别和监控。
平台选型说明：
本项目采用ITAT大赛指定专用的STC15F2K61S2单片机作为主控核心，它是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代单片机，采用第八代加密技术，加密性超强，代码指令完全兼容8051，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路，适用多串行通信、电机控制、强干扰场合。
设计说明：
一、设计原理
1、系统复位电路设计
STC15的复位输入引脚RST为单片机提供了初始化的手段，可以使程序从指定处开始执行，在STC15的时钟电路工作后，只要RST引脚上出现超过两个机器周期以上的高电平时，即可产生复位的操作，只要RST保持高电平，则STC15循环复位，只有当RET由高电平变成低电平以后，sSTC15才从0000H地址开始执行程序，本系统采用按键复位方式的复位电路。
DS18B20与STC15单片机接口电路的设计
DSl8B20数字温度计提供9位(二进制)温度读数，指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线，当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。
单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示
当符号位S=0时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制;当符号位S=1时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。
3 2、温度检测电路设计
本次设计所采用的温度传感器为Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20，它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。“一线器件”体积更小、适用电压更宽、更经济。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。DS18B20可以程序设定9-12位的分辨率，精度为±0.5℃。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。
3、液晶显示模块
因本系统显示的内容有汉字，字符，数字等，于是我们选择了12864液晶显示，此液晶使用5V电压驱动，带背光，内置8192个16*16点阵，128个字符(8*16点阵)及64*256点阵显示RAM。而且此液晶拥有较低的功耗，能够清晰的显示各种汉字、英文和各种图形，部分液晶甚至带有中文字库，非常适用于我们此系统的使用，为了避免占用大量I/O口，我们采用串行的接口方式，使我们的系统设 计变得更加简单。
4、继电器工作原理图
电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。其基本原理如图
5、氧气传感器工作原理
氧气传感器是一个密封容器(金属的或塑料的容器)，它里面包含有两个电极：阴极是涂有活性催化剂的一片 PTFE(聚四氟乙烯)，阳极是一个铅块。这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔，允许氧气通过进入工作电极。两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚，而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。传感器内充满电解质溶液，使不同种离子得以在电极之间交换
进入传感器的氧气的流速取决于传感器顶部的毛细微孔的大小。当氧气到达工作电极时，它立刻被还原释放出氢氧根离子：
O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
这些氢氧根离子通过电解质到达阳极(铅)，与铅发生氧化反应，生成对应的金属氧化物。
2Pb + 4OH- 2PbO + 2H2O + 4e-
6、家用制氧机原理
本项目是采用分子筛制氧机。主要流程为两塔。原料空气由压缩机加压后，经过空气预处理装置除去油、尘埃等固体杂质及水,并冷却至常温，经过处理后的压缩空气由进气阀进入装有分子筛的吸附塔，空气中的氮气、二氧化碳等被吸附，流出的气体即为高纯度的氧气，当吸附塔达到一定的饱和度后，进气阀关闭,冲洗阀打开，吸附塔进入冲洗阶段，过后冲洗阀关闭，解吸阀打开进入解吸再生阶段，这样即完成了一个循环周期。其基本原理图，如图
1、电源模块
方案一：
采用干电池供电。此方案的优点是保证了电源的直流特性，纹波比较小，缺点则是干电池体积大，需要多节才能完成5V的电压要求，这样就会影响体积，而且其使用特性也较差，用过一段时间后需要重新更换电池。
方案二：
采用锂电池加稳压芯片供电。此方案的优点为其体积轻巧;缺点是用此方案直流特性不如干电池好，需要稳压芯片为其稳压。
综上所述，方案二更适合做本模块的电源。因为对于本模块来说，需要较长时间的持续能力;方案二的方案注重了持续性能，且由于稳压芯片的存在，使得电压的稳定性能不比干电池差，所以选择方案二作为我们的电源。
2、显示模块
方案一：
采用128*64液晶进行显示。此方案的优点是在我们所使用的单片机中提供了12864液晶的端口，切显示程序较容易编写。切屏幕较大，比较容易进行辨认。缺点为12864没有色彩的变化。
方案二：
采用2.4寸TFT彩屏进行显示。此种屏幕的分辨率达到320×240,能够显示262k色的色彩。此种屏幕的优点是能够显示色彩，而彩色的提示作用比黑白两色的要明显。缺点是程序相对复杂，管脚需要重新定义。
综上所述，选择方案一作为我们的显示模块。因为我们所做的智能窗帘不需要对显示有太大的要求，只需要实时显示当前时间与当前选择的模式，而且12864操作简单，因此采用12864作为我们的显示模块。
3、温度传感器
方案一：
温度传感器模块采用DS18B20温度传感器，其优点是成本低，接线简易，体积小，使用方便，满足本作品的需求。
方案二：
温度感应模块采用红外温度传感器MLX90615，优点有测温反应快，测量精度高，但是价格高。
综上所述，为了节省成本，故选择第一种方案。
作者：西藏大学 陆慧博 邓利华 廖先奎
指导老师：高飞