物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器的設(shè)計(jì)

麗水學(xué)院工學(xué)院 大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐空間 徐 歡 葉佳虹 林姹姹 尉建彬 王 野

物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器的設(shè)計(jì)

麗水學(xué)院工學(xué)院 大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐空間 徐 歡 葉佳虹 林姹姹 尉建彬 王 野

該物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器基于STM8S103F3的設(shè)計(jì)開發(fā)，通過WiFi無線通訊模塊用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器與手機(jī)端的信息交互，在互聯(lián)網(wǎng)的范圍下實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP實(shí)時(shí)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量，并自主控制空氣凈化器的工作狀態(tài)。

物聯(lián)網(wǎng)；空氣凈化器；無線通訊；信息交互；傳感器

0 引言

近年來，霧霾天氣持續(xù)增多，空氣質(zhì)量時(shí)常處于中度或重度污染。然而市場上吸附式凈化器，功能較為單一，且不能遠(yuǎn)距離控制?，F(xiàn)在的發(fā)展趨勢是將多個(gè)智能家居融合到一個(gè)系統(tǒng)中去，通過云服務(wù)器遠(yuǎn)程推送，通過智能端口控制智能家居[1]。因此，一種更快捷，更方便，更智能的物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器就成為了大眾理想的首選。以智能家居的最新定義為標(biāo)準(zhǔn)，和人們的需求為出發(fā)點(diǎn)，本課題提出利用無線通訊模塊設(shè)計(jì)手機(jī)APP實(shí)時(shí)監(jiān)控凈化器所在區(qū)域當(dāng)前的溫濕度、VOC濃度、PM2.5數(shù)值。

1 課題背景及意義

2015年兩會(huì)期間李克強(qiáng)總理提出“互聯(lián)網(wǎng)＋”新經(jīng)濟(jì)概念，隨之各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)開始加快與互聯(lián)網(wǎng)融合的進(jìn)度。隨著政府對(duì)空氣污染現(xiàn)象的關(guān)注，智能城市、智能家居概念的提出，家電行業(yè)隨之進(jìn)入了智能化時(shí)代?？諝鈨艋髟诖吮尘跋轮饾u成為人們關(guān)注的產(chǎn)品，其市場的需求量驟增。

2015年2月28日柴靜自費(fèi)拍攝的《穹頂之下》紀(jì)錄片開始在各大網(wǎng)站播放，引起熱議。短短103分鐘，讓更多的人知道了霧霾對(duì)我們生活及下一代的危害?？諝鈨艋鱗2]在此背景下逐漸成為人們關(guān)注的產(chǎn)品，而物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器市場的需求量驟增。

2 課題研究目標(biāo)及主要內(nèi)容

2.1 課題研究目標(biāo)

完成課題整體方案的可行性分析與整體設(shè)計(jì)構(gòu)思，分析難點(diǎn)；

實(shí)現(xiàn)完整的物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化[3]系統(tǒng)（包括軟硬件），完成相關(guān)設(shè)計(jì)，保證運(yùn)行穩(wěn)定可靠；

實(shí)現(xiàn)測物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)測量，及手機(jī)APP程序設(shè)計(jì)。有條件的前提下可擴(kuò)展其他功能；

顯示終端的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，力求做到操作簡便，顯示清晰，穩(wěn)定可靠。

2.2 本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容

本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器，主要包括：（1）硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)框架圖。原理是通過氣體傳感器將區(qū)域氣體的信息轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，采用WiFi技術(shù)利用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器與服務(wù)器和手機(jī)端的信息交互。硬件框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)流程圖及功能。智能模式下，WiFi無線通訊模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，凈化效果隨時(shí)可見。軟件框架圖如圖2所示。

（3）云服務(wù)器手機(jī)APP應(yīng)用設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)手機(jī)APP采集和應(yīng)用界面，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)顯示凈化器所在區(qū)域當(dāng)前的溫度。

圖1 空氣凈化器框架結(jié)構(gòu)圖

圖2 軟件框架圖

3 創(chuàng)新特色

本物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器將傳統(tǒng)的“無意識(shí)、無動(dòng)作、無智慧”的空氣凈化器賦予了生命及活力。

（1）空氣凈化器與手機(jī)app聯(lián)動(dòng)

本項(xiàng)目以人們的需求為出發(fā)點(diǎn)，無線傳輸性[4]提出設(shè)計(jì)手機(jī)APP實(shí)時(shí)顯示凈化器所在區(qū)域當(dāng)前的溫濕度、VOC濃度、PM2.5等顆粒物[5]濃度；同時(shí)支持遠(yuǎn)程控制顯示與控制，能第一時(shí)間監(jiān)控控制區(qū)的空氣質(zhì)量并做出相應(yīng)的調(diào)整

（2）信息交互力度強(qiáng)大

采用WiFi無線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器與服務(wù)器和手機(jī)端的信息交互。

（3）適用范圍廣，可調(diào)性大

對(duì)于一些弱勢群體，比如孕婦、兒童、老人更需要較為舒適的生存環(huán)境。不光應(yīng)用在家居中， 還可以拓展到公共場所，學(xué)校公寓，交通設(shè)備等，應(yīng)用前景廣闊。另外，花卉養(yǎng)植，大棚種植及珍稀動(dòng)植物的培育也對(duì)空氣質(zhì)量把關(guān)嚴(yán)格。

4 研究技術(shù)路線

本課題，風(fēng)扇，負(fù)氧離子凈化器，PM2.5檢測裝置的工作狀態(tài)需要經(jīng)過傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，發(fā)送至單片機(jī)實(shí)行信號(hào)處理，然后由無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離發(fā)送接收，經(jīng)由手機(jī)APP客戶端登入云服務(wù)器，遠(yuǎn)距離顯示凈化器所在區(qū)域當(dāng)前的溫度、濕度、VOC濃度、PM2.5數(shù)值，從而過濾[6]、凈化污濁空氣，并由WiFi模塊實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP客戶端對(duì)空氣凈化器的控制。核心電路圖如圖3所示。

圖3 單片機(jī)電路圖

5 結(jié)束語

本項(xiàng)目物聯(lián)網(wǎng)空氣凈化器基于以上概述，升級(jí)傳統(tǒng)空氣凈化器，凈化裝置采用AC220直接供電，操作簡單，實(shí)現(xiàn)凈化工作部分和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)收發(fā)一體化，具有便攜性。通過WiFi模塊無線，實(shí)現(xiàn)手機(jī)登入APP隨時(shí)隨地檢測控制區(qū)域空氣的水平，具有隱私性。監(jiān)測區(qū)域空氣指數(shù)的同時(shí)并能存儲(chǔ)收發(fā)數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量用于實(shí)地監(jiān)測的人力物力，具有經(jīng)濟(jì)性，快捷性。一旦空氣凈化系統(tǒng)發(fā)生故障，能及時(shí)排查并作出相應(yīng)的補(bǔ)救措施，具有高效性。無線數(shù)據(jù)傳輸方式無需重新布線，不易被破壞，適合已裝修用戶及布線不方便的場所，還可以美化家庭環(huán)境或是工作學(xué)習(xí)場所，具有簡潔美觀性。本設(shè)計(jì)應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，對(duì)人們生活品質(zhì)的提高及人類發(fā)展都有積極的作用。

[1]錢志鴻等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究[J].電子學(xué)報(bào),2012,40(5):1023-1029.

[2]浙江大學(xué)制冷與低溫研究所:石芳芳等.室內(nèi)空氣凈化技術(shù)及產(chǎn)品綜述[J].制冷學(xué)報(bào),2014(05).

[3]沈雨帆,秦會(huì)斌,胡永才.一種新型靜電除塵型空氣凈化器設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2016,35(1):76-78.

[4]胡改星,王俊濤,申曉莉,何汝賢,沈延偉.數(shù)字式智能分層注水無線數(shù)據(jù)傳輸仿真計(jì)算與分析[J].石油化工應(yīng)用,2016,35(1):80-83.

[5]喬穎慧.微細(xì)顆粒物(PM2.5)形成機(jī)理及對(duì)人類健康危害探討[J].中國科技博覽,2016(1):319-319.

[6]趙智輝.基于三層過濾模式的多因子選股模型研究[J].華南理工大學(xué),2015.

徐歡（1995—），浙江杭州人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于麗水學(xué)院。

葉佳虹（1996—），浙江桐鄉(xiāng)人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于麗水學(xué)院。

林姹姹（1996—），浙江樂清人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于麗水學(xué)院。

尉建彬（1996—），浙江杭州人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于麗水學(xué)院。

王野【通訊作者】（1980—），吉林吉林人，工學(xué)博士，現(xiàn)就職于麗水學(xué)院。