基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣凈化系統(tǒng)設(shè)計

陳虹安 周昊 阮太元 蔡雄友

摘 要：空氣污染是現(xiàn)在常見的環(huán)境污染問題之一，對其進行治理刻不容緩。針對室內(nèi)空氣污染問題，本文設(shè)計了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由空氣凈化器和手持終端兩大部分構(gòu)成，空氣凈化器利用單片機控制各個模塊進行空氣凈化或加濕，手持終端通過WiFi對空氣凈化器進行遠程控制，實現(xiàn)加濕、凈化空氣及遠程控制三大功能，有效地去除空氣中的污染物和細菌。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)；WiFi；空氣凈化；加濕

中圖分類號：TU834.82 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）04-0190-03

Abstract：Air pollution is now a common problem of environmental pollution，its governance is a matter of urgency. Aiming at indoor air pollution，this paper designs an air purification system based on internet of things. The system consists of two parts of air purifier and the handheld terminal，the air purifier can use SCM to control each module for air purification or humidification，the handheld terminal can use WiFi to the air purifier for remote control，realize three major functions of humidification，air purification and remote control，which effectively remove air pollutants and bacteria.

Keywords：wireless network；WiFi；air purification；humidification

0 引 言

近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，然而清新的空氣卻日益被污染。隨著國家對環(huán)保投入力度的加大，特別是全國主要城市空氣污染的信息發(fā)布，使各階層人士對環(huán)境越來越重視?，F(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)證實，室內(nèi)空氣的污染程度比室外空氣污染嚴(yán)重65倍。

隨著生產(chǎn)和生活方式的現(xiàn)代化，更多的工作和文娛體育活動都可在室內(nèi)進行，人們的室內(nèi)活動時間占比達到93%以上。老、幼、病、殘等體弱人群，由于機體抵抗力較低，戶外活動機會少，室內(nèi)空氣質(zhì)量的好壞對他們的健康影響較大。

為提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，空氣凈化產(chǎn)品也層出不窮。但市面上的一些凈化器都比較昂貴，標(biāo)價在2000元左右，甚至上萬元。功能性不再是評價設(shè)計的唯一標(biāo)準(zhǔn)，基本的功能需求滿足之后，人們開始追求更高層次的心理需求。為此，本文將介紹一款性價比高的空氣凈化器。

本文設(shè)計的空氣凈化器是典型的利用紫外線及過濾炭網(wǎng)對空氣進行殺菌與消毒的產(chǎn)品。本產(chǎn)品具有空氣凈化與空氣加濕兩大功能，并且與“互聯(lián)網(wǎng)+”的大平臺相結(jié)合，可使用WiFi對凈化器進行遠程控制，實現(xiàn)了產(chǎn)品的智能化，滿足了環(huán)保的要求，是新一代健康電子與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物。

1 系統(tǒng)方案

本文設(shè)計的空氣凈化系統(tǒng)定位是小型家電，目的是為大部分時間在室內(nèi)度過的人群提供空氣清新的環(huán)境。本系統(tǒng)由空氣凈化器、手持終端（手機或PAD）兩大核心部分構(gòu)成。手持終端（即手機或PAD）擁有簡潔明了的操作控制界面，控制界面可通過WiFi對空氣凈化器發(fā)出控制信號，空氣凈化器接收到信號后可進行相應(yīng)的處理。空氣凈化器以STC15系列低功耗高性能單片機為核心，當(dāng)單片機接收到WiFi傳送來的信號或接收到按鍵信號后，可控制凈化器進行加濕、電機抽風(fēng)或紫外燈殺菌等操作。該系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

空氣凈化器主要由STC15F2K1S2單片機、WiFi模塊、加濕模塊、紫外線燈、抽風(fēng)機以及相應(yīng)的電路組成?？梢酝ㄟ^按鍵直接控制或者WiFi遠程控制單片機的方式對紫外線燈、抽風(fēng)機及加濕器進行控制。紫外線燈負責(zé)殺死有害細菌，加濕器負責(zé)為空氣增加濕度，抽風(fēng)機把室內(nèi)的空氣抽進凈化器內(nèi)部，通過空氣凈化裝置后，吸附顆粒物或其他懸浮物，得到干凈的空氣。系統(tǒng)電路如圖2所示。

在圖2中，電源管理電路的主要功能有四個：一是實現(xiàn)電源對紫外線燈的供電功能；二是實現(xiàn)電源對單片機的供電功能；三是實現(xiàn)電源對加濕器的供電功能；四是實現(xiàn)電源對抽風(fēng)機的供電功能。

在本系統(tǒng)中，紫外線燈要求的供電范圍是12～24V，STC15W4K16S4系列單片機要求的供電范圍是5.0～5.5V，WiFi模塊的供電范圍要求是3.0～3.6V，而加濕器要求的供電范圍是5.0～5.5V，抽風(fēng)機的供電范圍要求是12～12.5V。因此，本系統(tǒng)采用12V的穩(wěn)壓電源，再使用電壓轉(zhuǎn)換芯片進行電壓轉(zhuǎn)換，使芯片的輸出電壓為5.0V，供給單片機及加濕器用電，再次轉(zhuǎn)變?yōu)?.3V，為WiFi模塊供電。

3 空氣凈化系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用STC公司的STC15系列超低功耗單片機及相關(guān)的專用開發(fā)軟件。針對硬件進行編程時，要求程序占用內(nèi)存小，運行速度快，系統(tǒng)可靠性強。在空氣凈化與加濕的過程中，首先對單片機串口及各個模塊進行初始化，實現(xiàn)WiFi模塊與手機之間的通訊，然后單片機檢測按鍵狀態(tài)是否改變或手持終端是否通過WiFi發(fā)出控制紫外線燈、抽風(fēng)機或加濕器的控制命令，單片機可根據(jù)相應(yīng)的按鍵狀態(tài)或手持終端發(fā)出的命令做出相應(yīng)的控制動作，完成整個空氣凈化器的控制過程。程序設(shè)計框圖如圖3所示。

手持終端的APP在Android Studio軟件中進行開發(fā)，目前已在華為榮耀3C等多款手機中進行了實際測試，實測結(jié)果較為理想，并且該APP在理論上支持android4.0以上且具備WiFi功能的所有安卓手機或PAD。手持終端打開界面軟件，輸入IP口和端口的相應(yīng)數(shù)據(jù)，連接空氣凈化器的WiFi模塊，即可對空氣凈化器進行控制。

4 實現(xiàn)功能

本設(shè)計由空氣凈化和手持終端（手機或PAD）兩大核心構(gòu)成，采用WiFi數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將手持終端與凈化器核心控制部分連接起來，并通過安卓上位機軟件實時查看系統(tǒng)的工作狀態(tài)，主要實現(xiàn)功能如下：

（1）能過濾室內(nèi)空氣中的大部分顆粒物，為人們提供良好的空氣環(huán)境，確保人們的居住環(huán)境達到國家規(guī)定的室內(nèi)空氣標(biāo)準(zhǔn)；

（2）實現(xiàn)了紫外線殺菌功能。本系統(tǒng)的紫外線殺菌系統(tǒng)能消滅大部分對人體有害的細菌，減少生病機率；

（3）實現(xiàn)了空氣加濕功能。本系統(tǒng)的加濕系統(tǒng)可以為干燥的環(huán)境提供水分，減少悶熱感受情況的出現(xiàn)；

（4）實現(xiàn)了遠程控制功能。通過本系統(tǒng)的遠程控制系統(tǒng)，可以發(fā)送遠程控制命令，方便快捷。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計的空氣凈化系統(tǒng)不僅具有加濕功能，還具有過濾塵埃和滅菌消毒的作用，能有效改善空氣質(zhì)量，保證生活環(huán)境的舒適。本系統(tǒng)與市面上的同類型產(chǎn)品相比，體積更小、價格更低、功能更多、可靠性也更強?？諝鈨艋到y(tǒng)在我國有著廣闊的市場前景，這款智能化、模塊化和多功能的空氣凈化系統(tǒng)將會為人們提供更為清潔健康的空氣環(huán)境，提升人們的生活質(zhì)量。

參考文獻：

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作者簡介：陳虹安（1989-），男，助教，碩士。研究方向：電子產(chǎn)品開發(fā)、信號處理及控制。