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    智能家居空氣檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)

    2019-09-10 07:55:18于明玖吳朝輝姬瑞樺
    大眾科學(xué)·下旬 2019年9期
    關(guān)鍵詞:智能家居

    于明玖 吳朝輝 姬瑞樺

    摘 要:隨著人們生活質(zhì)量的提高,對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注度也隨之變高,又加之政府方面對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的要求,社會(huì)上智能家居良好發(fā)展趨勢(shì),我們打算打造一套智能家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng),來(lái)更好地營(yíng)造智能健康家居環(huán)境。

    關(guān)鍵詞:智能家居;空氣檢測(cè);調(diào)節(jié)系統(tǒng)

    1.將家居環(huán)境中經(jīng)常使用的家庭空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀和凈化器集中整合升級(jí)為新的產(chǎn)品,使之能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)節(jié)的功能,保證家居空氣質(zhì)量的健康,為我們的健康家居提供更加便利的條件。

    2.使用云服務(wù)平臺(tái),通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和凈化實(shí)時(shí)進(jìn)程的數(shù)據(jù)上傳,全面動(dòng)態(tài)地反映多個(gè)家庭的空氣質(zhì)量情況。

    3.順應(yīng)未來(lái)智能家居普遍化的趨勢(shì),完善智能家居系統(tǒng)。雖然目前智能家居系統(tǒng)有了一定的發(fā)展并且市場(chǎng)上也開(kāi)始出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品但從總體的發(fā)展來(lái)看不容樂(lè)觀,特別是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威產(chǎn)品的缺乏,嚴(yán)重影響了家居智能化的發(fā)展。

    隨著科技的快速發(fā)展,人們的物質(zhì)生活水平不斷提高,對(duì)家居環(huán)境的要求也越來(lái)越高,作為家居智能化的核心部分智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要,家居智能化控制的開(kāi)發(fā)和建設(shè)是未來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì),智能家居系統(tǒng)可以智能地為住戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)好空氣的濕度、溫度、空氣污染物(如有害氣體、PM2.5等)并提供智能調(diào)節(jié)方案,進(jìn)行調(diào)節(jié),為用戶營(yíng)造一個(gè)綠色健康的家居環(huán)境。

    (一)研究?jī)?nèi)容

    智能家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng),是集傳感技術(shù),短距離無(wú)線通信技術(shù)(包括zigbee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等),語(yǔ)音合成技術(shù)(TTS技術(shù)),微處理器控制技術(shù),空氣質(zhì)量智能分析與調(diào)節(jié)技術(shù)為一體的24小時(shí)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它主要對(duì)室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),分析和報(bào)警提示,并智能開(kāi)啟空氣調(diào)節(jié)器,給家人一個(gè)健康的空氣環(huán)境。

    國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

    國(guó)外的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)行業(yè)起步較早,一些歐美國(guó)家在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始了,像美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)家更是推出了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)方案,并通過(guò)實(shí)踐的研究設(shè)計(jì)來(lái)解決空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的生活功能問(wèn)題。

    美國(guó)和德國(guó)的兩款檢測(cè)系統(tǒng),雖然有諸多優(yōu)點(diǎn),但都不具備良好的人機(jī)交互界面,無(wú)法實(shí)時(shí)查看氣體的濃度。英國(guó)GMI的PS200四合一氣體檢測(cè)儀和日本理研的GX-8000四合一檢測(cè)儀[1],雖能同時(shí)檢測(cè)4種氣體,但氣體的數(shù)量還可以擴(kuò)展的更多,而且加入無(wú)線傳輸技術(shù),比如ZigBee技術(shù)或WIFI技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線檢測(cè)。

    國(guó)內(nèi)的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),大多具有價(jià)格昂貴、檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)、信號(hào)傳輸不穩(wěn)定、檢測(cè)精度不高、響應(yīng)不迅速、操作方法復(fù)雜等缺點(diǎn)[2]。

    通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析,本文設(shè)計(jì)了一款智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以檢測(cè)多種室內(nèi)有害氣體,具有簡(jiǎn)單易操作,信號(hào)傳輸穩(wěn)定,檢測(cè)精度高,響應(yīng)迅速等特點(diǎn)[3]。設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面,可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體的狀態(tài),遠(yuǎn)程查看室內(nèi)空氣質(zhì)量的參數(shù)。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng),一旦有氣體超標(biāo),監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)立馬報(bào)警,提醒用戶有氣體超標(biāo),并通過(guò)ZigBee組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加濕器、空氣凈化器等設(shè)備的控制,來(lái)改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

    目前,室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)包括以下四個(gè)方面:第一,將計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等應(yīng)用在室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,讓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)變得更加多功能化、智能化。在測(cè)量過(guò)程中,整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程將不需要人為的手動(dòng)選擇量程,開(kāi)啟和關(guān)閉監(jiān)測(cè)系統(tǒng),由微處理器完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等。第二,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在測(cè)量精度、穩(wěn)定性以及響應(yīng)速度方面都有很大改善,同時(shí)還增加了數(shù)據(jù)處理功能。如果用到微處理器還可以結(jié)合軟件的功能,軟件可以完成硬件完不成的功能,還能夠增加很多附加功能,使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能更加完善,使用起來(lái)更加方便。第三,檢測(cè)儀將朝著小型化和智能化方向發(fā)展,結(jié)合當(dāng)下比較流行的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。第四,人機(jī)交互界面將會(huì)更加友好,用戶可以實(shí)時(shí)查看室內(nèi)的空氣質(zhì)量,并且一旦有氣體超標(biāo),監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)立馬報(bào)警,提醒用戶做出相應(yīng)的應(yīng)急措施,來(lái)改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

    (二)創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色

    隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高以及對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注,尤其是在家居環(huán)境中,家庭空氣質(zhì)量檢測(cè)儀,凈化器成為家庭必需品。但是現(xiàn)階段的產(chǎn)品大多只是對(duì)空氣質(zhì)量的某一方面進(jìn)行調(diào)節(jié),比如:加濕器、空調(diào)、空氣凈化器等,并且少有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)相結(jié)合的功能。本項(xiàng)目將二者合二為一,能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并適時(shí)調(diào)節(jié),并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn),能夠上傳數(shù)據(jù)。

    此外市面上大多數(shù)智能家居的造型和界面交互并不能帶給人們舒適連貫的交互體驗(yàn),導(dǎo)致人們?cè)趧傞_(kāi)始的新鮮感過(guò)去之后就不再使用其智能功能,只能發(fā)揮該產(chǎn)品的普通功能,造成了產(chǎn)品的浪費(fèi)。所以我們打算在產(chǎn)品的造型和手機(jī)app的交互設(shè)計(jì)上進(jìn)行創(chuàng)新,帶給人們便捷舒適的交互體驗(yàn),使人們能夠頻繁地使用其智能功能,發(fā)揮產(chǎn)品的全部?jī)r(jià)值。

    同時(shí)根據(jù)用戶使用情況,結(jié)合數(shù)據(jù)分析對(duì)用戶進(jìn)行個(gè)性化空氣環(huán)境的制定。

    政府層面也需要了解相關(guān)數(shù)據(jù),從而制定相關(guān)政策,現(xiàn)在的手段是每個(gè)城市抽取幾個(gè)學(xué)校,抽取一個(gè)班的幾個(gè)學(xué)生填表,到時(shí)相關(guān)工作人員上門(mén)當(dāng)場(chǎng)測(cè)試,這種方法,數(shù)據(jù)量太小,不全面,不能體現(xiàn)整個(gè)城市家庭的整個(gè)空氣質(zhì)量,而且僅能獲取當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù),不能動(dòng)態(tài)反應(yīng)。本項(xiàng)目提出的方案基于云服務(wù)平臺(tái),具有大數(shù)據(jù)特點(diǎn),能夠全面動(dòng)態(tài)反映多個(gè)家庭的環(huán)境狀況。普適性高。

    (三)技術(shù)路線、擬解決的問(wèn)題及預(yù)期成果

    1技術(shù)路線

    分析市場(chǎng)上現(xiàn)有的空氣質(zhì)量方面的產(chǎn)品,利用我們?cè)诒O(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)大數(shù)據(jù)采集方面的創(chuàng)新,對(duì)其進(jìn)行整合、優(yōu)化和改造,同時(shí)進(jìn)行外觀和人機(jī)交互的設(shè)計(jì),優(yōu)化產(chǎn)品用戶體驗(yàn)及對(duì)現(xiàn)有智能家居市場(chǎng)進(jìn)行融合,并用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模分析,找到最佳可行的方案,最后制造出實(shí)物,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的落地。

    使用Axure、PS、AI等進(jìn)行UI交互設(shè)計(jì),接著使用微信小程序平臺(tái)編程 實(shí)現(xiàn)在手機(jī)上的操作并能夠收集分析監(jiān)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。

    2擬解決問(wèn)題:

    1.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需要同步調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)空氣進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),解決市面上空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在效率和智能化上的缺陷,設(shè)計(jì)最優(yōu)解決方案。

    2.對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到有用的信息。

    3.對(duì)現(xiàn)有的空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與家用電器功能性單一的問(wèn)題提出一個(gè)新的解決方案。

    4.將智能空氣系統(tǒng)與智能家居結(jié)合,一方面對(duì)我們的產(chǎn)品功能性進(jìn)行創(chuàng)新,另一方面對(duì)已來(lái)的智能家居系統(tǒng)的對(duì)人生活方式上涵蓋了新的內(nèi)容。

    5.整合空氣監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和大數(shù)據(jù)的新產(chǎn)品的研發(fā)。

    6.產(chǎn)品與智能家居系統(tǒng)進(jìn)行融合。

    7.采用微信小程序的開(kāi)發(fā),解決傳統(tǒng)智能家居模式下不同品牌不同app之間數(shù)據(jù)不互通導(dǎo)致用戶不得不同時(shí)安裝多個(gè)智能家居控制app的問(wèn)題。

    8.在產(chǎn)品及手機(jī)界面的交互問(wèn)題上,對(duì)系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度進(jìn)行優(yōu)化,以達(dá)到適宜不同用戶使用的通用化設(shè)計(jì),解決不同年齡階段,不同身體狀況的用戶擁有得到保障的操作體驗(yàn)。

    參考文獻(xiàn):

    [1]劉迪. 智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].安徽理工大學(xué),2019.

    [2]徐爽,易東.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2016(11):43-46.

    [3]《2016-2020年中國(guó)空氣凈化器市場(chǎng)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》.中投顧問(wèn)研究產(chǎn)業(yè)中心.2016.

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