一種智能霧霾檢測清除裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能霧霾檢測清除裝置，包括：開關電源、激光粉塵傳感器、溫濕度傳感器、主控制器、藍牙模塊、電子調速器、涵道風機、HEPA過濾網、LED燈、按鍵和手機APP；主控制器根據傳感器檢測的顆粒物濃度，控制電子調速器驅動涵道風機，涵道風機將空氣內吸入HEPA過濾網進行過濾，實現霧霾的清除；所述APP客戶端安裝于智能手機上，通過藍牙與霧霾檢測清除裝置通訊；APP客戶端則是基于java平臺的eclipse軟件開發，可方便地控制霧霾檢測、清除并實時顯示室內空氣質量。本發明為室內家居提供集霧霾、溫濕度檢測、PM2.5清除、開窗提醒和APP客戶端為一體的綠色智能家居裝置，能為PM2.5環境研究者提供更為真實可靠的室內環境信息，更便于智能家居的推廣。
【專利說明】
一種智能霧霾檢測清除裝置
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種智能霧霾檢測清除系統，以及一種實時監控的手機APP客戶端，應用于智能家居中，屬于儀器儀表領域。
【背景技術】
[0002]PM2.5指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶有毒、有害物質，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影響更大。
[0003]PM2.5是繼甲醛、苯、TV0C、氨、氡室內空氣污染“五大殺手”之后，被業內專家稱為室內環境的“第六大殺手” O清華大學發布的國內首個室內PM2.5污染大數據調研報告顯示，相對于室外PM2.5污染，室內PM2.5污染對人的影響更顯著，人均室內PM2.5攝入量為室外的4倍，調研還發現，辦公室的空氣質量優于家中；客觀條件不變的情況下，人的主動行為對室內空氣質量影響最為顯著；現代人70 %?90 %時間處于室內，室內空氣質量直接影響著人體健康，所以應重視室內環境狀況。
[0004]PM2.5濃度達75微克/立方米為國標上限，66至150微克/立方米，空氣質量即為“不健康”；151至250微克/立方米為“非常不健康”；超過251微克/立方米為“危險”，而室外空氣普遍大于100微克/立方米，所以開窗通風也成為一個問題。
[0005]智能家居現在的發展處于窘迫時期，唯一的瓶頸就是成本問題。雖然技術在不斷進步，需求也很巨大，但因為設備價格昂貴，不適合大眾消費，市場無法推廣，不能迅速發展起來，所以價格低廉的智能設計是打開平民市場的關鍵。
[0006]“大數據”是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產;大數據技術的戰略意義不在于掌握龐大的數據信息，而在于對這些含有意義的數據進行專業化處理。隨著云時代的來臨，大數據也吸引了越來越多的關注。國外有些地方已經開始利用大數據，比如，將醫療與大數據結合，創新醫療模式。
[0007]PM2.5的調查還處于初級階段，PM2.5與溫度、海拔、風力等因素的關系仍不明確，尤其是室內的PM2.5調查，仍然比較少，這種數據調查需要時間長、樣本多、樣本種類齊全等來保證數據的可靠性和真實性，因此調查成本高、周期長、不便執行。
[0008]近年來，隨著移動終端設備的普及，人們逐漸習慣了使用APP客戶端獲取信息的方式，因此，一個具備手機APP客戶端的智能霧霾檢測清除裝置方便了人們的生活，也很大程度上降低了成本。
[0009]申請公布號為CN105299833 A的家用空氣質量監控系統，根據室內二氧化碳的濃度來判斷是否需要換氣，同時根據外部空氣的PM2.5濃度來判斷是通過開窗來通氣還是通過過濾模塊來通氣，保證了室內空氣新鮮且不受外部霧霾影響。但是，其系統復雜，沒有考慮實用性，需要室內外均安置傳感器，且不同方位室外環境狀況差異很大，因此需要多個傳感器，所需硬件成本極大，不適和智能家居，因此，設計一款低成本方便高效的智能霧霾檢測清除系統顯得尤為必要，而且APP客戶端也能適應廣大消費者，使系統更具實用性。
[0010]申請公布號為CN105241015 A的智能空氣凈化器，基于樹莓派控制器，對室內環境狀況進行采集并通過通信網絡上傳到網絡服務器，手機客戶端也可查看空氣質量，便于用戶查看。但其因為僅僅依靠凈化室內空氣，始終保持室內空氣封閉，缺少通風，未能實現換氣，必然會影響空氣質量。此外，其只考慮到用戶查看數據，并未真正的意識到數據重要性并利用好數據。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在于解決【背景技術】中的問題，提供一種智能霧霾檢測清除系統及其手機APP客戶端設計方法，為智能家居提供集霧霾、溫濕度檢測、PM2.5清除、開窗提醒和APP客戶端為一體的綠色智能家居裝置，能為PM2.5環境研究者提供更為真實可靠的室內環境信息，更便于智能家居的推廣。
[0012]為了解決以上技術問題，本發明采用的具體技術方案如下:
[0013]一種智能霧霾檢測清除裝置，包括檢測裝置、清除裝置以及控制裝置;所述檢測裝置包括激光粉塵傳感器，用于檢測顆粒物濃度;所述清除裝置為HEPA過濾網，用于凈化空氣;所述控制裝置包括主控制器、電子調速器、涵道風機；
[0014]所述激光粉塵傳感器、所述電子調速器均與所述主控制器相連，所述主控制器控制所述電子調速器的工作狀態;所述涵道風機與所述電子調速器相連，所述電子調速器驅動所述涵道風機;所述HEPA過濾網與所述涵道風機相連，所述涵道風機控制所述HEPA過濾網內的氣流速度；
[0015]開關電源為上述各裝置供電。
[0016]進一步地，所述主控制器采用Arduino UNO主控制器，所述粉塵傳感器采用串口協議傳輸數據，連接Arduino UNO主控制器的PDO引腳和PDl引腳；所述電子調速器接收Arduino UNO主控制器的PffM指令來驅動涵道風機，連接Arduino UNO主控制器的Η)5引腳。
[0017]進一步地，所述檢測裝置還包括溫濕度傳感器，所述溫濕度傳感器用于輔助檢測室內的溫濕度;所述溫濕度傳感器采用DHTlI，連接Arduino UNO主控制器的TO2引腳。
[0018]進一步地，所述主控制器對所述電子調速器采用PID控制方式。
[0019]進一步地，所述PID控制具體為:主控制器根據檢測的ΡΜ2.5的值，得到誤差e =PM2.5當前-PM2.5給定值，如果40〈PM2.5〈75，賦給P = 5 ；如果75〈PM2.5〈120，賦給P= 10;如果120〈PM2.5<200，賦給P = 20 ;PID的輸出y = P*e，作為涵道風機的PffM控制信號，控制涵道風機轉速;所述PM2.5給定值設為40;
[0020]同時加上限幅保護，即在PM2.5〈40時，PID輸出y = 0，涵道風機不運行；在?112.5>200時，PID輸出y = 900，涵道風機全速運行。
[0021]進一步地，所述HEPA過濾網為圓筒型，圓筒上下分別固定安裝上擋板和下擋板，圓筒側面用于釋放過濾后的氣體;所述上擋板為圓環形，用于和涵道風機出風口對接連通;所述檢測裝置和所述控制裝置均固定在所述下擋板上;所述下擋板上設有三個支架。
[0022]進一步地，還包括LED燈，在室外PM2.5濃度小于室內PM2.5濃度時點亮所述LED燈；
[0023]還包括藍牙模塊，所述藍牙模塊用于和外圍設備通訊;所述藍牙通信模塊采用HC-05 主從一體藍牙串口模塊，連接 Arduino UNO主控制器的軟件串口即TO3引腳和TO4引腳；
[0024]進一步地，所述外圍設備為智能手機，所述智能手機上裝有APP客戶端；
[0025]所述APP客戶端一方面通過互聯網獲取服務器數據，包括當地實時霧霾、溫濕度、雨量、風力、海拔信息，進行第一次決策是否開窗;若開窗則持續對比室內PM2.5值，進行第二次決策，若室內PM2.5值增大，則建議關閉窗戶，否則繼續開窗通風，并通過LED燈和APP客戶端顯示開窗狀態;所述APP客戶端另一方面將室內實時檢測的數據定時通過移動互聯網發送至服務器，以供環境研究者使用。
[0026]進一步地，所述APP客戶端的功能還包括:室外環境狀況顯示、室內環境狀況顯示、啟停裝置、開窗提醒。
[0027]進一步地，還包括按鍵，用戶通過按鍵能夠直接啟/停霧霾檢測清除裝置。
[0028]本發明的有益效果是:
[0029]1、當室外天氣處于不同環境時，系統及APP顯示不同的開窗提醒狀態，如室外霧霾良好，且處于小雨天氣，則建議開窗，進行室內外通風換氣；當環境發生變化，檢測裝置檢測到室內PM2.5增加，則建議關窗，同時啟動清除裝置可以進行空氣凈化。
[0030]2、本發明的清除裝置采用被動式凈化原理，使用風機抽取空氣通過濾紙過濾;檢測裝置通過算法實現僅需少量傳感器即可滿足家庭需要，簡易便宜，便于推廣，適用于智能家居。
[0031]3、本發明提供的APP客戶端設計方法，能夠把用戶的室內重要環境信息上傳到服務器，能夠為環境研究人員等工作者提供大量真實可靠的數據，以便更有針對性、有效性地預測、分析和解決環境難題。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明系統的結構示意圖；
[0033]圖2是本發明系統的硬件框架結構設計示意圖；
[0034]圖3是本發明系統的系統運行流程示意圖。
[0035]圖中:101:涵道風機；102:上擋板；103:HEPA過濾網；104:Arduino UNO主控制器；105:開關電源；106:激光粉塵傳感器；107:藍牙模塊；108:下擋板；109:溫濕度傳感器；110:支架。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0037]本發明的智能霧霾檢測清除裝置結構如圖1和圖2所示，主要包括激光粉塵傳感器106、溫濕度傳感器109、Arduino UNO主控制器104、電子調速器、涵道風機101、HEPA過濾網103、HC-05藍牙模塊107、按鍵模塊、LED顯示以及開關電源等功能模塊。LED顯示模塊和按鍵模塊在Arduino UNO最小系統板上;激光粉塵傳感器采用串口協議傳輸數據，連接ArduinoUNO主控制器的串口 RX即PDO引腳和TX即PDl引腳;溫濕度傳感DHTl I，連接Arduino UNO主控制器的TO2引腳;藍牙通信模塊采用HC-05主從一體藍牙串口模塊，連接Arduino UNO主控制器的軟件串口即PD3引腳和TO4引腳；電子調速器接收Arduino UNO主控制器的WM指令來驅動涵道風機，連接Arduino UNO主控制器的TO5引腳;開關電源則連接各個用電模塊供電。
[0038]所述HEPA過濾網為圓筒型，圓筒上下分別固定安裝上擋板102和下擋板108，圓筒側面用于釋放過濾后的氣體;所述上擋板102為圓環形，用于和涵道風機出風口對接連通；所述檢測裝置和所述控制裝置均固定在所述下擋板108上；所述下擋板上設有三個支架IlOo
[0039]工作原理:啟動裝置后，激光粉塵傳感器于獲得單位體積內空氣中微米懸浮顆粒物個數，即顆粒物濃度，檢測當前室內PMl、PM2.5、PMlO值，溫濕度傳感器檢測當前室內的溫度、濕度值;Arduino UNO主控制器采用PID控制方式控制電子調速器，電子調速器驅動三相的涵道風機，采用內吸式的方式，將室內空氣吸入HEPA過濾網，空氣進入HEPA過濾網后內部氣壓增大，空氣只能通過HEPA過濾網向外流動，從而實現對室內空氣的霧霾清除過濾功能。
[0040]PID的具體控制為:根據檢測到PM2.5值，得到誤差e = PM2.5當前值-PM2.5給定值，并作出如下判斷:如果40〈PM2.5〈75，則賦給P = 5 ；如果75〈PM2.5〈120，則賦給P= 10 ；如果120〈PM2.5<200，則賦給P = 20 ;PID輸出y = P*e，作為涵道風機的PffM控制信號，控制風機轉速。同時加上限幅保護控制，即當PM2.5〈40時賦給輸出y = 0，不運行；當PM2.5>200時賦給y=900，全速運行;本發明實施例中PM2.5給定值設為40。
[0041]所述霧霾檢測清除裝置通過藍牙模塊與智能手機通訊，所述智能手機上安裝APP客戶端，APP客戶端由基于java平臺的eclipse軟件開發，通過移動互聯網與服務器通信，通過手機藍牙與安裝在霧霾檢測清除裝置上的HC-05藍牙模塊直接通信。接通開關電源，檢測裝置開始運行，APP客戶端通過互聯網獲取服務器數據，包括當地實時霧霾、溫濕度、雨量、風力、海拔等信息，進行第一次決策，是否開窗;若開窗則持續對比室內PM2.5值，進行第二次決策，若室內PM2.5值增大，則建議關閉窗戶，否則繼續開窗通風，并通過本體上的LED和APP客戶端顯示開窗狀態；用戶可直接按下清除裝置的開關，也可從APP客戶端直接啟動;手機APP與服務器通信獲取網絡服務器數據，與本體藍牙通信獲取室內實時檢測的數據，并定時將這些數據通過移動互聯網發送至服務器，以供環境研究者使用;所述手機APP客戶端的功能包括:室外環境狀況顯示、室內環境狀況顯示、啟停清除系統、開窗提醒。
[0042]系統工作方式如圖3，連接電源，系統初始化完成后判斷是否有手動按鍵按下，決定是否手動啟動清除裝置;Arduino UNO主控制器內部的定時器中斷每I秒進入一次中斷，進入中斷后，接收APP上位機的數據，進行開窗的決策，LED常亮表示建議開窗，然后將決策結果和室內數據發送至APP上位機，并通過APP顯示;若開窗后室內檢測PM2.5升高，則LED燈滅，APP也顯示建議關窗，并立即自動啟動霧霾檢測清除裝置；同時上位機APP也可遠程手動控制霧霾檢測清除裝置。APP接收數據后，每隔一段時間自動上傳至網絡服務器，保存并長期記錄數據，以供環境研究者調查研究使用。
[0043]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，包括檢測裝置、清除裝置以及控制裝置；所述檢測裝置包括激光粉塵傳感器(106 )，用于檢測顆粒物濃度;所述清除裝置為HEPA過濾網(103)，用于清除霧霾、凈化空氣；所述控制裝置包括主控制器、電子調速器、涵道風機(101)； 所述激光粉塵傳感器(106)、所述電子調速器均與所述主控制器相連，所述主控制器控制所述電子調速器的工作狀態;所述涵道風機(101)與所述電子調速器相連，所述電子調速器驅動所述涵道風機(101);所述HEPA過濾網(103)與所述涵道風機相連，所述涵道風機控制所述HEPA過濾網內的氣流速度； 開關電源(105)為上述各部分供電。2.根據權利要求1所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，所述主控制器采用Arduino UNO主控制器(104)，所述激光粉塵傳感器(106)采用串口協議傳輸數據，連接Arduino UNO主控制器(104)的PDO引腳和PDl引腳;所述電子調速器接收Arduino UNO主控制器(104)的PffM指令來驅動涵道風機，連接Arduino UNO主控制器的TO5引腳。3.根據權利要求2所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，所述檢測裝置還包括溫濕度傳感器(109)，所述溫濕度傳感器(109)用于輔助檢測室內的溫濕度;所述溫濕度傳感器采用DHTlI，連接Arduino UNO主控制器的PD2引腳。4.根據權利要求2所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，所述主控制器對所述電子調速器采用PID控制方式。5.根據權利要求4所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，所述PID控制具體為:主控制器根據檢測的PM2.5的值，得到誤差e = PM2.5當前-PM2.5給定值，如果40〈PM2.5〈75，賦給？ = 5;如果75〈?]?2.5〈120，賦給？=10;如果120〈?]\12.5〈200，賦給？ = 20;?10的輸出7= P*e，作為涵道風機的PffM控制信號，控制涵道風機轉速;所述PM2.5給定值設為40 ； 同時加上限幅保護，即在PM2.5〈40時，PID輸出y = 0，涵道風機不運行；在PM2.5>200時，PID輸出y = 900，涵道風機全速運行。6.根據權利要求1所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，所述HEPA過濾網(103)為圓筒型，圓筒上下分別固定安裝上擋板(102)和下擋板(108)，圓筒側面用于釋放過濾后的氣體;所述上擋板為圓環形，用于和涵道風機出風口對接連通;所述檢測裝置和所述控制裝置均固定在所述下擋板(108)上;所述下擋板上設有三個支架(110)。7.根據權利要求1所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，還包括LED燈，在室外PM2.5濃度小于室內PM2.5濃度時點亮所述LED燈； 還包括藍牙模塊(107)，所述藍牙模塊用于和外圍設備通訊；所述藍牙通信模塊采用HC-05主從一體藍牙串口模塊，連接Arduino UNO主控制器(104)的軟件串口即PD3引腳和Η)4引腳。8.根據權利要求7所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，所述外圍設備為智能手機，所述智能手機上裝有APP客戶端； 所述APP客戶端一方面通過互聯網獲取服務器數據，包括當地實時霧霾、溫濕度、雨量、風力、海拔信息，進行第一次決策是否開窗;若開窗則持續對比室內PM2.5值，進行第二次決策，若室內PM2.5值增大，則建議關閉窗戶，否則繼續開窗通風，并通過LED燈和APP客戶端顯示開窗狀態;所述APP客戶端另一方面將室內實時檢測的數據定時通過移動互聯網發送至服務器，以供環境研究者使用。9.根據權利要求8所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，所述APP客戶端的功能還包括:室外環境狀況顯示、室內環境狀況顯示、啟停裝置、開窗提醒。10.根據權利要求1所述的一種智能霧霾檢測清除裝置，其特征在于，還包括按鍵，用戶通過按鍵能夠直接開啟霧霾檢測清除裝置。
【文檔編號】F24F13/28GK106051937SQ201610338180
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】潘天紅, 于子淇, 房勝男
【申請人】江蘇大學