基于物联网的智能新风系统的研究

刘乾 信向誉 孙德欣 孙昭意

摘 要：随着空气质量的恶化、雾霾的肆意横行、人们对空气质量的担忧，一种小型的智能新风系统应运而生。简要分析了传统新风系统的缺点和不足，并在传统新风系统的基础上进行改造和升级。巧妙运用了传感器装置和WIFI智能控制装置，通过液晶屏将检测到的室内温湿度、PM2.5含量、VOC（有机物）含量直观显示出来，一旦室内有毒气体含量超标便会自动发出警报，同时开启风机进行换风处理。为了完成智能的检测与控制，我们提出了基于Android手机用户端的智能新风系统的设计与研究。本设计以智能小巧，价格低廉为亮点，方便家庭室内的安装与使用。

关键词：新风系统;互联网;WiFi技术;智能控制;报警装置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.126

1 引言

如今，雾霾天气在冬季和春季频繁出现，使得人们開始对空气质量问题越来越担忧。除此，室内新装修的房屋会产生多种致癌物如甲醛等气体也使得人们对装修后室内的空气提出了更高的要求。所以，改善室内空气质量已经成为目前急需解决的问题。家庭中普遍采用的空气净化器依然存在着许多问题，如：采用内循环的方式无法提供室外的新鲜空气、占地空间大、安装需要破坏墙体、价格昂贵。为解决上述问题，我们在传统新风系统技术的基础上进行改进设计出了一款小型家用智能新风系统，低成本且安装便捷。

通过对传统新风系统的分析与研究，我们看到了还存在许多不尽如人意的方面。近几年物联网技术发展迅猛，智能家居逐渐火热起来，我们想到了新风系统的智能控制和互联网进行接入，从而实现用户在手机上实时进行调控室内的状况。同时，随着人们需求越来越多元化，我们加入了温湿度检测、PM2.5的检测、VOC的检测等常见的环境传感装置。本项目就在考虑到人们的各种需求，把新风系统接入互联网当中，利用现在越来越普及的智能手机进行远程控制，实时监测自己家中的各种数据。在兼顾产品的功能的时候，考虑到了成本的问题。因此本设计无论是在材料的选购还是安装上面都考虑了经济性和大众性。产品功耗低、省电，并且采用附着的方式，安装方便、占地空间小，适合在新旧住宅区的安装。可以预测在不久的未来传统新风系统将会逐步淘汰，进而被智能新风系统所取代。

2 智能新风系统的整体设计方案

新风系统的设计是基于控制器集成板。控制器集成板的结构如图1所示，包括电源模块、显示屏、报警模块、灰尘检测模块、温湿度采集模块、气体传感模块、WiFi模块等几大部分。新风系统可以分为三个阶段：监测过程、控制过程和执行过程。通过传感器的实时监测来实现净化过程，中心控制单元来控制电力驱动装置，达到换风的目的。室外新鲜空气与室内空气混合进入新风机，经初效过滤网阻挡毛发、灰尘、PM10等大颗粒悬浮物，再经过高效过滤网过滤细小颗粒物，尽可能降低出风口PM2.5的百分含量。同时各个模块采集信息并在液晶屏上显示数据，从而实现实时控制调节的功能。CPU得到传感器模块检测的信息，然后将信息通过无线网送入服务端口，客户通过手机远程访问服务器，实时查询当前室内PM2.5含量，VOC含量以及有毒气体的含量，从而客户根据当前的室内环境状况来实时调节。

3 系统的硬件设计

3.1 电源模块

为了满足同时为风机，单片机以及wifi模块供电，采用低功耗并且具有过载短路保护功能的220V转5V和220V转3.3V的AC-DC降压电源模块HLK-5M系列，保证各个模块正常可靠的工作。

3.2 单片机核心控制模块

本设计采用STC89C52RC单片机，含有8k字节Flash，512字节RAM，内置4KB EEPROM，看门狗定时器，MAX810复位电路，全双工串行口，并且含有32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构。另外，STC89C52RC单片机还可降至0Hz静态逻辑操作。在空闲模式下，CPU停止工作，仍然允许RAM、中断、定时器/计数器、串口继续工作。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。此模块在本设计中起着重要作用，需要对所有的数据进行处理，并且向执行模块发送指令。

3.3 传感器模块

传感器模块的设计是基于STC89C52单片机的控制系统，通过选择不同模块的传感器来检测PM2.5的含量、温湿度和VOC的含量，实现功能的多样化，满足用户的需求。

温湿度检测模块采用DHT11传感器，来可以检测周围环境的温度和湿度，温度测量范围为0度-50度，可以以数字形式输出数据。

PM2.5检测模块是基于光学原理的粉尘传感器，其在检测非常细的颗粒的时候是较为有效的，价格较低，并且常用在空气净化系统中。在此装置中，含有红外发光二极管和光电晶体管各一个，装置定向发射LED光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线进而判断灰尘的含量。

VOC传感器模块采用MQ135气体传感器。该传感器不仅对氨气、苯系蒸汽的灵敏度较高，而且对烟雾和其它有害气体的检测也很理想，此传感器成本较低，适合于多种应用。

3.4 风机以及安装模块

通常新风系统的安装是在房屋装修的时候进行的，这样不仅可以较好的完成新风系统的安装而且不会影响到室内的装修设计。但是通常人们在装修的时候往往没有考虑新风系统的安装。为了解决这样的问题，文章设计了采用附着的安装方式。同时为了节省宝贵的室内空间，文章设计了具有集成度高、无需铺设管道适用于装修后的房子、体积比传统的新风系统更小的智能新风系统。新型新风系统采用附着安装，对于房子的户型以及室内状况没有太多的要求，仅仅需要在其背后打上两个孔就可以了。

4 系统的智能化设计

目前的智能化家居不断发展，传统的新风系统已经逐渐退出竞争的舞台。因此，为了迎合国人的这种需求，我们设计了一种智能化的新风系统。新风系统以模糊控制实现智能控制调节，通过WIFI模块接入路由器，进而接入网络。同时文章采用eclipse中的GUI交互式界面为软件平台，通过Java语言对APP显示界面以及WiFi模块与单片机主控电路的连接达到显示数据的目的。用户通过手机远程访问服务器，实时查询当前室内PM2.5含量，VOC含量以及有毒气体的含量，从而可以通过当前环境状况来实时调节新风系统的开关和风量大小的智能调节，真正做到了WIFI模块与手机APP的智能连接。

5 结语

智能新风系统克服了传统新风系统的缺陷，实现了通过WIFI模块进行智能调节的功能，并且具有不用铺设管道，占地面积小的优点，这是传统新风系统无法做到的，并且智能新风系统的安装便捷，花费较少，智能化程度高，在大多数场合都能应用得到。根据目前国内的环境状况，本文以室内新风系统为研究对象，提出智能控制加物联网的新风设计系统方案。这样既实现了人们对新风系统的智能调节，又方便用户通过手机进行远程监控和调节室内环境。智能新风系统可以随着计算机软硬件技术的升级而进行换代。并且适用于各种场所，很大程度符合了实际应用的要求，具有一定的实际应用价值。

参考文献：

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[2]任玉成.华北电力大学[D].北京：华北电力大学，2016：11-14.

[3]张明，刘岑俐.基于PIC单片机和DS18B20的温度测量系统设计[J].电子测试，2010（04）：54-57.

作者简介：刘乾（1998-），男，河北衡水人，本科在读，研究方向：电气工程及其自动化研究。