基于Zigbee通信的智能通风系统

韦章滨 黄飞鹏 付小豪 刘智慧

摘要：恶劣的空气环境导致人们产生各种各样的疾病，影响我们的生活，使学习和工作效率低下，生产力的下降……智能通风系统的出现使得宿舍家庭的空气能够得到及时的通风优化，使空气清新净化，让我们拥有个健康舒适的生活环境，生活更加美好。

关键词：环境恶劣;自然通风;空气;生活;智能通风

中图分类号：TU834.1  TU998.1     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）15-0226-02

Abstract：Bad air environment leads to people to produce various diseases， affect our life， is low learning and work efficiency， the decline of productivity ... the emergence of intelligent ventilation system makes the air of dormitory families can be timely ventilation optimization， make the air fresh and purified， let us have a healthy and comfortable living environment， life is better.

Key words： Harsh environment; Natural ventilation; Air; Life; Intelligent ventilation

1 引言

在日常生活中，细菌、病毒无时无刻不在入侵我们的身体，尤其是当我们生活在一个长期密闭的环境中，细菌和病毒就更加容易入侵我们的身体，从而导致我们患病，影响我们的工作状态和学习状态。其中的罪魁祸首就是空气无法流动，使人长期生活在污浊的空气中。针对以上情况，本次研究的课题就如何使室内通风更加智能化做出了详细说明。

2 国内外室内通风的研究及发展

2.1 国内室内通风的研究现状

目前，有研究人员就如何改变建筑朝向来增加室内自然通风展开了深入研究。研究结果表明：建筑朝向设计对于室内自然通风有很大影响，因建筑设计的不同，自然通风有多种形式如：被动风井通风、穿堂风、风塔、拔风井等。建筑及气候特点的合理设计，能更多地利用自然通风来改善室内的热舒适环境，从而达到舒适、温馨、健康的室内环境。但利用建筑的朝向来改变室内的通风却并不实用，一个完美的建筑不仅要考慮室内通风，更重要的是要考虑土地性质及建筑修建完成后的采光度。

2. 2 国外防远光灯的研究现状

北欧斯堪的那维亚地区在讲究质量和能源节约的国家里，中央新风系统（VMC）存在至今已有50年历史了。

70年代西班牙90%以上的新建住宅中装用VMC（可控制的通风机械）中央新风系统。在德国，住宅新风系统已经与建筑物融为一体，成为不可缺少的重要组成部分。 德国标准化组织（DIN）早在20世纪中叶就发表了DIN1964第二部分“通风和空调：技术卫生要求”的修订案，在德国住宅通风系统已经于建筑物融为一体，成为不可或缺的重要组成部分。

1989年美国ASHRAE制定了“室内空气品质通风规范”，中央新风系统成为美国人的生活必需品。

1977至1999年，新风系统在英国的销售量已经突破7500万台，97.81%的家庭都已经安装上了新风系统。

中央新风系统与目前的中央空调较为相似，它是通过新风机抽入室外的空气进行离心过滤在排进室内达到净化室内空气的目的。不可否认这是一个十分先进的通风系统，它近乎完美地解决了室内通风差的问题。但是与之相应的是它的使用成本也很高昂。

2.3 室内通风的研究发展趋势

二十一世纪，网络成为人们生活中不可或缺的一部分。无论是上班、上课、外卖点餐、抑或是线上支付对于二十一世纪的新生们来说都算是一些基础技能。 由此诞生了一些新的名词——宅男（宅女），关紧房门窗户、打开空调、打开电脑后如此待上一天。对于他们而言，室内空气不好是次要的，主要是待得舒适就好。然而事实上，长时间凝滞的空气经过人体及微生物的加工早已浑浊不堪，再加上外卖食物的气味就更加难闻。长时间处在这种环境中的人对这种气味已经麻木，并不会觉得有何奇怪。但对于某些细菌而言这却是一个理想的生活环境，它们会以平均22分钟分裂一次的速度进行繁殖，进而入侵你早已虚弱的身体。

由此可见，未来的生活品质必定是人们对生活要求的第一要素，毕竟谁也不想失去“革命”的本钱。健康的生活是人们的必然选择，但如果有健康、环保、节能、智能的通风环境那必然是人们生活的必然选择。

3 研究方向

作为21世纪的新一代大学生，长期待在宿舍的我对宿舍的空气问题是深有体会。宿舍作为学生除上课以外的常驻场所，卫生情况一直是学生及老师关注的重点。老师不想学生因生病耽误了学业，学生不想每天一打开宿舍的大门就有一股奇怪的气味扑面而来。如何解决这令人作呕的气味问题成为我们最主要的研究方向。首先我们想到的就是打开窗户进行通风，但很快我们就将这个方案否决了。细想而知，打开窗户确实是可以进行通风，缓解室内的气味。但开窗通风的不确定因素太大。首先，窗户开启后天降大雨该如何处理？其次，如何就能确定室外空气刚好会比宿舍更好？就算这些都已经解决，你就能确定你在急急忙忙上课前就一定能够记得开窗？很显然，这些东西都无法保证。那我们将窗户进行改造会怎么样呢？但这一点很快也被我们给否决了，传统窗户发展导入今已经尽可能地完善了，贸然改变其构造不仅会影响人们原有的审美，还有可能会引起一些非必要的危险。于是，我们将目光盯在了相对显得不重要的窗户亮子部分。亮子部分日常的作用只是进行室内的采光，作用并不大。而我们只要将其形状进行改造，不改变其物理材料便不会影响它本身的作用。于是我们便对其进行了改造以达到我们追求的通风效果。

4智能通风系统的功能

智能通风系统是将窗户的亮子部分改造为类似于百叶窗形式的直条状玻璃，闭合时正常透光。同时它也可以处于半闭合状态，半闭合状态时叶片的角度是可以调节的，通过调节角度使击打在叶片上的雨水流至窗外。而这些操作都是由手机来操控。

我们将控制电机通过Zigbee技术进行同一宿舍楼之间的组网，组网完成后通过转换器接入学校的局域网内。这样校内的IP主机便可以对所有宿舍进行一体化控制，及时是校内没有学生也能在晴空万里时打开成千上万个宿舍的窗户进行透气。不仅如此，我们将通过专网将此局域网并入到公用网络中，再将其进行逐一的授权，从而达到学生也可以用手机对自己宿舍的通风系统进行控制。即使是人不在宿舍也可以正常通风，下雨天也不用担心开窗会有雨淋入宿舍。

同时，宿舍内的控制器上装有传感器，传感器会对室内空气进行检测，当室内空气质量达到所设定的危险值时，即使没人操作它也会自动打开它所绑定的系统窗户。并且传感器会记录室内一周的空气质量，再将其进行合理分析最终发送至宿舍管理人员。由宿管人员对卫生质量较差宿舍进行监督改造。

智能通风系统通过网络实现对窗户的智能控制，进而达到家居智能化。使人们的生活更加快捷，更加健康。这是人们生活的共同追求。

5技术支持及其可行性

我们将窗户的亮子部分进行拆解，将原有的单块玻璃换成由多条玻璃片组成的类似于百叶窗式的扇叶。然后我们将每一片扇叶与可以进行三百六十度旋转的齿轮进行连接，再将齿轮交由一个小型电机进行控制。值得一提的是，为了用电安全同时也是因为该装置耗电量不大，我们给电机外接的是一支电压只有24V的低压电。之后，我们在窗户外加装了湿度传感器、温度传感器以及光敏传感器。湿度传感器用于感知是否為阴雨天气，当户外处于阴雨天气时处理器会接到传感器的信号，通过判断雨量大小执行特定的控制程序。控制信号会传递给电机，电机将控制窗户扇叶向外侧进行不同角度的倾斜。这样即使雨很大，电机也会合理调整扇叶角度使打落在扇叶上的雨水滑落到窗外。即保持了通风又不会使雨水进入室内。温度传感器用于判断室内与室外的温差，在温差较大时不会自动打开窗户，防止温度的突然变化影响人们身体的健康。光敏传感器用于感知昼夜变化，将感光信息传递给控制中枢，以便在后期对感光判断控制窗户的开关。处理器对传感器传递过来的信息进行判断，之后做出初步判断处理控制电机进行合理角度开关。同时会将传感器信息与处理结果通过Zigbee网络传递给组建的局域网，最后通过局域网将数据传递给控制中枢。控制中枢将收到的所有数据进行对比判断，找出其中可能出错的机器进行最高权限的控制，同时将可能出错的机器报于管理人员进行二次判断与维修。为了方便房间使用人员的操作，我们还将局域网加入了万维网路并配备了相应的控制App，只要输入正确的账号密码就会获得相应的控制权限，更加便于操作，凸显智能生活。

6结论

智能通风系统在市场应用方面更加适用于学校、工厂类宿舍中。在这些场所中人们的生活相对比较忙碌，无法时刻照顾到宿舍的环境的变化，智能的通风系统可以完美地照顾到环境的变化。智能通风系统结合了智能、便捷、节能于一体，是陪伴人们健康生活的绝佳选择。随着科技的发展，智能通风系统一定会变得更加先进。

参考文献：

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[3] 李文婧. 面向自然通风的建筑绩效评价研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2019.

[4] 张惟佳，张伟荣.非均匀室内环境的营造——需求导向型通风方式研究进展[A].中冶建筑研究总院有限公司.2020年工业建筑学术交流会论文集（下册）[C].中冶建筑研究总院有限公司：工业建筑杂志社，2020：10.

【通联编辑：梁书】