于明玖 吳朝輝 姬瑞樺

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

關(guān)鍵詞：智能家居;空氣檢測;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)測儀和凈化器集中整合升級為新的產(chǎn)品，使之能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測和智能調(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，通過實時監(jiān)測和凈化實時進(jìn)程的數(shù)據(jù)上傳，全面動態(tài)地反映多個家庭的空氣質(zhì)量情況。

3.順應(yīng)未來智能家居普遍化的趨勢，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)展并且市場上也開始出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品但從總體的發(fā)展來看不容樂觀，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，對家居環(huán)境的要求也越來越高，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發(fā)和建設(shè)是未來國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢，智能家居系統(tǒng)可以智能地為住戶實時監(jiān)測好空氣的濕度、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)，為用戶營造一個綠色健康的家居環(huán)境。

（一）研究內(nèi)容

智能家居空氣質(zhì)量監(jiān)測與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是集傳感技術(shù)，短距離無線通信技術(shù)（包括zigbee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等），語音合成技術(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小時實時在線監(jiān)測與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它主要對室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測，分析和報警提示，并智能開啟空氣調(diào)節(jié)器，給家人一個健康的空氣環(huán)境。

國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外的空氣質(zhì)量監(jiān)測行業(yè)起步較早，一些歐美國家在空氣質(zhì)量監(jiān)測方面的研究早在20世紀(jì)80年代就開始了，像美國、德國、英國和日本等國家更是推出了有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計方案，并通過實踐的研究設(shè)計來解決空氣質(zhì)量監(jiān)測中的生活功能問題。

美國和德國的兩款檢測系統(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，無法實時查看氣體的濃度。英國GMI的PS200四合一氣體檢測儀和日本理研的GX-8000四合一檢測儀[1]，雖能同時檢測4種氣體，但氣體的數(shù)量還可以擴(kuò)展的更多，而且加入無線傳輸技術(shù)，比如ZigBee技術(shù)或WIFI技術(shù)，可以實現(xiàn)無線檢測。

國內(nèi)的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，大多具有價格昂貴、檢測耗時長、信號傳輸不穩(wěn)定、檢測精度不高、響應(yīng)不迅速、操作方法復(fù)雜等缺點(diǎn)[2]。

通過對國內(nèi)外室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的分析，本文設(shè)計了一款智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，可以檢測多種室內(nèi)有害氣體，具有簡單易操作，信號傳輸穩(wěn)定，檢測精度高，響應(yīng)迅速等特點(diǎn)[3]。設(shè)計的上位機(jī)監(jiān)測界面，可以實時監(jiān)測氣體的狀態(tài)，遠(yuǎn)程查看室內(nèi)空氣質(zhì)量的參數(shù)。本監(jiān)測系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，一旦有氣體超標(biāo)，監(jiān)測系統(tǒng)會立馬報警，提醒用戶有氣體超標(biāo)，并通過ZigBee組網(wǎng)實現(xiàn)對加濕器、空氣凈化器等設(shè)備的控制，來改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

目前，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢包括以下四個方面：第一，將計算機(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)測系統(tǒng)中，讓監(jiān)測系統(tǒng)變得更加多功能化、智能化。在測量過程中，整個系統(tǒng)的測量過程將不需要人為的手動選擇量程，開啟和關(guān)閉監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)在測量精度、穩(wěn)定性以及響應(yīng)速度方面都有很大改善，同時還增加了數(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)測系統(tǒng)的功能更加完善，使用起來更加方便。第三，檢測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)交互界面將會更加友好，用戶可以實時查看室內(nèi)的空氣質(zhì)量，并且一旦有氣體超標(biāo)，監(jiān)測系統(tǒng)會立馬報警，提醒用戶做出相應(yīng)的應(yīng)急措施，來改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

（二）創(chuàng)新點(diǎn)與項目特色

隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高以及對空氣質(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，并且少有實時監(jiān)測與實時調(diào)節(jié)相結(jié)合的功能。本項目將二者合二為一，能夠?qū)崟r檢測并適時調(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，導(dǎo)致人們在剛開始的新鮮感過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)計上進(jìn)行創(chuàng)新，帶給人們便捷舒適的交互體驗，使人們能夠頻繁地使用其智能功能，發(fā)揮產(chǎn)品的全部價值。

同時根據(jù)用戶使用情況，結(jié)合數(shù)據(jù)分析對用戶進(jìn)行個性化空氣環(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)在的手段是每個城市抽取幾個學(xué)校，抽取一個班的幾個學(xué)生填表，到時相關(guān)工作人員上門當(dāng)場測試，這種方法，數(shù)據(jù)量太小，不全面，不能體現(xiàn)整個城市家庭的整個空氣質(zhì)量，而且僅能獲取當(dāng)時的數(shù)據(jù)，不能動態(tài)反應(yīng)。本項目提出的方案基于云服務(wù)平臺，具有大數(shù)據(jù)特點(diǎn)，能夠全面動態(tài)反映多個家庭的環(huán)境狀況。普適性高。

（三）技術(shù)路線、擬解決的問題及預(yù)期成果

1技術(shù)路線

分析市場上現(xiàn)有的空氣質(zhì)量方面的產(chǎn)品，利用我們在監(jiān)測調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)大數(shù)據(jù)采集方面的創(chuàng)新，對其進(jìn)行整合、優(yōu)化和改造，同時進(jìn)行外觀和人機(jī)交互的設(shè)計，優(yōu)化產(chǎn)品用戶體驗及對現(xiàn)有智能家居市場進(jìn)行融合，并用三維設(shè)計軟件進(jìn)行建模分析，找到最佳可行的方案，最后制造出實物，實現(xiàn)產(chǎn)品的落地。

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

2擬解決問題：

1.監(jiān)測系統(tǒng)對空氣質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)測需要同步調(diào)節(jié)系統(tǒng)對空氣進(jìn)行實時調(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)計最優(yōu)解決方案。

2.對監(jiān)測系統(tǒng)采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到有用的信息。

3.對現(xiàn)有的空氣監(jiān)測系統(tǒng)與家用電器功能性單一的問題提出一個新的解決方案。

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

5.整合空氣監(jiān)測、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)致用戶不得不同時安裝多個智能家居控制app的問題。

8.在產(chǎn)品及手機(jī)界面的交互問題上，對系統(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，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。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉迪. 智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實現(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)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作，2016（11）：43-46.

[3]《2016-2020年中國空氣凈化器市場深度調(diào)研及投資前景預(yù)測報告》.中投顧問研究產(chǎn)業(yè)中心.2016.