傅杰

摘要：在當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的前提下，隨之而來的就是較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，尤其以空氣污染最為嚴(yán)重，最明顯的外在表現(xiàn)就是霧霾天氣的增加。除此之外，人們居住的室內(nèi)環(huán)境也經(jīng)常性的存在著諸如二氧化碳以及甲醛等等污染物質(zhì)的超標(biāo)問題。在人們生活水平不斷提升的前提下，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量要求也是逐步提升，再加之物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，也就加速了智能家居的發(fā)展，目前在凈化室內(nèi)空氣質(zhì)量的過程中，智能新風(fēng)系統(tǒng)是其研究以及發(fā)展的重點(diǎn)。本文從其工作原理剖析出發(fā)，并立足于硬件選擇以及軟件設(shè)計(jì)角度，對(duì)其中使用的一些技術(shù)以及具體設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能新風(fēng)系統(tǒng);工作原理;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）09-0078-03

1 物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的智能化新風(fēng)系統(tǒng)的工作原理分析

在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的智能化新風(fēng)系統(tǒng)中的處理器需要將分布在系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的傳感器檢測的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作，同時(shí)把檢測PM2.5以及VOC 的節(jié)點(diǎn)上的實(shí)時(shí)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)變化作為模糊控制器自身的輸入變量，在和預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值進(jìn)行對(duì)應(yīng)的對(duì)比工作之后借助于其中的計(jì)算軟件將誤差的具體數(shù)值及其變化做到精準(zhǔn)化的計(jì)算，然后針對(duì)這個(gè)計(jì)算結(jié)果開展對(duì)應(yīng)的量化、隸屬度至計(jì)算、去模糊化以及模糊決策等這一系列的操作的之后就可以打出最為精準(zhǔn)的輸出變量，并以此輸出變量為基礎(chǔ)對(duì)風(fēng)機(jī)做出對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化控制，并且將這些實(shí)時(shí)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)同步上傳到服務(wù)器之中，方便人們?cè)陔S時(shí)隨地掌握室內(nèi)空氣質(zhì)量的份額前提下通過遠(yuǎn)程化的操控，針對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行合理化的人為控制操作。其中的控制芯片借助于串口和控制器進(jìn)行對(duì)應(yīng)的連接，借由TCP/IP協(xié)議通過連接家庭路由器進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器工作，用戶借助于移動(dòng)智能化終端對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪問，將其中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的查詢操作，并以這些數(shù)據(jù)及其變化為基礎(chǔ)，判斷是否需要進(jìn)行風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)的調(diào)整。如果需要進(jìn)行風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整工作之時(shí)，通過移動(dòng)終端將具體的控制指令發(fā)送到服務(wù)器中并以狀態(tài)碼的形式儲(chǔ)存在布爾傳感器中，位于新風(fēng)系統(tǒng)中的處理器借助WIFI模塊的幫助做到定時(shí)查詢服務(wù)器中布爾傳感器中狀態(tài)碼的變化，根據(jù)狀態(tài)碼的實(shí)際要求進(jìn)行對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)控制工作。

2 智能化新風(fēng)系統(tǒng)的硬件選擇解析

2.1 處理器的選擇

在這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)下的新風(fēng)系統(tǒng)自身需要的較大數(shù)量的I/0資源，并且在抗干擾性以及主板面積制約上都具備著較高的要求，基于此種要求，在新風(fēng)系統(tǒng)中使用頻率較高的處理器就是STC企業(yè)生產(chǎn)的STC12C5A60S2/AD/PWM單片機(jī)，這種類型的單片機(jī)自身的指令以及管腳和8051是完全相容的，同時(shí)在其內(nèi)部自帶有60K的FLASH類型的ROM，這種類型的單片機(jī)在其能耗、處理速度、抗干擾性能等方面都具備著較大的優(yōu)勢。同時(shí)在內(nèi)部將專用性質(zhì)的MAX810復(fù)位電路、兩路的PWM以及8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換器予以高精密度的集合，也正是因?yàn)檫@項(xiàng)原因在電機(jī)控制以及干擾較強(qiáng)的場合中STC12C5A60S2/AD/PWM單片機(jī)依舊可以被使用。此外，與之前傳統(tǒng)類型的51單片機(jī)進(jìn)行比較，這種類型單片機(jī)自身的哦儲(chǔ)存空間相對(duì)較大，同時(shí)可以直接借助于串口進(jìn)行程序的下載操作，如此一來就將之前需要購買專業(yè)性質(zhì)的編程器的資金予以省下，降低了本身的系統(tǒng)架構(gòu)成本。

2.2 電源部分的選擇

在新風(fēng)系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)中采用的電源類型基本就是三端性質(zhì)的可調(diào)整的CM317類型的穩(wěn)壓器，這種類型的穩(wěn)壓器自身的輸出電壓基本控制在1.2到36伏之間，并且可以根據(jù)需求進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)整，在穩(wěn)定性、適應(yīng)性、便捷性上具備著較大的優(yōu)勢，也正因此，這種類型的電源可以在在不同性質(zhì)的供電系統(tǒng)中予以使用。

2.3 傳感器部分的選擇

在進(jìn)行傳感器的選擇之時(shí)是需要根據(jù)用戶需求的不同進(jìn)行不同選擇的，同時(shí)也需要進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)工作。在正常情況下，用戶的實(shí)際需求可以分為如下的幾點(diǎn)：第一，室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測并自動(dòng)切換成換流模式。第二，突遇大風(fēng)或者是雨雪天氣的窗戶關(guān)閉需求。第三，窗戶自身遭受到重物撞擊或者是外來人員翻窗之時(shí)的系統(tǒng)警報(bào)需求等等方面。接下來針對(duì)這些需求大致分析一下其傳感器選擇。

2.3.1 濕度與溫度傳感器

目前使用最多的溫度與濕度傳感器類型就是DHT11溫濕度傳感器，其本質(zhì)上是數(shù)字化符合性質(zhì)的傳感器類型，其主要是由一個(gè)電阻性質(zhì)的濕度感應(yīng)元件以及一個(gè)NTC類型的溫度監(jiān)測元件構(gòu)成的，借助于數(shù)字采集以及溫度與濕度的傳感技術(shù)來確保傳感器自身的長期穩(wěn)定工作。這種類型的濕度與溫度傳感器在投入成本、穩(wěn)定性、抗干擾性、響應(yīng)速度、傳輸距離等方面上有著十分顯著的優(yōu)勢。

2.3.2 入侵檢測模塊的選擇

在入侵檢測模塊中基本都使用的就是主動(dòng)性質(zhì)的紅外線入侵檢測器，主要是由發(fā)射端、接收端以及警報(bào)器三部分組成的，電源、發(fā)光源以及光學(xué)系統(tǒng)共同組成了發(fā)射端，而接收端則是由光學(xué)系統(tǒng)、光電性質(zhì)傳感器、放大設(shè)備以及處理信號(hào)設(shè)備共同組成的。在正常的情況下。發(fā)射端所發(fā)射出的紅外性質(zhì)光線在被接收端接收之后，進(jìn)入到單片機(jī)中的信號(hào)是一種高電平的信號(hào)，這時(shí)候的警報(bào)控制系統(tǒng)并不會(huì)啟動(dòng)。紅外線本質(zhì)上是不可見光的一種，一旦發(fā)生重物撞擊或者是外來人員翻窗進(jìn)入的情況之時(shí)，這條不可見的光束就會(huì)被完全或者部分遮擋部分，在接受端口的電信號(hào)強(qiáng)度也就會(huì)隨著產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的變化，這之后的警報(bào)控制器就會(huì)啟動(dòng)發(fā)出對(duì)應(yīng)的警報(bào)。

2.3.3 灰塵傳感器的選擇

目前普遍使用的都是立足于光學(xué)原理而產(chǎn)生的GP2Y1010 AUOF類型的空氣質(zhì)量傳感器，其內(nèi)部主要包括一個(gè)紅外線性質(zhì)的發(fā)光二極管以及光電性質(zhì)的晶體管。空氣中的一些微小灰塵會(huì)將紅外光進(jìn)行對(duì)應(yīng)的反射，光電晶體管將這部分發(fā)射的紅外光予以接收，同時(shí)這個(gè)接收到的光強(qiáng)與空氣中的顆粒物濃度含量是同步變化的，并且光電性質(zhì)的晶體管自身的電阻數(shù)值與這個(gè)接收的反射光強(qiáng)也是同步變化的，也就導(dǎo)致其最終的輸出電壓會(huì)產(chǎn)生一定的差異。在深入分析最終電壓輸出以及空氣中顆粒物濃度關(guān)系曲線圖的基礎(chǔ)上，就可以精準(zhǔn)的計(jì)算出空氣中的實(shí)時(shí)顆粒物顆粒含量。這種類型的灰塵傳感器在能耗、靈敏度等等方面同樣具備著較大的優(yōu)勢。

2.3.4 空氣質(zhì)量傳感器的選擇

在空氣質(zhì)量傳感器的選擇上基本都是采取二氧化錫半導(dǎo)體性質(zhì)的氣體傳感器，其感應(yīng)元件就是二氧化錫，在二氧化錫暴露在空氣之中后，其中的SnO2就會(huì)被游離在空氣中的O2進(jìn)行電子的奪取工作，繼而就會(huì)變成化學(xué)吸附性質(zhì)的氧氣附著在其SnO2的表面之上。

這種吸附性質(zhì)的氧氣離子會(huì)將二氧化錫自身的導(dǎo)電率予以降低，當(dāng)二氧化錫與一些還原性質(zhì)氣體進(jìn)行接觸之后就睡釋放出一定數(shù)量的電子，增強(qiáng)其自身的導(dǎo)電性，并降低其自身的電阻數(shù)值，借助于傳感器自身的電阻數(shù)值以及對(duì)應(yīng)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度的變化就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中的氣體檢測工作。這種半導(dǎo)體性質(zhì)元件的又可以分為N型以及P型兩種，二者的氣體接觸側(cè)重點(diǎn)各有不同，前者主要是通過與還原性氣體進(jìn)行反應(yīng)將其電阻數(shù)值予以降低，后者的元件通過與自身的可燃性質(zhì)氣體進(jìn)行接觸之后，將其電阻增大主要是負(fù)責(zé)檢測一氧化碳、天然氣等等氣體。

2.4 窗戶模塊

窗戶目前主要有平移或者是轉(zhuǎn)動(dòng)兩種形式，在選擇機(jī)械性質(zhì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模塊的時(shí)候此二者之間的選擇存在著較大的差異。新風(fēng)系統(tǒng)中窗戶進(jìn)行開關(guān)操作的動(dòng)力主要來源于電機(jī)，在確保窗戶自身開關(guān)精度控制較高的目標(biāo)上基本都是采用對(duì)應(yīng)的步進(jìn)類型電機(jī)。借由之前使用的STC12C5A60S2/AD/PWM單片機(jī)直接向電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送對(duì)應(yīng)的控制指令，將步進(jìn)類型電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及實(shí)際步數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，隨后借助于傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的幫助實(shí)現(xiàn)窗戶的自動(dòng)化平移或者是轉(zhuǎn)動(dòng)操作。

2.5 交換全熱新風(fēng)部分的選擇

新風(fēng)系統(tǒng)中交換全熱新風(fēng)的換氣機(jī)部分主要包括了熱量回收、雙向性質(zhì)的流風(fēng)機(jī)、過濾設(shè)備以及加濕除濕設(shè)備等部分，該換氣機(jī)具有換氣的雙向化以及效率較高和能耗較低等等優(yōu)勢。在其進(jìn)風(fēng)以及排風(fēng)的子系統(tǒng)中具備這內(nèi)置性質(zhì)的送風(fēng)以及排風(fēng)設(shè)施，并且同時(shí)安裝有風(fēng)機(jī)以及對(duì)應(yīng)管道，進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)向室內(nèi)送風(fēng)以及排風(fēng)風(fēng)機(jī)向室外排風(fēng)兩步操作時(shí)同步進(jìn)行的，達(dá)成了風(fēng)向的雙向等量置換目標(biāo)，始終確室內(nèi)新鮮空氣的數(shù)量以及質(zhì)量，同時(shí)還可以針對(duì)空氣中的PM2.5開展對(duì)應(yīng)過濾處理工作。除此之外，這種類型的換氣機(jī)與之前傳統(tǒng)類型的換氣機(jī)相比，不同之處就在于其中包含的全熱交換器會(huì)進(jìn)行室內(nèi)與室外空氣中的熱量交換工作，根據(jù)季節(jié)變化對(duì)室外空氣進(jìn)行對(duì)應(yīng)的加熱或者是冷卻之后再將之引入到室內(nèi)之中，在將室內(nèi)的溫度損耗予以降低的時(shí)候，將原本的室內(nèi)的用于制冷或者是取暖的能源消耗予以降低。

3 智能化新風(fēng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 客戶端軟件的設(shè)計(jì)

根據(jù)目前市面上安卓手機(jī)的數(shù)量及其普及程度，為了最大范圍內(nèi)保障其使用者數(shù)量，其客戶端主要是針對(duì)Android系統(tǒng)手機(jī)用戶的。在進(jìn)行程序編寫的過程中?？紤]其今后的擴(kuò)展性以及適用性，選擇Eclipse工具作為其主要的程序編寫工具。這個(gè)客戶端主要包括數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢、顯示、遠(yuǎn)程控制以及歷史數(shù)據(jù)查詢、智能連接等功能。在其登陸界面上將自己的服務(wù)器賬號(hào)以及密碼輸入其中，后臺(tái)借助于POST方式將之傳送到服務(wù)器的后臺(tái)之中，經(jīng)由其內(nèi)部的賬號(hào)密碼數(shù)據(jù)查詢，全部正確則進(jìn)入主界面上。其中的智能連接使用的就是AILINK類型的技術(shù)，借助于之前的控制器模塊與當(dāng)前移動(dòng)終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)施與不同性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的靈活化連接。其中的數(shù)據(jù)查詢功能，通過電機(jī)主界面的數(shù)據(jù)查詢按鈕，接下來就會(huì)跳轉(zhuǎn)到一個(gè)設(shè)施添加界面上，點(diǎn)擊添加按鈕的同時(shí)程序自身就會(huì)使用一個(gè)httpClient實(shí)例講一個(gè)URL發(fā)送到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器上并進(jìn)行一個(gè)GET請(qǐng)求，查詢已有設(shè)施之后并返回到上一級(jí)界面上，就完成了設(shè)施的添加操作。其數(shù)據(jù)查詢的前部步驟也是通過實(shí)例的查詢，隨后就是發(fā)送查詢函數(shù)請(qǐng)求。并接受返回值并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的split（）處理之后將結(jié)果予以顯示。

3.2 WIFI模塊程序的設(shè)計(jì)

之所以選擇WIFI模塊，主要原因就其自身的傳輸距離以及速度、效率等方面與藍(lán)牙等技術(shù)相比有著極大的優(yōu)勢。一般WIFI設(shè)施自身具有AP以及STA兩種工作模式。新風(fēng)系統(tǒng)使用的WIFI工作模式就是STA模式。這種模式本身就是把WIFI設(shè)施看成是一個(gè)終端或者是接入熱點(diǎn)之一，需要與該設(shè)施進(jìn)行對(duì)應(yīng)通信操作之時(shí)需要先與該設(shè)施的AP進(jìn)行對(duì)應(yīng)的連接。目前使用頻率較高的WIFI模塊類型主要是ESP8266無線射頻模塊，其自身的通信編程就是借助于單片機(jī)自身的串口將AT控制指令傳送到對(duì)應(yīng)的ESP8266工作模板之上，以便進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接工作，才可以進(jìn)行隨后的服務(wù)器訪問以及數(shù)據(jù)發(fā)送等等操作。在與路由器完成連接之后其工作模板主要是負(fù)責(zé)將實(shí)時(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)定時(shí)性的發(fā)送到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器中以及針對(duì)服務(wù)器中開關(guān)量的具體數(shù)值進(jìn)行定時(shí)的檢測工作，并且需要注意的一點(diǎn)就是全部指令的字符化，以便數(shù)據(jù)的讀取以及上傳。這類型WIFI模塊的具體數(shù)據(jù)如表1所示。

4 結(jié)語

目前日益嚴(yán)重的空氣污染問題與人們所需的居住環(huán)境要求完全不符，也正是因此在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加持下，才誕生了對(duì)應(yīng)的新風(fēng)系統(tǒng)用以控制室內(nèi)的空氣環(huán)境，本文從其工作原理分析出發(fā)，深入解析了其硬件以及軟件選擇以及設(shè)計(jì)方面的注意事項(xiàng)，希望可以對(duì)今后的新風(fēng)系統(tǒng)發(fā)展提供一定的幫助。

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Abstract：Under the premise of the continuous development of the national economy， it is followed by more serious environmental pollution problems， especially with the most serious air pollution. The most obvious external manifestation is the increase of haze weather. In addition， the indoor environment in which people live is also frequently exposed to excessive pollutants such as carbon dioxide and formaldehyde. Under the premise of people's living standards， the air quality requirements for indoor environment are gradually improved. Together with the development of Internet of Things technology， it has accelerated the development of smart homes. At present， in the process of purifying indoor air quality， intelligent new style The system is the focus of its research and development. This paper starts from the analysis of its working principle， and based on the hardware selection and software design perspective， analyzes some of the technologies and specific designs used.

Key words：Internet of Things; intelligent fresh air system; working principle; system design