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室内空气监测净化系统设计 　　摘 要：智能家居是目前物联网技术的重要应用途径之一，近几年发展非常迅猛。基于物联网技术设计了一款室内空气检测净化系统。该系统主要由监测端主机、监测端从机、净化端和上位机组成。监测端主机通过2.4 G无线方式和多个监测端从机通信，接收气体成分的浓度并在人机交互界面显示。监测端从机提供4个不同的空气传感器接口，用户可根据不同的房间选择不同的组合。净化端起到净化空气的作用，具有净化PM2.5，降解甲醛和苯，产生负氧离子，吸收异味等功能。上位机由手机App和电脑客户端组成，可以通过手机及电脑获取室内空气的状况。 　　关键词：物联网；智能家居；空气净化；2.4 G 　　中图分类号：TN108+.5 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-00-03 　　0 引 言 　　近年来室内空气污染物的来源和种类不断增多， 室内环境质量日益恶劣，对人体健康影响较大，目前已引起人们的广泛关注并成为研究热点。调查表明，人有80%以上的时间是在室内度过的，室内环境污染对人们的身体健康和生活工作质量带来了直接影响。市场上的净化器只起到净化效果，且其检测及净化装置为一个整体，效果差强人意。本系统采用分立式设计，净化范围广、安装便捷，不仅能净化空气，还具有防火、防泄漏、报警等功能，可消除室内安全隐患[1]。 　　1 系统设计 　　本系统主要由监测端主机（1个）、监测端从机（多个）、净化端（多个）和上位机（电脑客户端和手机App）组成，由这4部分构成完整的网络，作为智能家居的组成部分[2]。 　　1.1 监测端主机 　　监测端主机是系统的核心单元，是系统的控制中心和数据处理中心。它采用TFT屏进行人机交互，用户可以查看各个房间的温湿度及气体浓度，当室内空气污浊时自动开启净化端净化空气，若室内有害气体或甲烷浓度高于100 ppm时，认为室内空气危险，启动声光报警。同时配备WiFi模块和蓝牙模块分别用于连接电脑客户机和手机App。监测端主机与从机通过2.4 G模块通信，从机把温湿度以及气体浓度信息传送给主机。 　　1.2 监测端从机 　　监测端从机主要负责空气信息的采集，包含气体温湿度、PM2.5、CO2、CO、甲烷等。不同的从机可以携带不同的传感器，每个从机可以同时携带1～5个不同的气体传感器。 　　1.3 净化端 　　净化端主要起净化空气的作用。可以净化PM2.5，降解甲醛和苯，产生负氧离子，吸收异味[3]。 　　1.4 上位机 　　上位机部分主要由PC端客户机和手机App组成，PC端通过WiFi和监测端主机连接，手机通过蓝牙方式连接。通过WiFi或者蓝牙可以在电脑客户端或者手机App上实时观察室内的空气情况，并将7天内的信息绘制成曲线，给出合理建议。系统框图如图1所示。 　　2 系统实现 　　2.1 硬件方案 　　监测端主机采用功能强大的STM32F407ZET6作为主控芯片[4，5]，主频高达168 MHz，拥有丰富的外设模块，可以满足无线收发以及彩屏控制等功能的需要。采用nRF24L01芯片作为无线传输芯片，该芯片通过SPI接口和主控相连。与手机App通信时采用蓝牙方式，所以使用CC2540芯片作为蓝牙传输芯片与手机App进行通信，它通过串口和主控相连，数据传输非常方便。采用WiFi的方式与电脑客户端连接，将ESP8266芯片作为蓝牙传输芯片，当电脑连接上该芯片发射出的WiFi信号后便可与电脑客户端进行通信[6]。ESP8266芯片同样也通过串口与主控相连，配置一块分辨率为320×240的彩色触摸屏进行人机交互。采用5 V开关电源[7]供电为常用供电方式，锂电池为备用供电方式。锂电池充电采用TP4056芯片，其充电电路如图2所示。 　　考虑到监测端从机功能较为单一，所以采用引脚较少、主频较低的STM32 F103C8T6为主控芯片。与主机一样，无线传输采用nRF24L01芯片和主机进行通信。由AM2321温湿度模块测量室内温湿度，该芯片比较灵敏、准确，对温度的分辨率可达到0.1℃，精度为±0.5℃，它通过I2C总线和主控进行通信。提供4种气体传感器的接口，分别为检测PM2.5的SDS011传感器接口、检测CO2的MH-Z14传感器接口、检测甲烷的MQ-2传感器接口和检测CO气体的MQ-7传感器接口。其中SDS011通过读取数据口的高电平比例来计算PM2.5的浓度，其他气体传感器均采用ADC转换的方式读取气体浓度。供电采用12 V开关电源和锂电池混合供电的方式，开关电源为常用供电方式，锂电池为备用供电方式[8]，当停电时立即开启锂电池供电。 　　净化端内部主要由风扇、过滤网、负氧离子发生器组成。其中负氧离子发生器和风扇由监测端从机控制，负氧离子发生器由紫外灯板