物联网空气净化器的设计

丽水学院工学院 大学生创新实践空间 徐 欢 叶佳虹 林姹姹 尉建彬 王 野

物联网空气净化器的设计

丽水学院工学院 大学生创新实践空间 徐 欢 叶佳虹 林姹姹 尉建彬 王 野

该物联网空气净化器基于STM8S103F3的设计开发，通过WiFi无线通讯模块用网关实现物联网空气净化器与手机端的信息交互，在互联网的范围下实现手机APP实时监测区域内空气质量，并自主控制空气净化器的工作状态。

物联网；空气净化器；无线通讯；信息交互；传感器

0 引言

近年来，雾霾天气持续增多，空气质量时常处于中度或重度污染。然而市场上吸附式净化器，功能较为单一，且不能远距离控制。现在的发展趋势是将多个智能家居融合到一个系统中去，通过云服务器远程推送，通过智能端口控制智能家居[1]。因此，一种更快捷，更方便，更智能的物联网空气净化器就成为了大众理想的首选。以智能家居的最新定义为标准，和人们的需求为出发点，本课题提出利用无线通讯模块设计手机APP实时监控净化器所在区域当前的温湿度、VOC浓度、PM2.5数值。

1 课题背景及意义

2015年两会期间李克强总理提出“互联网＋”新经济概念，随之各个传统行业开始加快与互联网融合的进度。随着政府对空气污染现象的关注，智能城市、智能家居概念的提出，家电行业随之进入了智能化时代。空气净化器在此背景下逐渐成为人们关注的产品，其市场的需求量骤增。

2015年2月28日柴静自费拍摄的《穹顶之下》纪录片开始在各大网站播放，引起热议。短短103分钟，让更多的人知道了雾霾对我们生活及下一代的危害。空气净化器[2]在此背景下逐渐成为人们关注的产品，而物联网空气净化器市场的需求量骤增。

2 课题研究目标及主要内容

2.1 课题研究目标

完成课题整体方案的可行性分析与整体设计构思，分析难点；

实现完整的物联网空气净化[3]系统（包括软硬件），完成相关设计，保证运行稳定可靠；

实现测物联网空气净化系统的相关数据测量，及手机APP程序设计。有条件的前提下可扩展其他功能；

显示终端的设计与优化，力求做到操作简便，显示清晰，稳定可靠。

2.2 本设计研究的主要内容

本设计研究的主要内容是设计基于物联网空气净化器，主要包括：（1）硬件系统的设计

设计硬件系统框架图。原理是通过气体传感器将区域气体的信息转换为电压信号，采用WiFi技术利用网关实现物联网空气净化器与服务器和手机端的信息交互。硬件框架结构如图1所示。

（2）软件系统的设计

设计软件系统流程图及功能。智能模式下，WiFi无线通讯模块，实现数据双向传输，净化效果随时可见。软件框架图如图2所示。

（3）云服务器手机APP应用设计

设计手机APP采集和应用界面，实现手机APP远距离实时显示净化器所在区域当前的温度。

图1 空气净化器框架结构图

图2 软件框架图

3 创新特色

本物联网空气净化器将传统的“无意识、无动作、无智慧”的空气净化器赋予了生命及活力。

（1）空气净化器与手机app联动

本项目以人们的需求为出发点，无线传输性[4]提出设计手机APP实时显示净化器所在区域当前的温湿度、VOC浓度、PM2.5等颗粒物[5]浓度；同时支持远程控制显示与控制，能第一时间监控控制区的空气质量并做出相应的调整

（2）信息交互力度强大

采用WiFi无线通讯技术实现物联网空气净化器与服务器和手机端的信息交互。

（3）适用范围广，可调性大

对于一些弱势群体，比如孕妇、儿童、老人更需要较为舒适的生存环境。不光应用在家居中， 还可以拓展到公共场所，学校公寓，交通设备等，应用前景广阔。另外，花卉养植，大棚种植及珍稀动植物的培育也对空气质量把关严格。

4 研究技术路线

本课题，风扇，负氧离子净化器，PM2.5检测装置的工作状态需要经过传感器信号转换成电压信号，发送至单片机实行信号处理，然后由无线模块进行数据远距离发送接收，经由手机APP客户端登入云服务器，远距离显示净化器所在区域当前的温度、湿度、VOC浓度、PM2.5数值，从而过滤[6]、净化污浊空气，并由WiFi模块实现双向数据传输实现手机APP客户端对空气净化器的控制。核心电路图如图3所示。

图3 单片机电路图

5 结束语

本项目物联网空气净化器基于以上概述，升级传统空气净化器，净化装置采用AC220直接供电，操作简单，实现净化工作部分和数据存储收发一体化，具有便携性。通过WiFi模块无线，实现手机登入APP随时随地检测控制区域空气的水平，具有隐私性。监测区域空气指数的同时并能存储收发数据，节省了大量用于实地监测的人力物力，具有经济性，快捷性。一旦空气净化系统发生故障，能及时排查并作出相应的补救措施，具有高效性。无线数据传输方式无需重新布线，不易被破坏，适合已装修用户及布线不方便的场所，还可以美化家庭环境或是工作学习场所，具有简洁美观性。本设计应用前景相当广阔，对人们生活品质的提高及人类发展都有积极的作用。

[1]钱志鸿等.物联网技术与应用研究[J].电子学报,2012,40(5):1023-1029.

[2]浙江大学制冷与低温研究所:石芳芳等.室内空气净化技术及产品综述[J].制冷学报,2014(05).

[3]沈雨帆,秦会斌,胡永才.一种新型静电除尘型空气净化器设计[J].传感器与微系统,2016,35(1):76-78.

[4]胡改星,王俊涛,申晓莉,何汝贤,沈延伟.数字式智能分层注水无线数据传输仿真计算与分析[J].石油化工应用,2016,35(1):80-83.

[5]乔颖慧.微细颗粒物(PM2.5)形成机理及对人类健康危害探讨[J].中国科技博览,2016(1):319-319.

[6]赵智辉.基于三层过滤模式的多因子选股模型研究[J].华南理工大学,2015.

徐欢（1995—），浙江杭州人，大学本科，现就读于丽水学院。

叶佳虹（1996—），浙江桐乡人，大学本科，现就读于丽水学院。

林姹姹（1996—），浙江乐清人，大学本科，现就读于丽水学院。

尉建彬（1996—），浙江杭州人，大学本科，现就读于丽水学院。

王野【通讯作者】（1980—），吉林吉林人，工学博士，现就职于丽水学院。