智能空气净化平台的开发

Ｎ　ｌ（）（）６—７ｌ６７　宫脸宝研勃自撂，蠢：　第３６卷第８期　２０１　７年８　Ｊ　¨ｌ二Ｉｌ　７ｌ而　｛ＥＳＥＡＩ／（：Ｉ｛ＡＮＩ】　ＸＰＩ　（）Ｒ　。。Ｉｌ。Ｉ）　ＩＮ　Ｉ　ＡＩ｛（）｝｛ＡＴ（）ｌ｛、　Ｖｔ　３６　Ｎ（，８　Ａｕｇ．２０１　７　智能空气净化平台的开发　Ｃ　ｅ　ｇ　ｅ　韩宇光，　房金宝，　张贤益，　王宇帆　（华东理丁大学信息科学与一Ｅ程学院，上海２００２３７）　摘　要：针对目前日益严峻的环境污染问题与人们的迫切需求，开发了智能空气净　化平台。整个系统利用Ａｒｄｕｉｎｏ　ＵＮＯ３单片机作为主控芯片，驱动ＰＭ　粉尘传感　ｅ　器采集空气质量信息，根据不同空气质量分为优、良、中、差４个等级，从而控制风　ｅ　ａ　机的不同转速。设备上的液晶屏幕显示ＰＭ　指数，通过ＥＳＰ８２６６　ＷｉＦｉ模块将　Ｅ　Ｓ　ＰＭ，　数据上传到中国移动物联网开放云平台，在移动端可以随时查看设备所处位　ｇ　ａ　置的空气质量。与传统空气净化器相比，智能净化平台实现了自动控制和功率降　＿Ｌ　低，同时搭建了物联网云平台，可以将实时净化信息显示在网页端、移动端。试验　结果表明。该平台效果良好，性能稳定，实现了预期的空气净化和远程观测功能。　关键词：空气净化器；智能控削；物联网；脉冲宽度调制；负离子净化　拼　中图分类号：Ｒ　ｌ２２．３　文献标志码：Ａ　Ｃ　文章编号：ｌ００６—７ｌ６７（２０１７）０８—００７７—０３　＿＿　ａ　Ｌ　）　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ａｉｒ　Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ＰｌａｔｆＯｒｍ　ＨＡＮ　Ｙｕｇｕａｎｇ．　ＦＡＮＧ　ｆｉｎｂａｏ．　ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｎ）　ｉ．　ＷＡＮＧ　Ｙ．Ｓｆ．ｎ　　ｅ　ｄ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｌｌ１　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｅｎｖｉｌ’｛｝ｎＩｔｉｅｎｔａｌ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｒｇｅｎｔ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　Ｉ／ｅｏｐｌｅ，＆ｌ　ＴＩ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ａｌｌ’ｐｕｒｉｆｉ｛　ａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ＜ｔｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｓ　Ａｒｄｕｉｎｏ　ＵＮＯ３　ＭＣＵ　ａｓ　ｔｈｅ　ｎｌａｓｔｅｌ’（・ＩＩｉＩ’　ｔｏ　ｄｒｉｖｅ　ｔｈｅ　ＰＭ　２　ｓ（１ｕｓｔ　ｓｅｎｓｏｒ　８＿ｌｉｄ　ｏｌｌｅｅｔ　ｔｈｅ　ａｉ，‘ｑｕａｌｉｔ）　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄａｔａ，ｉｔ（　ａｎ　ｂｅ　ｄＩ、　ｉｄｅ｛ｔ　ａｉ，’｛ｔｔｌａｌｉｌｌ　ｉｎｔｏ　ｆｌｍｒ　ｌｅｖｅｌｓ：ｅｘ｛’ｅｌｌｅｎｔ，ｇｏｏｄ，ｎｌｅｄｉｕｍ　ａｎｄ　ｐｏｏｌ’．ｔｈｕｓ，ｓｐｅｅｄ　ｏｆ　ｆａｎ　ｉｓ　ｃｏｎｔｌ’ｏｉｌｅｄ．ＬＣＤ　ｓ　１’ｅｅｎ　ｄｉｓｐｌａｙｓ　ｔｈｅ（・ＵＩｌ　ｌＩ　ＰＭ　１　５　ｉｎｄｅｘ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ＥＳＰ８２６６　ＷＩＦＩ　ｎｍｄｕｌｅ　ｕｐｈｌａｄｓ　ＰＭ　５　ｄａｔａ　ｔｏ　Ｃｈｉｎａ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｏｐｅｎ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｔ’Ｔｈｉｎｇｓ　ｐｌａｔｆｍ’Ｉｌ】．　Ｏｎｅ　ｅａｌ１　ｓｅｅ　ｔｈｅ　ａｉｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ｈｉｓ／ｈｅｒ　ｍｏｂｉｌｅ　ｔｅｒｍｉｎａ１．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｉｒ　ｐｕｒｉｉｆｅｒ，ｉｎｔｅｌｌｊ　ｎｌ　ｐｕｒｉｆｉ｛　ａｔｉｏｎ　ｔ｝ｌａｔｈ｝ｒｍ　ｃａｎ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ’【’ｏｎｔｌ’ｏｌ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．ａｎｄ　ｉｔ　ｂｕｉｌｄｓ　ａ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｔ‘ｌｉｔ．　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｐｕｒｉｆｉ｛　ａｔｉｏｎ　ｉｎｔｂｒｍａｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｓｐｌａｙｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗｅ１）ｓｉｄｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｂｉｌｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｍ’ｉｎｌｅｎｔａｌ　１１ｅｓｌＩＩＩ，　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｐｅｒｆｏｒｉｌｌａｎ｛’Ｐ．ａｎｄ　ａｔ＇ｂｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅ｛　ｔｅｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ａｉｒ　ｐｕｒｉｆｉ｛　ａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｉｒ　ｐｕｒｉｆｉｅｒ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ（ＩＯＴ）；ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷ　Ｍ）；　ａｎｉｏｎ　ｐｕｒｉｆｉｅａｔｉｏｎ　０　引　言　收稿日期：２０ｌ６．１Ｏ一２７　基金项目：２０ｌ６年　海市级大学生创新创业训练计划（Ｓ１６０７Ｉ）　随着全球Ｔ业化发展等原　，大气污染越束越　作者简介：韩字光（１　９８７一），男，满族．黑龙汀哈尔滨人．硕十，实验　重，可能诱发疾患或引起慢性中毒．甚至彳　致癌影响　师，现主要从事检测技术Ｌｊ自动化装置研究和实验窜管理　【大Ｊ此，改善室内空气环境成为一种迫切需求，伞　ｔ净化　ｔｅ１．：１　３７６　Ｉ　５７８２２　１：Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｎｙｕｇｕａｎｇ＠　ＬｉＳｔ　ｅｄｕ．　类丁具也在各领域内Ｈ｛现。。　设计任净化　的ｊ　础上利用　片机Ａｒｄｕｉｎｏ　ＵＮＯ３系统实现ｆ１动俭测。：　窜赂宝研宙与撩，壹：　质艟，从　控制净化器的不同Ｊｘｌ机ｒ作悄化，　现空　气净化，同ｆ时没备的监测数据能够通过互联网传输到　程序主要包括各模块初始化＿『　作、污染检测、信息　显示、Ｔ作模式控制等方面，形成Ｊ＿，循环采样、控制的　闭环控制系统．陶３所示为控制系统程守流程　？　整机通电ｌ　’　平臼．以便使川者及时查看空气匝照变化情　ｌ　系统总体结构　小没汁『人Ｊ郎以Ａｌ’ｄｕｉｎｏ　ＵＮＯ３　片ｆＪ【作为主控　片．通过ＰＭ，　粉尘传感器采集信息，将信息返同给主　芯片，从Ｉ『『　制其他模块的运　、信息还会传送至　Ｉ　ＣＩ）模块干ｌ】物联网平台，用户可以通过Ｉ　ＣＤ　示屏以　攻ＯｎｅＮＥＴ【｛＿Ｊ罔移动物联网平台金看信息，及时掌握　窜　牵气质量的变化，过滤总过程如　Ｉ所，Ｊ＝：　一　一　一　一一　厂—＿＿１中ｌ读数传精到　物　ｌ兰　：竺竺：　‘。。。。。。。。　。。。。。　。。。。。。。。。‘。。。。。‘一读数判断／　＼ｆｌ　＝＝　Ｉ　２　硬件设计　２．１　单片机控制模块　小　汁ｔ控Ａｉ，ｄｕｉｎｏ　具有质廉价优、　数封装简　踢ＪＨ等特点，仵智能家居设汁领域ｕ土仃所使用　，　小没汁果川　做主控芯片，尤其是ＰＷＭ输ｊ～一一ｌＩ功能，可　以Ｉ　效控制电动机转速以及软串ｌ一　一一　～Ｊ功能，町以很好地　满　小　需求　２．２　应用模块　一一一一　小没汁ｒＩｔ还包含１６０２液品　，Ｊ　模块　，州速电　动机、　，Ｉ￣；ＳＰ８２６６ｗｉｆｉ模块，粉　他感　等．总体连　接　２所爪　罔２　硬件总体连接示患　３　软件设计　３．１控制系统程序流程　一Ｉ＜广　一８０，￣＜２０——＿’１０［ｉ　Ｌ　，　　３控制系统稃　流释罔（　）　３．２　编译环境　Ａｒｄｕｉｎｏ　ＩＤＥ是Ａｒｄｕｉｎｏ的开放源代码的集成开发　环境　，其界面友好，语法简单以及能方便地下载程　序．．ｈｒｄｕｉｎｏ　ＩＤＥ编译环境简单易用，渊试过程示意　如图４所示。　工．Ｊ　．：Ｉｌ；■　，『¨ｌ　ｒ　　Ｊ・　。　１ｔ…１　ｄ●　ｈ　－　…－Ｌ　０　…ｌ＾　¨…０　ｔ一　…一－：　ｒ・ｌ　ｌｔ　１　’●　＂１●ｌ　’ｒ　ｌ～ｌ＾ｃ■竹・－　，ｄ　＇…“１＿・　一　Ｅ　…ｔ＿唧　‘…ｔ—　　’图４　凋试过程不恿　３．３　ＰＭ　粉尘传感器模块　本传感器以光的散射原理检测颗粒物浓度　”　进　换算成为质量浓度，并以通用数字接口形式输出。　传感器采用串¨通信方式，传输协议如表ｌ昕示、　表１　粉尘传感器通讯协议　数据位数　重要位数定义　第。位　０ｘ４２（同定）起始符１　第６位　ＰＭ　浓度（标准颗粒物）高８位　第７位　ＰＭ　２，浓度（标准颗粒物）低８位　第３Ｏ位　校验位：第０位＋…．＋第２９位　采用如下程序得到ＰＭ：　浓度　韩宇光，等：智能空气净化平台的开气　ｉｎｃｏｍｉｎｇＢｙｔｅ＝ｍｖＳｅｒｉａ１．ｒｅａｄ（）：／／读取串口发来信息　ｉｆ（ｉｎｃｏｍｍｇＢｙｔｅ＝＝０ｘ４２）／／确定起始符　ｃｏｕｎｔ＝０：　ｉｆ（ｃｏｕｎｔ＝＝６）／／ｐｉｎ　５高８位　ｔｅｍｐ　ｉｎｃｏｍｉｎｇＢ）　ｔｅ；　ｉｆ（ｃｏｕｎｔ＝＝７）／／ｐｒｏ　５低８位　ｒｅｔｕｒｎ（２５６　ｔｅｍｐ＋ｉｎｃｏｍｉｎｇＢｙｌｅ）；／／合并２　ｌ’　ｔＰ．返同　ＰＭ　，浓度　３．４　ＰＷＭ调速模块　脉冲宽度调制（ＰＷＭ）是利用数字输出来对模拟　电路进行控制的一种技术，应用领域广泛　，如图５　所示。图中：ｔ　为ＰＷＭ波的时间周期；ｔ　为其高电　平持续时间，则占空比公式为：　Ｄ＝ｔ（）　／ｔ　Ｍ　（１）　式中：Ｄ表示高电平时间占总时间的百分比。Ｄ作为　调速信号由Ａｒｄｕｉｎｏ产生进入调速电动机，控制电动　机转速，进而调节净化强度。　Ｄ＝５０％Ｄ＝３３％Ｄ＝２５％Ｄ＝－１　７％　Ｍ　ｒ］ｒ］几『１　Ｐ．＿／ＰＷＭ＿．　５　ＰＷＭ波彤不恩【刳　３．５物联网数据传输　ＯｎｅＮＥＴ是一个ＰａａＳ（平台即服务）物联网开放平　台，在物联网领域经常使用，开放的第三方接Ｌ＿Ｉ可以使　ＥＳＰ８２６６ｗｉｆｉ模块传输数据到云端储存分析，以存应用　中创建的仪表盘和折线图为媒介，构建实日１ｆ污染物质　量监测平台”‘　。．．　４运行结果分析　收集了污染指数较高的空气做样本进行净化实　验　随着净化过程的进行，可以在ＯｎｅＮＥＴ平台　奠　集到空气质量的数据变化，如图６所示　可以看　｛，净　智能空气净Ｉ化监测平台　图６云平台净化效果图　化效果　著，虽然由于传感器偶然误差和自动控制系　统的震荡等原　，监测结果有一定的波动，但总体　来看，ＰＭ　污染物含量最终降低了６５．５ｃ／ｃ，最终含量　约为２２～２４　ＩＸｇ／ｍ　，低于环境空气质量标准巾规定的　年平均值３５　ｔ．Ｌｇ／ｍ　：，达到了良好的净化效果　５　结　语　本设汁与传统净化器设计相比，实现丁　动控制、　节约能源、实时反馈的作用，净化效果优良．将智能控　制．物联网融入其中，该平台使用操作简单，人性化程　度高：经过测试，具有良好的实用性和智能性，达到了　较好的卒气净化效果。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：　［Ｉ］　５　嫂．彩钎．陈慧，等堆ｒ信息融合技术的　Ｃ质蟥愉测　系统［．　．电子器件ｔ．２０１　３．３６（４）：５５４—５５８　［２］　５　，刘　侠．病房ＰＭ：　临测系统的研究　Ｊ　Ｉ　疗装箭，　２０ｌ４．２７（２）：２８—３Ｏ　３］　义桂坨，米歼新蛙　于：ＡｍＩｎ，　的静电式智能　净化　系统没　汁　Ｊ　Ｊ　ｆ々感器　ｊ做系统．２０１　６，３５（７）：９０—９３　４］　蔡脊妍１、ｒｄｕｉｍ￣的　理及鹿川　Ｊ］电　没汁１徉，２０Ｉ　２．２０　（１６）：Ｉ　５５—１　５７　５］　鳆丽雯．韩荣荣．宋汀敏，等牲ｊ：ｔ、ｒｄｕｉｎｏ／、ｍｈｏｉｄ的　ｆ　控制　小１　没汁［．１’　验　研究　探索．２（）ｌ　５，３４（１　１）：５３—５６．　６　］　志赣．刘　、卜．张旭嫒，等．液　ｌ　（：Ｉ）Ｉ　６０２馍块的ｆ　川ｌＪ　【　电技术．２００９．３２（３）：２１—２３　７］　ｆ：　史，ｆ｛ｌ５晓根，　建ｉ１ｔ，等．ＬＣＩ］Ｉ　６０２　温窜【：【）、增施抒　：剐器ｔＩ１　的晦¨Ｊ［＿Ｊ］安徽农、『　科学．２００８．３６（３３）：ｌ　２２．１　２４　：８］　丈　ｉ槐．甫　，张　迎，等宁气负离子发　歧伍离１　发，｛：利　料简介ｌＩ　１化学敦学．２（）ｌ５（１）：９２—９５．　９１　夸　：海，郄琳琳，Ｉ　毅　蹙．等．Ａ　ｒｄｕｉｎｏ集成歼发环境１　ｌ　命令　洋解　Ｊ］．电ｆ制作．２０１　３（１７）：７２—７４．　１０］　、　东堆ｒ激光散射法的人气ＰＭ２　５　ｒ】动　测系统的没汁　ｌ】］¨Ａ尔滨：哈尔滨婵】　大学．２（）１　５　ＩＩ　悯幔琦．ｒ啪煳　，牛　寮．等．旗下Ｆｆ　【　＾　流电动Ⅳ　０　Ｉ’　Ｍ控　制『Ｊ　．实验窜研究　－ｄ探索．２０ｌ４，３３（９）：４４－４７　［１　２］　（：Ｎ一（；Ｂ　；境窄气匝　标准：Ｓ］２０１　２．　１　３］　ＡｌｍＰ　Ａ．Ｍ｜ｌｌ＿ｉＩ１、ｉ　Ａ．Ｍｍ＇ｌ＿ｌ１Ｉ　¨Ａ．Ｅｎｈａｍ　ｉｎｇ…ｔ　ｔｌ：４ｔｌｌＰｌｉｌｔ　ｎｌ　ｑｕａｌｉｔ）　ｔｈＩ’ｍｔｇｈ　ａ　ｔｉｒｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｉｎ　ｍｏｈｉｌｅＡｉｉ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｉｉＯ　ＴｌｉＩＯｌｉｎｇ　ｓｆ】ｉｉｓｏ！　ｌｌｔ￣ｔＷＯｌ’ｋｓ［Ｃ：／／ｌＥＥＥ　ｌｎｔｅｉｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｍｆｆｍ　『ｌＩ　Ｏｌｌ　、ｌＩ、ＩｌＩ　ｒＩＩ　Ｉｌｉｌｔ　ｌ１ｉｇｒｎｌ　Ｍｅ￣、ｈａｌｔＯ１１ｉｔ　ｓ（ＡＩ、１）Ｂａｎｌｔ　＾ｌＩ）ｔ　１ｔａ．ｔ］ａｎａｄａ．２０Ｉ６：　１０２２．１０２７．　Ｉ４　Ｗａｎｇ｝ｈｍｇ—ｌｌ＇ｅｎ，Ｈｓｕ　Ｃｈａｕ—Ｙ【ｌｌ１，Ｊｉａ，．ｒｉｎｇ—Ｉ｛ｒｉｉ．ｒ，“／　《）『　１ｔｉｕ・　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉＩ１１ｌ’ｌＰｎ１Ｐｎｔａｔｉｌ】Ｉ１　ｏｆ　ａｌｌ　ｉｎｎｌＩ、ａｔｉｘ　ｐ　ｓｌ】ｌａｒｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｌａｌｉｆｎ’『Ｉ１　Ｃ　／／２Ｏ１　６　ｈｉｌｅｌｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｍ　…ｌ　Ｎｅｔｗｏｌｋｉｎｇ｜Ｉ１ｌｔＩ　Ｎｅｔｖ，ｏｌ‘ｋ　＾Ｐ１）Ｉｉｃａｌｉｏｎｓ．２０１６：４０４－４０９　１　５　Ｃｈｅｎｇ　Ｙ．１．ｉ　Ｘ．Ｉ．ｉ　Ｚ，Ｐ，Ⅱ／　ｈｎｉ＜ｌ：ａ‘’ｈｎｉｄ—ｂａｓｔ　ｔｌ；ｉｉｌ‘一ｑｕａｌｉｌ）　ｉｌｌＯｌｌｉｌｏｌｉｎｇ　ｓｖｓｌ　１　ｆｏｒ　ｅｒ）ｏｎｅ：Ｃ　／／Ｉｎ　Ｐｉ‘　ｅｅｄｉｎｇｓ＜１ｆ－ｔｈｅ　Ｉ！　ＸＣＭ　Ｃｏｎｆｅｒ　ｌｌｔ１Ｐ　Ｏ１１　Ｅｎｌ｜ｉｅｔｈｌｅｄ　ＮＰｔｗｏｒｋ　ＳＰＩ１ｓＩｊｒ　ＳｖｓｔＰＩｌｌ　．２０ｌ４．２５１　２６５．