基于STM32的智能空氣凈化系統的研究設計

王明亮+白超+呂俊飛+夏旭洪

摘 要：目前空氣質量引起環境污染事件多有發生，但現有的空氣凈化系統功能比較單一，只能采取簡單的現場監測然后通過就地控制凈化，并且價格較高使其并沒有能夠普及。針對以上情況，文章設計了一種基于ESP8266 WIFI模塊和STM32嵌入式微處理器的遠近程控制裝置，該裝置可以檢測現場顆粒物、甲醛以及溫濕度參數，在手機客戶端顯示當前檢測到的值，進而自動或者啟動凈化系統。系統設計實現了溫濕度監測、甲醛監測、PM2.5監測、加濕控制、空氣凈化控制以及產生負離子等功能，測試使用效果良好。

關鍵詞：STM32；遠程監控；智能凈化；ESP8266

中圖分類號：TM925.16 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0107-02

Abstract： At present， most of the air pollution events are caused by air quality， but the existing air purification system function is relatively simple， and can only be dealt with through simple on-site monitoring and then purified by local control. And high prices make it less popular. In view of the above situation， this paper designs a kind of remote and near range control device based on ESP8266 WIFI module and STM32 embedded microprocessor. The device can detect particulate matter， formaldehyde and temperature and humidity parameters， display the current detection value in the mobile phone client， and then automatically start the purification system. The functions of temperature and humidity monitoring， formaldehyde monitoring， PM2.5 monitoring， humidification control， air purification control and negative ion production are designed and realized.

Keywords： STM32； remote monitoring； intelligent purification； ESP8266

1 概述

本文研究的智能空氣凈化系統是通過GP2Y1010AU粉塵傳感器等其他傳感器來檢測室內空氣質量，采用STM32系列單片機為核心，WIFI和紅外進行遠程、近程控制方式。傳感器采集到的信息進行信號處理分析，通過Andriod系統的手機進行遠距離控制。從而達到室內空氣的凈化與保溫，加濕，還室內一個清新潔凈的環境。

凈化系統中含有活性炭——納米TiO2和過濾初級和多級過濾棉，結合傳感的使用、液晶顯示串口通信協議，使其具有多功能凈化功能。裝置通過抽取、吸附、過濾顆粒物及微生物、進行殺菌消毒與去除一些異味，然后使室內空氣質量得到凈化清新，實現凈化器的智能控制。

2 系統結構設計

系統以STM32F103RBT6處理器為控制核心，通過手機客戶端和紅外進行該智能空氣凈化器的遠近程控制，信號由各個傳感器檢測，經過轉化，把相應的數據傳給微處理器，處理器根據檢測值進行控制。

裝置輸入模塊為各路傳感器采集到的信號，主要有溫濕度的傳感器DHT11、甲醛的傳感器、顆粒物傳感器等。傳感器輸出的數據顯示在手機客戶端上。若檢測到環境的溫濕度高于一定值，芯片把控制信號發送給繼電器模塊。繼電器模塊上的排風扇此時開始工作，從而使環境溫濕度降低。甲醛傳感器選用了數字型傳感器，其將接收到的信號通過與比較器設定值相比較，若甲醛濃度超過一定值，則通過單片機控制啟動排風。PM2.5粉塵灰塵傳感器選擇了數字式開關量傳感器，工作方式相同。系統結構如圖1所示。

2.1 電源電路設計

本系統采用AC220V供電，通過開關電源得到12V電源，供給電機使用；再用MP2303將12V轉化為5V，最后又AMS1117將5V轉化為3.3V供給單片機使用，5V轉換電路如圖2所示。

2.2 風機及加濕器控制電路

系統采用了繼電器輸出控制，光耦通過單片機PC3控制，有信號時光耦接通使三極管導通，從而來控制繼電器的開與關。其中LED用于繼電器工作狀態指示。控制電路如圖3所示。

2.3 WIFI模塊電路

系統WIFI通信使用了ESP8266模塊，通過STM32微處理器的串口3管腳來控制WIFI模塊的RXD與TXD管腳完成串行通信控制。由管腳CH-PD控制模塊上電、下電及重啟控制。GPIO12連接的按鍵SW-PB是模塊的復位鍵。LED6是檢驗單片機與WIFI模塊進行數據傳輸的信號指示，在進行數據傳輸時該LED會每個幾十毫秒進行發光閃爍，當沒有信息信號交流時，該LED會一直處于高電平狀態，即會一直處在接通高亮狀態。電路圖如圖4所示。

ESP8266擁有強大的處理能力、RAM與ROOM，通過IO口就可接入集成感應器和設備，使設備占有處理器的資源最少化。

2.4 HMI串口屏

系統選用了HMI串口屏作為顯示終端。HMI串口屏就是封裝某些通信協議而制成的屏幕，這種屏幕可以通過串口USART或者SPI等等與微處理器進行數據交流。微處理器可以通過串口發指令來控制屏幕從而改變顯示的屬性。

對于HMI串口屏而言，該串口屏而單片機連接并不需要其它外部電路的輔助，僅僅需要占用單片機的一個串口2，通過RX，TX與單片機完成交互。其次，它與單片機的數據傳輸速度不受限制。屏幕指令簡單，不需要上位機的復雜操作等進行輔助。裝置運行界面如圖5所示。

3 結束語

系統實現了通過手機客戶端APP對智能空氣凈化器的監控，從而營造了良好的室內環境。隨著智能家居環境監控技術的快速發展，相信遠程無線通信技術與家居設備的智能化，一定會產生驚人的效果，為人們帶來更加安全、舒適、方便的生活環境。

參考文獻：

[1]李文強.空氣凈化器智能控制系統設計與研究[D].湖南師范大學，2016.

[2]湯云峰.空氣凈化器智能化系統的設計與實現[D].東南大學，2015.

[3]房金寶，韓宇光，張賢益，等.智能空氣凈化器的設計與開發[J].科技創新與應用，2017（03）：66.

[4]吳靈輝，宋建平，吳小龍，等.新型空氣凈化裝置的研制[J].科技創新與應用，2012（21）：53-54.

[5]黃志誠.新型高壓殺菌空氣凈化器的設計[J].科技創新與應用，2013（28）：5.endprint