基于樹莓派與yeelink平臺的智能空氣凈化器

張宇翔，黃茂云，顧海軍

（江蘇省徐州市中國礦業大學徐海學院 江蘇 徐州 221008）

1 引言

隨著中國城鎮化、工業化程度的不斷加深以及當前室內化學裝修用品的增多，使得室內pm2.5，甲醛等含量超標。因此，本文從理論和實踐方面相互結合設計了一種智能化空氣凈化器系統，來幫助改善室內空氣質量。并以目前市面上出現的空氣凈化器作為基礎，然后設計一款集空氣凈化顯示和控制于一體的硬件設備，并基于物聯網技術設計并開發出一種可行的軟件方案來達到可以有效的改善室內空氣質量的目的。

2 硬件部分

2.1 樹莓派

本文是以樹莓派2代B型作為上位機，樹莓派是由英國的慈善組織“Raspberry Pi基金會”開發的，一開始作為價格低廉的卡片電腦給學生計算機編程設計的。樹莓派的本質是基于Linux操作系統，其優點是接口多并且可操作性強，所以樹莓派在物聯網和自動控制系統方面有著很大用處。

2.2 激光型pm2.5傳感器

針對市面上出現的空氣凈化器，了解到有激光型和紅外型，對于這兩種傳感器進行分析。紅外型不能靈敏采集空氣中 PM2.5濃度值。激光型將頻譜窄并且能量強的激光作為光源，從而能靈敏采集空氣中PM2.5濃度值。因此選用激光型的傳感器可以精確地檢測當前室內中的空氣質量。激光型PM2.5傳感器讀取到值后與上位機的數據進行比較，從而通過樹莓派的各個接口來自動控制不同繼電器的轉化，達到電機轉速的自動調整的目的。此外還將溫濕度傳感器等傳感器加入到該設備中，可以將當前室內中pm2.5，溫濕度以及甲醛含量顯示出來。

2.3 溫濕度模塊

該模塊的傳感器采用DHT11可以檢測周圍環境的溫度和濕度且濕度測量范圍：20%～95%，溫度測量范圍：0度～50度，傳感器的工作電壓3.3V～5V并且以數字形式輸出。其中VCC外接3.3V～5V；GND外接GND；DO小板開關數字量輸出接口接樹莓派IO口

2.4 電機驅動模塊

該設計中電機驅動模塊選用了繼電器配合電容來控制空氣凈化器的電機轉動，該繼電器模塊模塊采用了貼片光耦隔離，具有穩定性好驅動力強的優點。并且可容錯，控制線即使斷開，繼電器不會動作。高低電平觸發選擇端：S1-S4依次為繼電器高低電平觸發選擇的4路。低電平觸發：對應的com與low端短接，高電平觸發：com與high端短接。

3 設備的主要研究方面

3.1 硬件系統平臺搭建

本設計將采用樹莓派作為上位機。通過配置系統并和外部多種傳感器相連接方便后期數據采集。根據讀取到的PM2.5 濃度，用樹莓派的不同接口配合繼電器來實現自動調節電機轉速的目的，從而讓空氣從濾網中過濾，可以智能化的對空氣進行自動凈化。并且采用LCD1602液晶顯示屏模塊，可以直接將當前空間中PM2.5的濃度、溫濕度顯示在液晶屏幕上。如圖1所示為該設計的流程圖。

圖1 所示為該設計的流程圖

由圖1可知智能化空氣凈化器系統通過PM2.5傳感器采集室內PM2.5濃度數據，然后上位機通過采集到的PM2.5數據進行分析判斷，并控制空氣凈化器的輸出檔位，以達到最佳空氣凈化和節能的效果，最后wifi模塊將采集的PM2.5數據上傳給物聯網云平臺，以達到實時監控的目的。

3.2 數據采集和利用

此設計是通過編程技術，將Raspberry Pi強大的數據處理功能加以利用，對傳感器上傳數據進行分類記錄。一方面可以實時作為監測數據輸出顯示，同時也奠定了智能控制的數據基礎。將激光型pm2.5傳感器與繼電器通過樹莓派的GPIO接口相連，傳感器獲取的數據讀取并傳到上位機中，繼而通過電機狀態來控制空氣凈化器的繼電器的開／關來控制。該設計采用4路5V繼電器模塊光耦隔離，并將電機分為4個檔位，其中PM2.5＞301強風檔；PM2.5＞201 中風檔；PM2.5＞101弱風檔；PM2.5＞0低風檔。

3.3 智能控制方法的實現

利用Raspberry Pi配合外部控制器，以采集的數據作為基礎，設計一套高效率的控制流程以實現空氣凈化器的智能自動控制，即自動識別室內空氣質量的優良程度并自動地調整工作強度。

3.4 與移動平臺互聯

為滿足物聯網和智能家居的需要，該設備可以與yeelink實現信息互傳，可以讓用戶通過網頁或者手機APP在線實時監控當前室內中空氣質量。在移動設備上開發客戶端用于實現對控制系統的遠程連接，數據監測以及狀態控制等功能。如圖2所示為互聯網平臺讀取的數據。

圖2 所示為互聯網平臺讀取的數據

4 結語

該設計是基于樹莓派的高性能系統作為上位機，通過PM2.5傳感器實時讀取室內中的PM2.5含量上傳到上位機中，實時檢測數據并通過繼電器的不同檔位自動對空氣凈化器進行控制。經實驗驗證，該設計可在90秒內迅速將小范圍空氣PM2.5的值下降到正常值。

此外通過yeelink平臺可以使智能移動設備配合客戶端，實現對空氣凈化器遠程連接，實時監測室內PM2.5/PM10濃度以及甲醛含量；并進行智能控制及運行狀態查看，工作狀態記錄等功能。

利用此系統基本可以滿足用戶對空氣凈化器無線控制、智能控制的需要，并且可以對室內空氣質量以及空氣凈化效果實時查看，更好地幫助家人和朋友抵御霧霾、甲醛對身體的侵害。同時此設計進過擴展改進后也可廣泛應用于醫院、商場、寫字樓及廠房等多種室內環境中，具有良好的商業前景。

[1]湯云峰.空氣凈化器智能化系統的設計與實現.

[2]崔燕燕.智能空氣凈化器項目開發中的交互設計與實現.

[3]霍昕澤.基于樹莓派的智能監控系統 現代工業經濟和信息化2017年11期.