智能型室內空氣質量檢測與控制系統

李鑫雨 李志豪 余卓誠

摘要??? 如何智能化地進行室內溫度控制與空氣質量保障之間的平衡工作非常重要。本文筆者從我國現時智能型室內空氣質量檢測與控制研究現狀和存在的問題出發，分析研究了如何利用信息化、數字化等現代技術改善機械通風換氣裝置等問題，以此來提高居民的生活質量水平。

【關鍵詞】室內空氣質量 智能化 空氣質量監測與控制

當前社會高速發展。人口聚居更加明顯，人口密度進一步增大，同時工業化速度越來越快，空氣質量每況愈下，由此帶來的疾病與死亡已經成為影響國民身體健康的重要環境因素。但是在我國現行大部分建筑室內并沒有統一安裝專門的通風設置，尤其是中低端的通風換氣裝置沒有得到很好的研究開發以廣泛地普及開來。

1 智能型室內空氣質量檢測與控制研究現狀

空氣質量問題在過去我國一直沒有受到足夠的重視，一般都是以室內溫度濕度調節以及節省能源的角度進行通風系統的設置裝配的，而對于室內的換氣問題很多哈市依靠自然通風的辦法來實現。只在一些特殊的場所才有專業的換氣裝置，如醫院內的層流病房等。而更加平民化的智能型的通風換氣裝備并沒有得到很好的研究。而傳統的換氣方法又受到室外溫度、天氣、季節等等因素的制約，不能夠保證長期有效的換氣效果，而且機械換氣的裝置能耗巨大，容易造成一些不必要的浪費，因此研究智能化的通風換氣裝置勢在必行。

2 室內機械通風面臨的問題

2.1 室內空風量計算建模測定

目前國內還尚未有一定的住宅通風標準，沒有辦法開展精細化的普適性的通風設置的研究裝配工作。而且目前尚且缺乏相應的通風量測試和建模分析，面對如此龐大的健康應用市場，應該及早進行行業內的質量標準制定。

2.2 機械通風能耗問題解決辦法

在本文中所探討的智能化室內空氣質量檢測與控制系統就是在傳統機械通氣設備控制基礎上運用數字化、信息化的控制系統，利用各種科學儀器捕捉室內的和環境溫度、濕度、空氣質量等等關鍵因素，再通過系統運算來決定排風裝置是否開啟和其使用時長等等問題，從一定程度上緩解機械排風帶來的能源損耗問題。

2.3 如何調節控制不同氣候環境下的系統運行

國內現時采用的機械排風換氣裝置還是主要依靠室內外大氣壓力差來實現的，但是在不同的室內外環境下的氣壓標準是有所不同的，這對于系統性設置排風控制策略提出了很嚴重的挑戰和考驗。對于室內外大氣壓力差較低的環境來說，需要提升排風系統的性能，確保室內空氣能夠與外界進行有效交換。而對于室內外大氣壓力差較大的環境，排風系統需要具備足夠的穩定性，確保室內外空氣質量交換能夠在惡劣條件下有效進行。

3 智能型室內空氣質量檢測與控制設計原則

3.1 穩定全面的系統功能

在進行本次設計時，首先要確保系統的功能齊全以及穩定性，只有系統處于一個穩定狀態，才能夠提供給顧客進行使用。同時，由于現階段人們對室內空氣質量的關注點越來越多，因此本次系統設計應當包含二氧化碳監測、溫度濕度檢測以及排風換氣等功能。

3.2 可靠的性價比

在進行產品設計時，需要充分考慮產品的性價比以及市場效益。在選擇單片機以及中心控制器芯片時，需要注重發揮元器件高性價比的優勢。同時，還需要盡可能的優化成本。

3.3 適合家居普及使用

由于本次研究是面向社會化的，因此產品設計需要充分考慮設備的室內實用性。首先，要確保產品外觀與家庭裝修風格相契合，其次還需要加入人性化的功能設計，例如防噪、鬧鐘提醒等功能。

4 系統設計概要

在物聯網和智能家居系統中，為了有效實現室內空氣質量檢測以及控制的智能化，需要通過嵌入式系統、低功耗局域網協議以及紅外無線通信技術、遠程控制技術來組成。

首先，嵌入式系統裝置主要包括嵌入式計算機系統以及執行裝置，其中，嵌入式計算機系統是其核心，包括硬件層、軟件層以及中間層等結構構成。執行裝置，顧名思義就是被控制裝置，它能夠對嵌入式計算機系統的信號指令進行識別和接受，并根據指令作出相應的動作。本次研究中，選擇mini2440作為嵌入式硬件平臺，Linux則作為嵌入式軟件的應用及執行系統。

低功耗局域網協議，即ZigBee，是指一種能夠在短距離、低功耗等情況下實現雙向通訊的無線通訊技術。

紅外遙控無線通信技術，是指利用單片機STC89C52對脈沖寬度進行測量，并將初始信號中不同類型的時間寬度記憶送至系統存儲區。在進行紅外信號的發射時，能夠在擴展區將所對應的紅外遙控編碼還原出來，并將其搭載在載波信號中，最后，載波信號的紅外遙控編碼在經過三極管放大后發射紅外信號，從而實現指令學習以及發射的目的。在這種情況下，單個遙控器就能夠對多種紅外設備進行遙控。

遠程控制技術，是指借助網絡服務器來實現的。現階段家居智能遙控管理所應用的服務器多為BOA服務器，它是網絡服務器的一種。以Linux系統為運行基礎，適用于嵌入式系統的單任務服務器。相較于其他類型的服務器，它的源代碼處于開放狀態，且性能較之于普通服務器更高。通過將制作的網頁接入到因特網中，再選擇BOA做誒網絡服務器，就能夠實現數據的遠程傳輸以及設備的遠程控制。

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