基于機智云平臺的智能家居空氣檢測及凈化設計

陳龍杰 孟德明 農淦 姚紅巖 羅曉悅

摘? 要：相關數據表明，我國2014年智能家居銷售額已達286億元，2015年達403億元。智能家居市場非常之大，并且產值幾乎是成指數倍的增長。2022年全球智能家居市場規模將達941億美元，智能家居行業前景十分廣闊。本項目論文研究設計基于STM32實現室內空氣監測和排氣系統，實時監控室內空氣，采集室內溫濕度、CO、CO2、PM2.5等各項指標，并將數據上報至APP客戶端，用戶可根據反饋的數據信息動態控制凈化系統。

關鍵詞：STM32? 空氣監測? 數據上報? APP客戶端? 排氣系統

中圖分類號：TU855? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（a）-0106-04

Abstract： According to relevant data shows that the smart home sales in 2014 reached 28.6 billion yuan， 40.3 billion yuan in 2015. Smart home market is very large， and the output value? increased almost exponentially. In 2022， global smart home market scale will reach $94.1 billion， and intelligent home industry has a very broad prospect. This project paper study design based on STM32 for indoorair monitoring and exhaust system， monitor indoor air in real time， collect indoor temperature and humidity， CO， CO2， PM2.5 and other indicators， and report the data to the APP client. Users can dynamically control the purification system according to the feedback data information.

Key Word： STM32; Air monitoring; Date report; APP client; Exhaust system

智能家居空氣凈化裝置在不同的環境中都有它的市場價值，我國自從2015年智能化硬件在國內廣為推廣，越來越多的家庭能享受到更便捷、舒適、安全、健康的家庭環境。

1? 智能家居的系統設計原理

氣體傳感器通過與stm32f767的模擬轉數字接口進行數據交互，MCU將獲取的數據通過WIFI模組進行智能家居氣體與機智云IOT平臺物聯，并實時上報至云端，用戶可根據APP客戶端來讀取傳感器的數據，用戶根據反饋開啟凈化系統（見圖1）。

2? 溫濕度及氣體濃度獲取方法

根據各個傳感器的特性曲線得出電壓和氣體濃度的關系，利用線性回歸可以大致確定氣體的濃度值。

2.1 MQ-7一氧化碳氣體濃度獲取方法

MQ-7靈敏度特性曲線（見圖2）。

根據曲線表可以列出部分Rs/R0與ppm的對應值，如表1。

Rs/R0與ppm的計算公式，如下（根據Excel生成的公式）：

ppm=98.322f*pow（Rs/R0，-1.458f）

傳感器的表面電阻Rs，是通過與其串聯的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出而獲得的。二者之間的關系為：

Rs/RL = （Vc - VRL） / VRL

根據上述的分析即可得出一氧化碳的濃度。

2.2 MG811二氧化碳濃度獲取

如圖3濃度的對數成反比（EMF=a+b*log（ppm）。將相關的數值算對數之后，按線性關系來處理。ppm=10^（（EMF-a）/b）。a和b通過對300ppm以上的數據做線性回歸得到。

2.3 PM2.5濃度獲取

PM2.5濃度與電壓的曲線如圖4所示。

[關于煙的檢出、判定值]

可以檢出的范圍= 輸出電壓范圍：VoH（V）—無塵時輸出電壓：Voc（V）。

將此換算成粉塵濃度：

檢出粉塵濃度范圍（mg/m3）=檢出可能范圍 （輸出電壓可變范圍（V））÷檢出感度：K（V/（0.1mg/m3）。

煙檢出的情況下，其判定值如下：

判定值 = 檢出濃度（mg/m3）÷10×K（V/（0.1mg/m3）+無塵時輸出電壓（V）

2.4 DHT11溫濕度數據獲取

DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數據格式，一次傳輸40位數據，高位先出。PM2.5濃度與電壓的曲線如圖4。

DHT11的總體通信流程。第一步：主機發送開始信號，從機返回一個信號進行應答。第二步：主機信號線拉高準備接收數據。第三：開始接收數據（一次接收40位）。

2.5 排氣系統控制方案確定

利用STM32F767來實現排氣系統通斷的控制，使用電機驅動模塊和升壓模塊驅動電機工作。

3? Android應用開發

3.1 概述

使用Android Studio進行APP應用開發通過APP客戶端實時讀取氣體和溫濕度數據和通過APP客戶端對設備進行動態控制。整體框架搭建如圖5所示。

3.2 程序設計

UI 遵循QMUI的設計原則，實現了良好的頁面響應以及基于機智云平臺的應用。

3.2.1 主要界面

閃屏頁：App每次冷啟動過程中展示給用戶的過渡頁面。

WIFI登入界面：用戶需要通過登入WIFI查看云端返回到客戶端的數據。

主設備界面：顯示用戶創建的設備。

控制界面：用戶對數據進行監控和控制凈化系統的頁面。

3.2.2 主要功能

云端通信：

使用機智云設備接入SDK來進行APP與設備之間的數據透傳、設備的監控和動態控制。

用戶可以檢查控制界面返回的數據信息對終端設備進行動態控制或者自動控制。

4? 結語

本文設計了一種空氣質量檢測和凈化設計，其關鍵是設計獲取傳感器電壓數據轉換成對應的值，本研究基于實驗的基礎上設置氣體和溫濕度的閾值，。測試結果表明，本文所做的設計可實現氣體的濃度檢測和凈化。

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