室內(nèi)智能環(huán)控舒適度控制器設(shè)計

【摘? 要】隨著人們對環(huán)境、生活品質(zhì)的要求提升，室內(nèi)空氣質(zhì)量顯得越發(fā)重要。針對此現(xiàn)象，我們提出了基于STM32F429單片機(jī)的室內(nèi)智能環(huán)控舒適度控制器，根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對比得出此時的人體所在環(huán)境是否安全舒適并生成舒適值，根據(jù)實際環(huán)境智能調(diào)控室內(nèi)環(huán)境。該系統(tǒng)設(shè)計是以STM32F429單片機(jī)為控制核心，通過檢測室內(nèi)PM2.5粉塵濃度、甲烷氣體濃度、C02氣體濃度、溫度、濕度以及室外噪音強(qiáng)度等值，綜合計算舒適度。并設(shè)置合理閾值控制步進(jìn)電機(jī)做直線運(yùn)動開關(guān)門窗和窗簾，并根據(jù)有害氣體成分含量的多少控制新風(fēng)系統(tǒng)做出相應(yīng)處理，以此實現(xiàn)室內(nèi)智能環(huán)控。

【關(guān)鍵詞】STM32F429;舒適度;智能環(huán)控

引言

隨著城市化建設(shè)的加快，人們的生活水平不斷提高，對美好的生活、環(huán)境品質(zhì)均提出了提高的要求。但重經(jīng)濟(jì)輕環(huán)保的觀念，使得空氣污染逐漸成為嚴(yán)重的問題?？諝庵械腜M2.5、甲醛、CO2濃度上升、城市噪音污染等，開始嚴(yán)重影響人們的生活。設(shè)計一款室內(nèi)智能環(huán)控舒適度控制器，進(jìn)行有害氣體的濃度、周邊噪音的監(jiān)測，并根據(jù)舒適度的標(biāo)準(zhǔn)，自動對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高室內(nèi)空氣質(zhì)量，存在著很大的實用性和必要性。

1.方案設(shè)計

室內(nèi)智能環(huán)控舒適度控制器的設(shè)計如圖1所示，由STM32F429單片機(jī)控制、各類傳感器采集模塊、電機(jī)驅(qū)動控制電路、LCD觸摸屏模塊、電源電路等組成。

單片機(jī)為其核心元件，采集傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，并控制步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)，也通過繼電器控制新風(fēng)系統(tǒng)工作狀態(tài)。PM2.5傳感器測量粉塵濃度，氣體傳感器監(jiān)測甲烷、CO2濃度，噪音傳感器監(jiān)測噪音強(qiáng)度，溫濕度傳感器監(jiān)測室內(nèi)溫濕度，監(jiān)測電路將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中進(jìn)行處理，在觸摸屏上顯示各環(huán)境參數(shù)的指標(biāo)，并支持用戶設(shè)置各種舒適度參考值，以及手動對室內(nèi)設(shè)備的控制。

2.部分硬件設(shè)計

2.1 PM2.5傳感器電路

該電路中采用的PM2.5傳感器直接與單片機(jī)的串口連接。PM2.5傳感器負(fù)責(zé)把凈化器處理后的粉塵濃度數(shù)值采集起來通過串口傳輸給單片機(jī)。

2.2噪音傳感器電路

噪音傳感器電路是用來檢測室外噪音大小的，便于控制系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)窗等調(diào)節(jié)功能。本模塊利用LM386傳感器，依據(jù)芯片文檔設(shè)計了電壓增益電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路?？梢詫崿F(xiàn)增益調(diào)節(jié)、數(shù)字和模擬量同時輸出，使該噪音傳感器模塊具有了功耗低、增益可調(diào)、失真小的優(yōu)點。

3.環(huán)境指標(biāo)舒適度調(diào)節(jié)設(shè)計

在本設(shè)計方案中，需要采集的有噪音、溫度、濕度、甲醛、CO2等參數(shù)，對于每個指標(biāo)參數(shù)均在線整定設(shè)置一個RCI，通過所測量到的參數(shù)值，實時計算該指標(biāo)當(dāng)前的CI，并與預(yù)先所整定的該指標(biāo)的RCI進(jìn)行比較，如果越限，則進(jìn)行打開窗或啟動新風(fēng)系統(tǒng)的工作，來調(diào)節(jié)CI，進(jìn)而達(dá)到讓人感覺最為舒適的目標(biāo)。以溫度舒適度調(diào)節(jié)為例，為計算出當(dāng)前溫度CI，室內(nèi)平均溫度與CI之間是線性關(guān)系，則CI可表示為：CI=T-TA，其中為室內(nèi)溫度實時采集值，TA為舒適度為0（對應(yīng)于最舒適）下的理想溫度值，簡稱臨界溫度，該溫度值可以通過進(jìn)行在線設(shè)定。為判斷CI是否發(fā)生越限，需要將CI與RCI進(jìn)行比較，其越限判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：假定溫度CI在-3與3之間，當(dāng)|CI-RCI|<0.5時，人們感覺舒適，即大于0.5或小于-0.5都會使人們感覺不舒適，都被稱作CI越限，其中大于0.5會使得人們感覺過熱，此時需要啟動新風(fēng)系統(tǒng)，開始通風(fēng);小于-0.5會使得人們感覺太冷，此時關(guān)閉新風(fēng)系統(tǒng)，停止通風(fēng)。以此類推，當(dāng)室外噪音CI越限，智能控制器啟動步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行開窗動作;當(dāng)濕度CI越限、或甲醛CI越限、或CO2濃度越限，智能控制器啟動新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行換氣。

4.控制器實物與總結(jié)

本設(shè)計制作的實物系統(tǒng)能在觸摸屏上設(shè)置各指標(biāo)參考值，通過連接各類傳感器，實現(xiàn)了對室內(nèi)環(huán)境的檢測和智能控制，對室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。用戶也可以通過手動控制，來改變此時室內(nèi)的空氣，具有很高的實際使用價值。

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基金名稱：浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代交通技術(shù)專群建設(shè)基金（Y-0204-17-200）、浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院高教研究項目高職“雙創(chuàng)”人才培養(yǎng)理念下的職業(yè)技能與職業(yè)精神融合研究 （編號：A-0282-18-010）。

作者介紹：高雄（1989-），男，碩士，助教，研究方向為電氣工程。