广东顺德博兰尼电器实业有限公司广东佛山528305
摘要：随着科学技术的发展，我国的工业化进程有了很大进展，空气污染越发严重，这不仅会对人的身体健康产生伤害，还会间接影响人的精神健康。为解决车内空气污染问题，本文设计了一款基于物联网的空气净化系统。该系统主要由两部分构成：空气净化器和移动应用软件。空气净化器利用单片机一方面实时监测车内空气质量，另一方面自动控制空气加湿单元、净化单元、设备联动单元，同时通过板载Wi-Fi模块连接物联网平台。手机应用软件能远程控制空气净化器，实现加湿、净化空气及温控器联动这三大主要功能，在享受万物互联便捷的同时有效改善车内空气质量，提高了车内居住环境的舒适度。
关键词：物联网；空气净化器；空气质量监测；Wi-Fi
引言
空气净化器的市场在中国正在兴起，中国品牌的空气净化器市场前景良好。空气净化器装置，是将车内空气吸入，经过滤后再送回车内，不断自循环以减少悬浮颗粒，提高空气洁净度。当前市面上流通的空气净化器类型主要有纯净化，车载，智能，健康检测型。其中智能型可以实现自动化操作、智能监控空气质量。智能产品越来越被年轻人所接受，智能产品无疑代表着未来。
1空气现状调研与净化类产品分析
2018年最新出的报告《全球空气状况》显示，世界上95%以上的人口仍然呼吸着超过全球空气质量指导方针中微粒含量的污浊空气。为了缓解空气污染带来的危害，满足人们对车内空气质量的要求，各种家用空气净化器应运而生。空气净化器由高压产生电路负离子发生器、通风机、空气过滤芯片等系统组成。由于对环境的担忧和对生活品质的重视，越来越多的用户开始注重空气净化器产品使用功能层面带来的附加价值，目前市面上的空气净化器品牌主要有美的、海尔、格力、三星和飞利浦等，空气净化器产品的未来发展趋势呈现出以下几个方向：（1）以用户为中心，根据不同用户的典型需求进行设计；（2）使用环境分化，家用、医用、办公室、公共场合甚至出行便携用，需求细化趋势日渐明显；（3）节能环保型空气净化器；（4）数字化、智能化的变革，伴随智能感应追踪净化、陀螺仪等技术应用。
2系统总体设计概述
2.1空气净化系统软件设计
在空气净化与加湿的过程中，首先对单片机串口及各个模块进行初始化，实现WiFi模块与手机之间的通讯，然后单片机检测按键状态是否改变或手持终端是否通过WiFi发出控制紫外线灯、抽风机或加湿器的控制命令，单片机可根据相应的按键状态或手持终端发出的命令做出相应的控制动作，完成整个空气净化器的控制过程。
2.2系统硬件电路设计
①电源管理电路。本系统采用的是外部DC12V供电，在DC12V输入后直接给等离子、负离子、风机这些负载供电，然后通过DC-DC变换将DC12V降为DC5V，为各类传感器供电；最后再利用LDO将DC5V分两路降为3.3V，一路为主控单元及其外围设备供电，一路为Wi-Fi模块供电。②MCU主控单元电路。STM32F103系列单片机微处理器构建于高性能的Cortex-M3（32位RISC）内核，是一种拥有高速处理能力的强大单片机，性价比卓越。默认工作主频为72MHz，其内置高速存储器，拥有丰富的增强型I/O端口和外设。片内集成最高64KB的RAM以及512KB的ROM，同时支持JTAG和SWD两种调试方式，具有两个12位逐次逼近型的AD转换器，最高分辨率为12位，4096级。最高具有11个定时器、4个16位定时器、2个看门狗定时器、1个系统滴答定时器。另外，它还具有2个IIC接口、5个USART接口、3个SPI接口、CAN接口、USB2.0接口等外设。③设备联动模块电路。在与其他设备进行联动时，系统采用RS485总线的物理通信接口与联动的设备连接，通过差分的方式传输信号，通信稳定、不易受外界干扰，并采用现场工业总线标准ModbusRtu协议与联动的设备进行通信交互。④传感器及净化单元电路。MCU主控单元通过I2C、串口、AD等外设接口读取传感器的数据；净化单元模块有等离子、负离子、新风风机、出风风机组成，风机使用PWM进行调速实现四档风速的调节；使用物联网平台涂鸦智能平台提供的Wi-Fi模组，以实现与涂鸦智能云平台的连接。通过加湿阀与加湿电机可实现车内恒湿的控制。⑤红外及声光指示单元电路。MCU主控单元通过级联2个74HC595来控制多个双色LED及蜂鸣器，节约了MCU中GPIO的资源，降低了成本；同时具有红外接收管，其在异常情况下，可使用本地的红外遥控器对系统进行控制。
3控制系统软件设计
为了实现对车内空气的更新、净化和除尘的效果，就要让主程序实现换气、臭氧杀菌、负离子和静电除尘循环工作。并且为了满足车内舒适感，需要满足车内人员的自由设置，比如送风的风速、湿度。空气净化器开机后，等待选择自动模式或手动模式。若选择自动模式后，机器等待人工输入参数，如风速、湿度和温度等要求。等待参数载入后，净化器依据温湿度传感器DHT11采集的数据为依据完成加湿等工作。在进行换气工作时，通过臭氧杀菌模块和静电除尘模块，保证进入车内空气洁净清新。之后在车内空气小循环的过程中，持续执行除尘净化的功能。完成整个工作状态后，对参数进行检查对比，如果参数无更新代表着净化器完成了一开始的预先设置，可以结束整个程序。参数若更新，将重新载入参数，继续执行换气、净化等功能。
4实现功能
本系统由空气净化器和手机应用软件两大部分构成，使用Wi-Fi连接互联网，实现空气净化器与物联网平台后台的连接，手机客户端也通过网络与物联网平台连接，可远程实时查看状态，并实现对空气净化器的控制，主要实现功能如下：①远程查看车内空气质量及控制空气净化器，方便快捷；②过滤空气中大部分的颗粒物，改善居住的空气环境；③等离子和负离子杀除空气中大部分对人体有害的细菌，减少生病的几率；④为车内提供足够的水分，为人们提供更加舒适的气候条件；⑤可以协同温度控制器一起工作，在空气净化器智能化后，将温度控制器也加入物联网中，提高了人们对小家电的科技感，更加方便人们的生活。
结束语
综上所述，本系统设计的基于物联网的空气净化器，经过测试可实现设计之初的所有功能，且可以长期稳定运行。该空气净化器在可以净化空气的同时，还提供了加湿和设备联动的功能，能有效的改善车内居住环境的空气质量，提高生活环境的舒适度，提升人们的幸福指数。
参考文献
[1]赵秋玥.当“雾”之急为中国消费者提供全方位空气解决方案[J/OL].北京:电器,2013(2).
[2]任鹏宇.仿生形态空气净化器的市场研究与产品开发[J].广西:西江月,2013(16).
[3]陈宇.中国城市大气污染的影响因素研究[D].杭州:浙江大学,2016.
[4]姚佳，张自嘉，朱莉.智能室内空气净化系统设计[J].电子器件，2015，38（1）：203-208.
[5]崔曦元，吴凌智.基于ZigBee无线技术的智能空气净化系统设计[J].软件导刊，2016，15（7）：107-109.
[6]房金宝,韩宇光,张贤益,等.智能空气净化器的设计与开发[J].科技创新与应用,2017(3):66.