CN104515549A - 一种室内环境质量监测及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内环境质量监测显示及控制系统，该系统由单片机监测控制电路板和电源控制电路板组成。其中单片机监测控制电路板由MCU微控制器模块、温度及湿度监测传感器、灰尘及烟雾测量传感器、手动按键操作模块、红外遥控操作模块、LCD显示状态模块、蜂鸣器报警状态指示灯电路和电源及继电器控制接口等组成。电源控制电路板由低压模块和高压模块构成，用于给单片机控制电路板提供电源及产生电机电压调速和负离子集尘装置高压。系统工作状态也可人为通过按键手动控制或由红外遥控操作控制，以适应不同工作环境需要。

Description

一种室内环境质量监测及控制系统

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种室内环境质量监测及控制系统。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对室内居住环境的质量要求越来越高。室内空气是室内环境最重要的元素，室内空气可能包含有总挥发性有机化合物、氡、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、颗粒物、氨等，而现有的空气净化装置功能单一。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够解决实时监测室内空气质量并对空气进行有效净化的新型室内环境质量监测及控制系统。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是从提高室内居住环境的舒适度为出发点，设计一种能够监测室内环境的温度、湿度、烟雾、灰尘等影响生活质量的多种环境因素，并能通过手动或自动方式对空气污染进行有效净化控制的系统，能够实时监测室内环境质量参数并能由段码式LCD直观显示，同时能手动控制或自动实现室内空气净化。

为实现上述目的，本发明提供了一种室内环境质量监测及控制系统，包括：单片机监测控制电路板和电源控制电路板，所述电源控制电路板连接所述单片机监测控制电路板为其供电。

进一步地，所述单片机监测控制电路板包括MCU微控制器模块(1)、按键模块(2)、红外遥控接收模块(3)、传感器模块(4)、LCD显示模块(5)、蜂鸣器模块(6)、电源及继电器控制接口(7)和状态指示灯(8)，所述按键模块(2)、所述红外遥控接收模块(3)连接所述MCU微控制器模块(1)的I/O口；所述传感器模块(4)连接所述MCU微控制器模块(1)的A/D和PWM控制接口；所述LCD显示模块(5)、所述蜂鸣器模块(6)、所述电源及继电器控制接口(7)和所述状态指示灯(8)连接所述MCU微控制器模块(1)的I/O口。

进一步地，所述MCU微控制器模块(1)采用ATMEGA16贴片封装芯片。

进一步地，所述按键模块(2)可手动设置所述系统的开关状态、定时工作时长和负离子集尘装置的电机转速。

进一步地，所述红外遥控接收模块(3)通过接收无线遥控信号可设置所述系统的开关状态、定时工作时长和负离子集尘装置的电机转速。

进一步地，所述电源控制电路板包括低压和高压模块，所述低压模块由降压、整流、滤波、开关电源、稳压和电源及继电器控制接口(9)组成，产生低压直流5V以给MCU微控制器模块(1)供电；所述高压模块由多路继电器(10)和多绕组自耦变压器(11)组成，可产生多路交流电压以控制电机转速和产生高压提供给负离子集尘装置。

进一步地，所述高压模块通过所述继电器控制接口(9)和/或所述电源及继电器控制接口(7)与所述单片机监测控制电路板连接。

技术效果

本发明公开的室内环境质量监测显示及控制系统，该系统由单片机监测控制电路板和电源控制电路板组成。其中单片机监测控制电路板由MCU微控制器模块、温度及湿度监测传感器、灰尘及烟雾测量传感器、手动按键操作模块、红外遥控操作模块、LCD显示状态模块、蜂鸣器报警状态指示灯电路和电源及继电器控制接口等组成。电源控制电路板由低压模块和高压模块构成，用于给单片机控制电路板提供电源及产生电机电压调速和负离子集尘装置高压。所述的温度及湿度监测传感器能够实时监测室内环境的温度及湿度并由LCD显示；灰尘及烟雾测量传感器能够检测细颗粒灰尘、香烟烟雾以及H2、CO等低浓度污染物的异味，其污染程度由定制的段码式LCD直观显示，其检测值与设定值比较，MCU根据比较结果控制继电器切换进行电压调整，以控制电机转速驱动风扇和产生高压形成负离子，自动实现室内空气的净化。系统工作状态也可人为通过按键手动控制或由红外遥控操作控制，以适应不同工作环境需要。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的室内环境质量监测及控制系统的单片机监测控制电路板结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的室内环境质量监测及控制系统的电源控制电路板的结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的室内环境质量监测及控制系统的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图1示出了本发明一个实施例的室内环境质量监测显示及控制系统的单片机监测控制电路板结构。MCU微控制器模块(1)采用ATMEGA16贴片32脚封装芯片，按键(2)、红外遥控接收头(3)连接MCU微控制器模块(1)的I/O口；传感器电路(4)连接MCU微控制器模块(1)对应的A/D和PWM控制接口；LCD显示模块(5)、蜂鸣器(6)、电源及继电器控制接口(7)和状态指示灯(8)连接MCU微控制器模块(1)的I/O口。单片机监测控制电路板电源由附图2示电源控制板电路提供，通过电源及继电器控制接口(7)(或9)由连线提供+5V电源。

本发明按键模块(2)设置三组独立式按键，用于设定系统开关、定时运行控制和手动调速控制，其功能同样可由红外遥控接收头(3)通过红外无线遥控方式完成，红外遥控接收头(3)设置有两组，以适应不同遥控方位需要。

本发明传感器模块(4)，其中温度、湿度传感器采用数字温湿度复合传感器DHT11，以精确实时监测室内的温度和湿度指标；灰尘传感器采用粉尘光学传感器GP2Y1010AU0F，可测量0.8微米以上的微小粒子、感知烟草产生的烟气和花粉、房屋粉尘等，由MCU微控制器模块的AD转换和PWM接口控制；烟雾传感器采用TGS系列气体传感器，能对空气中的低浓度烟雾污染物，像H2、CO等有较高得敏感度，能检测到在几个ppm级H2含量。

本发明LCD显示模块(5)采用定制段码式LCD,直接安装在附图1示单片机监测控制电路板合适位置，使得整个电路板结构紧凑，便于安装。LCD显示模块(5)的显示图案根据需要做成各种直观的符号和数字，如温度计、风扇、时钟图案等，用于直观显示各种环境质量参数和系统工作状态等。

本发明附图1电源及继电器控制接口(7)和附图2示电源及继电器控制接口(9)由排线连接，以实现单片机监测控制板和电源电路控制板的连接与通信。

本发明附图2示电源板控制电路板，包括低压和高压模块两部分，低压模块由降压、整流、滤波、开关电源和稳压产生低压直流以给MCU微控制器模块(1)供电；高压模块由多绕组自耦变压器(11)和多路继电器电路(10)组成，可产生多路交流电压以控制电机转速和产生高压提供给负离子集尘装置，高压模块由多路继电器(10)通过电源及继电器控制接口(7)(或9)受MCU微控制器模块(1)控制。整个系统仅由交流220V或110V通过附图2示电源控制电路板输入端电源供电。

本发明工作过程和运行模式等可由蜂鸣器(6)以声响提示或状态指示灯(8)以亮灭指示。

本发明由单片机监测控制电路板和电源控制电路板构成，两块电路板通过电源及继电器接口(7)(或9)由排线连接，整个系统电源由电源控制电路板提供，参见附图2。

附图1示出了本发明的室内环境质量监测显示及控制系统的单片机监测控制电路板结构。MCU微控制器模块(1)采用ATMEGA16贴片32脚封装，且该芯片自带多路AD转换和PWM接口，满足系统功能要求，使电路外围模块减少，结构紧凑；单片机控制电路板电源由附图2示电源控制板电路提供，通过电源及继电器控制接口(7)由连线提供+5V电源。

系统待机状态时，由按键模块(2)之一开关键手动开机或由红外遥控对应键通过红外接收模块3接收开机状态，开机后系统首先进入默认的初始监测和运行控制状态，以完成空气质量的初步净化。同样可由上述按键手动或遥控关机，其开关机状态可由状态指示灯(8)指示及蜂鸣器模块(6)声响提示。

在系统完成空气质量的初步净化后(根据需要可设定5-10分钟)，进入自动或手动运行状态，传感器模块(4)开始工作，进行温度、湿度、灰尘、烟雾等的监测并显示。温度、湿度传感器采用数字温湿度复合传感器DHT11，以精确实时监测室内的温度和湿度指标，并由LCD显示模块(5)实时直观显示。LCD显示模块(5)采用段码式定制LCD,做成各种直观待显示的图案或数字等。灰尘传感器采用粉尘光学传感器GP2Y1010AU0F，可测量0.8微米以上的微小粒子、感知烟草产生的烟气和花粉、房屋粉尘等，由MCU微控制器模块(1)的AD转换和PWM接口控制，其测量结果由LCD显示模块(5)的灰尘浓度图标直观显示。烟雾传感器采用TGS系列气体传感器，传感器能对空气中的低浓度烟雾污染物，像H2、CO等有较高得敏感度，能检测到在几个ppm级H2含量，其检测结果由LCD显示模块(5)的烟雾浓度图标直观显示。

系统运行后，实时完成温度、湿度、灰尘及烟雾等参数的的监测并显示。同时MCU微控制器模块(1)通过电源及继电器控制接口(7)(或9)，控制电源控制板多路继电器(10)动作，切换接通多绕组自耦变压器(11)相应绕组，以产生所需要的负离子高压和电机电压。其中负离子高压电路用于控制负离子集尘装置(该结构在此未作描述,用于吸附除尘)，产生的电机电压是使电机以适合速度(本发明设置高、中、低三档)带动风扇运转(属于滤除烟雾装置的结构)，使空气质量得到净化。

系统进入自动运行状态时(其状态可由状态指示灯(8)之一指示)，如果灰尘浓度和烟雾浓度在规定值范围之内(状态指示灯灭)，多路继电器(10)不动作，空气质量良好，不需净化；如灰尘浓度或烟雾浓度超过规定值范围(状态指示灯亮)，多路继电器(10)动作，根据灰尘浓度或烟雾浓度范围(该范围可由软件更据需要自行调整，本发明设置三档浓度范围)，接通多绕组自耦变压器(11)相应绕组，以产生对应的电机电压和高压，使电机以不同转速运转(本发明设定高、中、低三档转速)，以达到净化空气目的。

本发明除自动运行模式外，可由按键模块(2)或红外遥控接收模块(3)对应按键，人为手动设定或取消系统定时工作时间和电机高、中、低档转速等工作模式，自动运行模式和人工模式由LCD显示模块(5)对应图案显示。人工模式属于强制运行模式，以适应特定环境下使用。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种室内环境质量监测及控制系统，其特征在于，包括：单片机监测控制电路板和电源控制电路板，所述电源控制电路板连接所述单片机监测控制电路板为其供电。

2.如权利要求1所述的室内环境质量监测及控制系统，其特征在于，所述单片机监测控制电路板包括MCU微控制器模块(1)、按键模块(2)、红外遥控接收模块(3)、传感器模块(4)、LCD显示模块(5)、蜂鸣器模块(6)、电源及继电器控制接口(7)和状态指示灯(8)，所述按键模块(2)、所述红外遥控接收模块(3)连接所述MCU微控制器模块(1)的I/O口；所述传感器模块(4)连接所述MCU微控制器模块(1)的A/D和PWM控制接口；所述LCD显示模块(5)、所述蜂鸣器模块(6)、所述电源及继电器控制接口(7)和所述状态指示灯(8)连接所述MCU微控制器模块(1)的I/O口。

3.如权利要求2所述的室内环境质量监测及控制系统，其特征在于，所述MCU微控制器模块(1)采用ATMEGA16贴片封装芯片。

4.如权利要求2所述的室内环境质量监测及控制系统，其特征在于，所述按键模块(2)能手动设置所述系统的开关状态、定时工作时长和负离子集尘装置的电机转速。

5.如权利要求2所述的室内环境质量监测及控制系统，其特征在于，所述红外遥控接收模块(3)通过接收无线遥控信号能设置所述系统的开关状态、定时工作时长和负离子集尘装置的电机转速。

6.如权利要求1所述的室内环境质量监测及控制系统，其特征在于，所述电源控制电路板包括低压和高压模块，所述低压模块由降压、整流、滤波、开关电源、稳压和电源及继电器控制接口(9)组成，产生低压直流5V以给MCU微控制器模块(1)供电；所述高压模块由多路继电器(10)和多绕组自耦变压器(11)组成，能产生多路交流电压以控制电机转速和产生高压提供给负离子集尘装置。

7.如权利要求6所述的室内环境质量监测及控制系统，其特征在于，所述高压模块通过所述继电器控制接口(9)和/或所述电源及继电器控制接口(7)与所述单片机监测控制电路板连接。