CN104900033A - 基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机，包括由电源模块、MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、计时模块和Zigbee传输模块组成的Zigbee节点，由电源模块、处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块和报警模块组成的网关节点，监控中心，由制烟远程控制模块、净化远程控制模块和报警模块组成的远程控制器；Zigbee节点与网关节点通信连接，网关节点与监控中心通信连接，监控中心与远程控制器通信连接。本发明能实现PM2.5空气净化以及检测一体化，进一步完善对空气净化器的净化质量的检测，并能改善一定范围内的环境质量。

Description

基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机

技术领域

本发明涉及一种PM2.5负离子空气净化试验机，尤其是一种基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机。

背景技术

空气中的微粒、细菌、病毒和其他有害物质日积月累地损害着人们的身体健康，特别对于那些长时间处于此环境的人。随着生活水平的提高，人们对自己周围空气环境质量的要求和期望也在不断提高，空气净化技术，以及如何检测是否达到一个良好的净化效果成为了环境领域的一个新的课题。

国家环保部于近几年将PM2.5也就是直径小于或者直接等于2.5微米的颗粒物纳入到常规的空气质量评价中。国内现行的标准为75微克/立方米浓度的PM2.5对应的空气质量指数为100，即高于75为不达标。

目前市场上空气净化器的种类较多，按照去污功能分为物理型、化学型和离子化型。物理型是以过滤方式去除空气中悬浮颗粒物；化学型则是利用中和、催化和分解等化学反应方法除去室内空气中有害气体；离子化型是采用电量放电、等离子体和紫外线除臭杀灭细菌。根据市场调研结果，负离子空气净化器效果最好。

负离子空气净化器的控制系统，是基于单片机进行设计与实现的。利用高压电解空气中的氧气，产生臭氧对空气进行杀菌与消毒，并利用其产生的负离子降低一定环境中的PM2.5值，达到净化空气的效果。

ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议,长期以来，低价位、低速率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。蓝牙的出现，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是蓝牙的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙技术之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。ZigBee数据传输模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。

发明内容

本发明的目的是从改善一定空间空气质量，检测其他空气净化器是否能达到较好的空气净化效果等有关方面入手，实现PM2.5空气净化以及检测一体化，进一步完善对市场上的空气净化器的净化质量的检测，并能较好地改善一定范围内的环境质量。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

一种基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机，包括Zigbee节点、网关节点、监控中心和远程控制器，Zigbee节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，网关节点通过GPRS模块或WIFI模块或3G模块与监控中心通信连接，监控中心与远程控制器通信连接；

Zigbee节点对应设置在所试验PM2.5净化器上，用于定时采集PM2.5的浓度，所述Zigbee节点包括电源模块、MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、计时模块和Zigbee传输模块，电源模块与MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块连接，为MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块提供电源，采用电池供电并携带充电器，充电器可接220V交流电压，MCU中心控制与制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块连接，用于核心控制，制烟装置与所试验PM2.5净化器连接，通过加热燃烧可燃物体来模拟PM2.5超标状态，负离子净化装置通过高压电解空气中的氧气，产生臭氧对空气进行杀菌与消毒，并利用其产生的负离子降低PM2.5值；PM2.5浓度采集传感器用于采集各节点PM2.5浓度值并进行相关数据传输；计时模块用于记录本机净化达标及他机试验达标所需时间；Zigbee传输模块用于向网关节点传输数据；

网关节点包括电源模块、处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块和报警模块，电源模块与处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块连接，为处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块提供电源，处理器与Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块通信连接，用于接收Zigbee节点采集的数据并控制WIFI模块、GPRS模块、3G模块和报警模块，Zigbee传输模块用于接收Zigbee节点传输的数据，WIFI模块、GPRS模块、3G模块用于向监控中心传输数据；远程控制器，包括制烟远程控制模块、净化远程控制模块和报警模块，制烟远程控制模块与净化远程控制模块通信连接，净化远程控制模块与报警模块通信连接。

所述制烟远程控制模块通过功能键和特定程序远程控制各个Zigbee节点的制烟装置的开关,净化远程控制模块通过功能键和特定程序远程控制各个Zigbee节点净化装置的不同模式。

所述净化装置的不同模式包括本机净化模式和他机试验模式，当启动本机净化模式时，可通过MCU中心控制开启本机净化装置对一定空间进行负离子净化，当启动他机试验模式时，MCU中心控制关闭本机净化，人为启动所要试验的其他净化器，以进行净化效果测试。

所述报警模块包括显示当前空气质量值的LCD显示装置和实时播报空气质量值以及危险警报语音提示的语音装置。

本发明实现了PM2.5空气净化以及检测一体化，进一步完善对市场上的空气净化器的净化质量的检测，并能较好地改善一定范围内的环境质量。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的程序流程图；

图3是负离子发生器电路原理图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，基于负离子空气净化器控制系统的PM2.5试验机，包括：Zigbee节点、网关节点、监控中心和远程控制器，Zigbee节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，网关节点通过GPRS模块或WIFI模块或3G模块与监控中心通信连接，监控中心与远程控制器通信连接；

Zigbee节点对应设置在所试验PM2.5净化器上，用于定时采集PM2.5的浓度，所述Zigbee节点包括电源模块、MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、计时模块和Zigbee传输模块，电源模块与MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块连接，为MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块提供电源，采用电池供电并携带充电器，充电器可接220V交流电压，MCU中心控制与制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块连接，用于核心控制，制烟装置与所试验PM2.5净化器连接，通过加热燃烧可燃物体来模拟PM2.5超标状态，负离子净化装置通过高压电解空气中的氧气，产生臭氧对空气进行杀菌与消毒，并利用其产生的负离子降低PM2.5值；PM2.5浓度采集传感器用于采集各节点PM2.5浓度值并进行相关数据传输；计时模块用于记录本机净化达标及他机试验达标所需时间；Zigbee传输模块用于向网关节点传输数据；

网关节点包括电源模块、处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块和报警模块，电源模块与处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块连接，为处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块提供电源，处理器与Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块通信连接，用于接收Zigbee节点采集的数据并控制WIFI模块、GPRS模块、3G模块和报警模块，Zigbee传输模块用于接收Zigbee节点传输的数据，WIFI模块、GPRS模块、3G模块用于向监控中心传输数据；远程控制器，包括制烟远程控制模块、净化远程控制模块和报警模块，制烟远程控制模块与净化远程控制模块通信连接，净化远程控制模块与报警模块通信连接。

所述制烟远程控制模块通过功能键和特定程序远程控制各个Zigbee节点的制烟装置的开关,净化远程控制模块通过功能键和特定程序远程控制各个Zigbee节点净化装置的不同模式。

所述净化装置的不同模式包括本机净化模式和他机试验模式，当启动本机净化模式时，可通过MCU中心控制开启本机净化装置对一定空间进行负离子净化，当启动他机试验模式时，MCU中心控制关闭本机净化，人为启动所要试验的其他净化器，以进行净化效果测试。

所述报警模块包括显示当前空气质量值的LCD显示装置和实时播报空气质量值以及危险警报语音提示的语音装置。

如图2-1所示为基于负离子技术的PM2.5空气净化试验机的净化模块的流程图：

1.各个模块接通电源，初始化，进入工作状态。

2.打开串口，并监测串口状态，使中心处理器芯片和无线通信模块正常连接并传送数据。

3.启动制烟模块。

4.启动本机净化模块，同时启动计时器。

5.由MCU判断传感器接受数据是否正常。

6.如果没有出现异常，则关闭计时器，返回监测状态，继续收集数据。

7.如果出现异常，启动ZigBee无线传输模块。

8.LCD显示报警信息，并启动语音报警。

9.启动GPRS或WiFi或3G传输模块。

10.启动监控中心报警模块。

如图2-2所示为PM2.5空气净化试验机的检测模块的流程图：

1.各个模块接通电源，初始化，进入工作状态。

2.启动制烟模块。

3.启动他机净化模块并开启计时器。

4.判断是否达到本机净化所需时间。

5.如果不是，则继续净化，计时。

6.如果是，则关闭计时器，同时关闭他机净化模块。

7.由MCU判断传感器接受数据是否正常。

8.如果没有出现异常，LCD显示合格。

9.如果出现异常启动ZigBee无线传输模块。

10.LCD显示报警信息，并启动语音报警。

11.启动GPRS或WiFi或3G传输模块。

12.持续15s报警，而后关闭。

如图3所示为负离子发生器电路原理图：

12V直流电经VD1、VD2和R1、R2的整流、限流，单向脉动电流控制VS的通断，产生振荡，经变压器T升压后，经VD3整流得到5千伏左右的负高压，经放电针对空气放电，产生电离，生成负离子。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机，包括Zigbee节点、网关节点、监控中心和远程控制器，Zigbee节点通过Zigbee无线网络与网关节点通信连接，网关节点通过GPRS模块或WIFI模块或3G模块与监控中心通信连接，监控中心与远程控制器通信连接，其特征在于:

Zigbee节点对应设置在所试验PM2.5净化器上，用于定时采集PM2.5的浓度，所述Zigbee节点包括电源模块、MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、计时模块和Zigbee传输模块，电源模块与MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块连接，为MCU中心控制、制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块提供电源，采用电池供电并携带充电器，充电器可接220V交流电压，MCU中心控制与制烟装置、负离子净化装置、PM2.5浓度采集传感器、Zigbee传输模块连接，用于核心控制，制烟装置与所试验PM2.5净化器连接，通过加热燃烧可燃物体来模拟PM2.5超标状态，负离子净化装置通过高压电解空气中的氧气，产生臭氧对空气进行杀菌与消毒，并利用其产生的负离子降低PM2.5值；PM2.5浓度采集传感器用于采集各节点PM2.5浓度值并进行相关数据传输；计时模块用于记录本机净化达标及他机试验达标所需时间；Zigbee传输模块用于向网关节点传输数据；

网关节点包括电源模块、处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块和报警模块，电源模块与处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块连接，为处理器、Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块提供电源，处理器与Zigbee传输模块、WIFI模块、GPRS模块、3G模块、报警模块通信连接，用于接收Zigbee节点采集的数据并控制WIFI模块、GPRS模块、3G模块和报警模块，Zigbee传输模块用于接收Zigbee节点传输的数据，WIFI模块、GPRS模块、3G模块用于向监控中心传输数据；远程控制器，包括制烟远程控制模块、净化远程控制模块和报警模块，制烟远程控制模块与净化远程控制模块通信连接，净化远程控制模块与报警模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机，其特征在于，制烟远程控制模块通过功能键和特定程序远程控制各个Zigbee节点的制烟装置的开关,净化远程控制模块通过功能键和特定程序远程控制各个Zigbee节点净化装置的不同模式。

3.根据权利要求2所述的一种基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机，其特征在于，所述净化装置的不同模式包括本机净化模式和他机试验模式，当启动本机净化模式时，可通过MCU中心控制开启本机净化装置对一定空间进行负离子净化，当启动他机试验模式时，MCU中心控制关闭本机净化，人为启动所要试验的其他净化器，以进行净化效果测试。

4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网络的PM2.5负离子空气净化试验机，其特征在于，所述报警模块包括显示当前空气质量值的LCD显示装置和实时播报空气质量值以及危险警报语音提示的语音装置。