CN105416010A - 一种基于wifi的车载空气净化器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于WIFI的车载空气净化器系统，包括主控单元，传感器数据采集模块，开关电源模块，电机控制模块，LED显示模块，触摸按键模块，紫外灯和负离子控制模块，无线WIFI模块以及电机，其中，所述主控单元控制连接其他模块；所述电机控制模块根据传感器采集的空气污染状态调节空气净化器风机的快慢；所述无线WIFI模块将现有的空气净化器控制系统的控制功能进行无线远程控制；所述电机用于在空气净化器不同的工作模式下运转的时候，处于对应档的转速。多传感器数据采集模块的集成，实现了空气净化器的数据采集和工作状态的自动调整等功能；同时，实现了空气净化器的远程控制和物联网化，实现了真正的无线互联。
Description
技术领域
本发明涉及车载空气净化器，具体涉及一种基于WIFI的车载空气净化器系统，将无线通信WIFI模块与空气净化系统结合，实现了空气净化器的远程控制和物联网化，实现无线互联。
背景技术
随着科技的不断发展，经济水平的逐步提高，人们的物质生活水平的不断改善，对车内环境的要求也越来越高，人们对自己日常生活和车内空气环境质量的要求和期望也在不断提高。汽车是人们基本的交通工具，每天都会用到汽车，对于车内的空气污染对人体健康的损害越来越引起大家的关注。随着我国不断推进工业化进程，高技术的车内饰材料、漂亮的座椅套、化纤地毯等大量美化、装饰材料的使用，引起了车内环境的很大变化。当前，车内空气污染被认为是继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染后的第三代空气污染。
车内空气污染可以定义为：由于车内引入能释放有害物质的污染源或车内环境通风不佳而导致车内空气中有害物质无论是从数量上还是种类上不断增加，并引起人的一系列不适症状，称为车内空气受到了污染。从目前检测分析，车内空气污染物的主要来源有以下几个方面：室外空气的污染物、建筑及车内装饰材料、燃烧产物和人本身活动。其中目前造成车内空气污染的主要方面是车内装饰材料及车内空气蒸发器的污染。其中甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯、挥发性有机物以及放射性气体氡等，人体接触后，可以引起头痛、恶心呕吐、抽搐、呼吸困难等反复接触可以引起过敏反应，如哮喘、过敏性鼻炎和皮炎等，长期接触则能导致癌症或导致流产、胎儿畸形和生长发育迟缓等。
现阶段，由于空气污染的影响，人们呼吸系统的健康状况越来越差。在目前这种情况下车内空气的进一步污染和恶化，对车内空气的净化和提高车内空气质量的问题已逐渐被人们所关注。
空气净化技术是近几十年来随着现代科学技术和现代工业的发展而逐步形成的一门综合性新技术。现阶段改善空气质量的现行方法分三种：源控制、通风和空气净化。空气质量改善最明显的方式是源控制，这在室外环境中使用得非常成功，也是发达国家很多城市室外空气质量明显改善的主要原因；通风可减少污染物的浓度，使各种污染物的减少程度并无差别；空气净化是一种治理手段与通风相似，都是在空气被污染后去减少污染物，空气净化系统是用来控制粒状物质、气体污染物，对大的固定污染物，净化除尘系统具有不可比拟的有效性和可靠性。
空气净化器正是解决车内空气污染的一种行之有效的手段。空气净化器作为一种专业改善和解决车内空气污染，能够满足人们对车内空气品质的要求，倍受消费者的关注。空气净化器的主要功能是能够滤去空气中的尘埃、减少或消除异味及有害气体、双重灭菌及释放负离子，改善和提高车内空气质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于WIFI的车载空气净化器系统，对车内多种气体污染和灰尘颗粒等悬浮物甚至是包括细菌、真菌、病毒等都能有效处理。通过机内的通风机使车内空气循环流动，使车内空气得到净化，且车内空气始终保持清新、车内环境就始终保持清洁。具体技术方案如下：
一种基于WIFI的车载空气净化器系统，包括主控单元，传感器数据采集模块，开关电源模块，电机控制模块，LED显示模块，触摸按键模块，紫外灯和负离子控制模块，无线WIFI模块以及电机，其中，所述主控单元控制连接其他模块；所述传感器数据采集模块利用传感器对外部信号进行采集与处理；所述开关电源模块供能连接至其他模块；所述电机控制模块根据传感器采集的空气污染状态调节空气净化器风机的快慢；所述LED显示模块用来将空气净化器工作状态直观显示，并在操作过程中，显示各相关参数改变；所述紫外灯和负离子控制模块用于对紫外灯和负离子发生器提供驱动电源和控制；所述无线WIFI模块用于无线通信，将现有的空气净化器控制系统的控制功能进行无线远程控制；所述电机用于在空气净化器不同的工作模式下运转的时候，处于对应档的转速。
进一步地，所述主控单元为STM32F103R微控制器。
进一步地，所述数据采集模块包括粉尘传感器和空气质量传感器，其中，空气质量传感器用于检测空气中一氧化碳、酒精、氢气、异丁烷、甲烷、氨气等有毒气体的含量；粉尘传感器用于检测空气中颗粒物污染的含量。
进一步地，所述电源模块采用整车12V直流电，使用LM7805得到5V直流电压，所述电机为直流无刷电机。
进一步地，所述触摸按键模块包括电源开关键，空气质量指示灯光键，Speed风速键，定时键，负离子键，Mode模式键以及Reset重置，其中，
所述电源开关键在上电时红灯亮，按电源开关键后，电源开关键蓝灯亮，其他键的蓝色背光灯亮，进入自动模式运行，再按电源开关关闭净化器；
所述空气质量指示灯光键每次按下后依次显示标准—柔和—不亮—标准并循环；
所述Speed风速键在任何状态下，每按键一次，风速1—2—3—4—5并循环，同时，大屏中手动指示亮；
所述定时键每按键一次，时间H—1H—2H—3H—4H—5H—6H—7H—8H—H并循环；
所述负离子键每按一次，打开负离子，大屏负离子LED灯亮，再按一次，关闭负离子功能，大屏负离子LED灭；
所述Mode模式键在开机默认自动模式，每按MODE键一次，进入模式：自动—睡眠—手动并循环；
所述Reset重置功能为同时按“定时+风速”键2秒进行重置。
进一步地，触摸按键模块上安装有光敏传感器，在自动模式下，当车内变暗3分钟后，产品切换到睡眠模式，产品指示灯熄灭，电机转入静音模式的速度运行；当车内环境变明亮并持续5分钟及以上，恢复自动运行；在睡眠模式下，按模式键可以切换到“自动”及“手动”状态，同时激活所有灯光；白天，按模式键进入“睡眠”模式下，产品切换到睡眠模式，产品指示灯立即熄灭，电机转入静音模式的速度运行。
进一步地，所述主控单元内嵌有模数转换器，用于将空气质量的污染程度进行数字化，述无线WIFI模块通过SDIO口接入微控制器，进行数据交互。
进一步地，所述电机控制模块由微控制器通过光耦PC817控制电机的转速进行调速，同时根据传感器信号进行分析、按键操作等对电机的工作状态进行调整，使空气净化器在不同的工作模式下运转的时候，电机处于对应档的转速。
进一步地，所述LED显示模块由多个LED发光二极管组合而成。
进一步地，还包括STM32F微控制器工作与保护电路，程序仿真电路、程序烧制模块。
与目前现有技术相比，本发明是一套基于STM32F103R微控制器下设计开发的应用：多传感器数据采集模块的集成，实现了空气净化器的数据采集和工作状态的自动调整等功能；同时，集成了将无线通信WIFI模块与空气净化系统结合，实现了空气净化器的远程控制和物联网化，实现了真正的无线互联。
具体来说：
1、基于STM32F103R微控制器设计。
2、无线通信WIFI模块与空气净化系统结合；
3、车载空气净化系统
4、使车内空气始终保持清新、车内环境始终保持清洁。
附图说明
图1为空气净化器功能结构图
图2为空气净化器控制器功能需求模块图
图3为系统总体设计框图
图4为物联网空气净化器架构
图5为物联网空气净化器手机APP界面
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
1.空气净化器功能
车内空气污染物主要是通过三条途径侵入人体造成对人体健康的危害，即经呼吸道吸收、经皮肤吸收和经消化道吸收。一般分为气态污染物和固态污染物两大类，气态污染物常见的有装修污染产生车内污染物，主要有挥发性有机物(TOVC)、甲醛、苯、氨等；固态污染物常见的有粉尘、烟雾等(通常称为颗粒物)。
本发明的空气净化器控制器基于STM32F103R微控制器的智能控制系统。STM32F103R微控制器作为控制系统的核心部件，结合了空气质量传感器、粉尘传感器、显示模块、按键模块、WIFI无线模块、电机控制模块、紫外灯控制模块等重要部件共同完成了控制系统所要求的功能。其主要功能结构如图1所示：
从图中可以看出系统的主要执行功能对应的功能按键描述如下：
(1)电源开关键：
上电，同时“哗”的一声，电源开关键红灯亮。按电源开关键后，电源开关键蓝灯亮，其他键的蓝色背光灯亮，进入自动模式运行(大屏中：自动AUTO+PM指数+空气质量+风速+定时灯亮)，空气质量指示灯显示当前空气质量，传感器预热时5种空气质量指示不显示，PM指数在传感器预热时，三位数码888闪烁(0.5S+0.5S),采样后显示空气质量指示数值，同时5种空气质量指示显示对应状态(PM0-35为“优”，(speed1＝350rpm,空气质量灯为蓝色)；36-75为“良”亮(speed2＝450rpm，空气质量灯为紫色)；76-115为“轻污染”亮(speed3＝600rpm，空气质量灯等为紫色)；116-150为“污染”(speed4＝700rpm，空气质量灯等为深紫色)；151-250为“重污染”(speed5＝880rpm，空气质量灯等为红色)；250以上第5位亮(全亮))。速度灯亮，同时显示对应的速度等级。Timer灯亮，显示H.再按电源开关关闭净化器。
(2)空气质量指示灯光键
按灯光键，标准—柔和—不亮—标准，循环。
(3)Speed风速键
任何状态下，每按键一次，1—2—3—4—5(循环)，同时，大屏中手动指示亮。
(4)定时键
每按键一次，H—1H—2H—3H—4H—5H—6H—7H—8H—H，循环
(5)负离子键
按一次，打开负离子，大屏负离子LED灯亮，再按一次，关闭负离子功能，大屏负离子LED灭。
(6)Mode模式键：
开机默认自动模式，每按MODE键一次，自动—睡眠—手动(循环)
(7)Reset重置(同时按“定时+风速”键2秒重置)
HEPA灯及符号闪烁，表示：要更换多功能过滤网；(工作时间记忆法，2880小时)，同时按“定时+风速”键2秒重置后重新计时。
按键板上安装有光敏传感器，自动模式下，当车内变暗3分钟后，产品切换到睡眠模式，产品指示灯将熄灭(只有大屏中睡眠指示+模式按键灯亮)，电机转入静音(速度1)模式的速度运行。当车内环境变明亮并持续5分钟及以上，恢复自动运行。在睡眠模式下，按模式键可以切换到“自动”及“手动”状态，同时激活所有灯光。白天，按模式键进入“睡眠”模式下，产品切换到睡眠模式，产品指示灯立即熄灭(只有大屏中睡眠指示+模式按键灯亮)，电机转入静音(速度1)模式的速度运行。
2.空气净化器需求
依据空气净化器控制器功能要求，设计控制系统的需求模块如下图2所示。
由图2可知，空气净化器控制系统分为以下主要模块：
(1)开关电源模块
该部分是整个控制系统的供电核心，空气净化器的电源采用整车12V直流电，使用LM7805得到5V直流电压。
(2)电机控制模块
本发明采用了直流无刷电机，根据传感器采集的空气污染状态调节空气净化器风机的快慢。由微控制器通过光耦PC817控制电机的转速进行调速，同时系统根据传感器信号进行分析、按键操作等对电机的工作状态进行调整，使得空气净化器在不同的工作模式下运转的时候，电机处于对应档的转速。
(3)LED显示模块
LED显示模块用来将空气净化器工作状态直观显示，在操作过程中，各相关参数改变，都将在显示模块中直观显示出来。本发明采用的显示模块元件是有多个LED发光二极管组合而成。用于指示系统的工作模式：手动模式、自动模块、睡眠模式；指示空气质量的污染程度：优、良、轻污染、污染、重污染；指示风速的强弱；指示了定时时间；指示PM指数等。
(4)触摸按键模块
触摸按键模块包含了6个功能按键：电源开关键、空气质量指示灯光键、Speed风速键、定时键、负离子键、Mode模式键。其中，同时按下定时键和风速键，起到Reset重置功能。
(5)紫外灯和负离子控制模块
该部分电路实现了紫外灯和负离子发生器的驱动电源和控制设计。紫外灯和负离子发生器的导通控制是利用微控制器指令来实现的。通过微控制器的I/O口控制光耦MOC3021来控制紫外杀菌灯的开关可控硅的打开和关闭而实现的。通过微控制器的I/O口控制三极管S8050来驱动继电器JZC-32F的闭合和断开来控制负离子发生器的打开和关闭。
(6)传感器数据采集模块
该模块是利用传感器对外部信号进行采集与处理功能的实现，分为空气质量传感器和粉尘传感器两个传感器。空气质量传感器用于检测空气中一氧化碳、酒精、氢气、异丁烷、甲烷、氨气等有毒气体的含量；粉尘传感器用于检测空气中颗粒物污染的含量。
(7)无线WIFI模块
无线WIFI模块主要实现了空气净化器控制系统的物联网化，通过WIFI模块进行无线通信，可将现有的空气净化器控制系统的控制功能进行无线远程控制。无线WIFI模块通过SDIO口接入微控制器，进行数据交互。
(8)其它辅助电路模块
主要包括了STM32F微控制器工作与保护电路，程序仿真电路、程序烧制模块以及主控制电路中的电源滤波设计等。
3.系统总体方案设计
根据空气净化器的功能需求，本发明的空气净化器控制系统采用了STM32F103R微控制器作为系统的主控单元。传感器数据采集选择了粉尘传感器和空气质量传感器联合为系统提供空气质量的监控，通过STM32F103R内嵌的模数转换器进行数字化空气质量的污染程度。配备电机为直流无刷电机(输出功率28W)使得空气净化器在不同的工作模式下运转的时候，电机处于对应档的转速。
控制系统的总体设计框图如图3所示，在设计中将空气净化器的控制系统分为了开关电源模块、电机控制模块、LED显示模块、触摸按键模块、紫外灯和负离子控制模块、传感器数据采集模块、无线WIFI模块以及其他一些辅组电路。
优选实施例1：
空气净化器打开并在自动模式下，粉尘传感器和空气质量传感器开始采集车内空气质量情况，若空气质量差即空气受污染了，系统将会自动打开杀菌功能，紫外灯、负离子模块和电机都开始工作，若空气质量情况良好，就关闭杀菌功能模块。同时这些信息都会显示在LED显示屏上，也通过WIFI模块将信息同步到手机上显示。
优选实施例2：
空气净化器打开并在手动模式下，粉尘传感器和空气质量传感器开始采集车内空气质量情况，若空气质量差即空气受污染了，此信息可以在净化器的显示屏上或手机APP上直接看到，用户看到此信息后可手动操作净化器上或手机APP上的负离子触摸按键或杀菌按键进行杀菌，即负离子模块开始工作达到杀菌的功能。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，包括主控单元，传感器数据采集模块，开关电源模块，电机控制模块，LED显示模块，触摸按键模块，紫外灯和负离子控制模块，无线WIFI模块以及电机，其中，所述主控单元控制连接其他模块；所述传感器数据采集模块利用传感器对外部信号进行采集与处理；所述开关电源模块供能连接至其他模块；所述电机控制模块根据传感器采集的空气污染状态调节空气净化器风机的快慢；所述LED显示模块用来将空气净化器工作状态直观显示，并在操作过程中，显示各相关参数改变；所述紫外灯和负离子控制模块用于对紫外灯和负离子发生器提供驱动电源和控制；所述无线WIFI模块用于无线通信，将现有的空气净化器控制系统的控制功能进行无线远程控制；所述电机用于在空气净化器不同的工作模式下运转的时候，处于对应档的转速。
2.如权利要求1所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，所述主控单元为STM32F103R微控制器。
3.如权利要求1和2所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，所述数据采集模块包括粉尘传感器和空气质量传感器，其中，空气质量传感器用于检测空气中一氧化碳、酒精、氢气、异丁烷、甲烷、氨气等有毒气体的含量；粉尘传感器用于检测空气中颗粒物污染的含量。
4.如权利要求1-3所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，所述电源模块采用整车12V直流电，使用LM7805得到5V直流电压，所述电机为直流无刷电机。
5.如权利要求1-4所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，所述触摸按键模块包括电源开关键，空气质量指示灯光键，Speed风速键，定时键，负离子键，Mode模式键以及Reset重置，其中，
所述电源开关键在上电时红灯亮，按电源开关键后，电源开关键蓝灯亮，其他键的蓝色背光灯亮，进入自动模式运行，再按电源开关关闭净化器；
所述空气质量指示灯光键每次按下后依次显示标准—柔和—不亮—标准并循环；
所述Speed风速键在任何状态下，每按键一次，风速1—2—3—4—5并循环，同时，大屏中手动指示亮；
所述定时键每按键一次，时间H—1H—2H—3H—4H—5H—6H—7H—8H—H并循环；
所述负离子键每按一次，打开负离子，大屏负离子LED灯亮，再按一次，关闭负离子功能，大屏负离子LED灭；
所述Mode模式键在开机默认自动模式，每按MODE键一次，进入模式：自动—睡眠—手动并循环；
所述Reset重置功能为同时按“定时+风速”键2秒进行重置。
6.如权利要求5所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，触摸按键模块上安装有光敏传感器，在自动模式下，当车内变暗3分钟后，产品切换到睡眠模式，产品指示灯熄灭，电机转入静音模式的速度运行；当车内环境变明亮并持续5分钟及以上，恢复自动运行；在睡眠模式下，按模式键可以切换到“自动”及“手动”状态，同时激活所有灯光；白天，按模式键进入“睡眠”模式下，产品切换到睡眠模式，产品指示灯立即熄灭，电机转入静音模式的速度运行。
7.如权利要求1-6所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，所述主控单元内嵌有模数转换器，用于将空气质量的污染程度进行数字化，述无线WIFI模块通过SDIO口接入微控制器，进行数据交互。
8.如权利要求1-7所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，所述电机控制模块由微控制器通过光耦PC817控制电机的转速进行调速，同时根据传感器信号进行分析、按键操作等对电机的工作状态进行调整，使空气净化器在不同的工作模式下运转的时候，电机处于对应档的转速。
9.如权利要求1-8所述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，所述LED显示模块由多个LED发光二极管组合而成。
10.如权利要求1-9述的基于WIFI的车载空气净化器系统，其特征在于，还包括STM32F微控制器工作与保护电路，程序仿真电路、程序烧制模块。
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