CN105823137A - 一种智能空气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能空气净化器，内设有空气流道，空气流道内沿设置有若干滤除层，空气抽风扇、净化器、智能控制模块设置在空气流道内，空气品质传感器的输出端与智能控制模块的输入端连接；净化器包括过滤器、加湿器、臭氧发生器、氧气发生器、负氧离子发生器；智能控制模块包括中央处理器、智能定位模块、基站数据共享模块、云数据模块、无线通信模块、手机APP模块、语音识别模块、净化报警模块。本发明实现了空气净化的智能化，节省了传统净化器的电能无益损耗，降低了能耗，实现无线通信模块与物联网的连接，可以实现空气质量数据的共享，用户可随时随地了解、监控其生活环境，提高了空气净化质量。

Description

一种智能空气净化器

技术领域

本发明属于智能家居领域，尤其涉及一种智能空气净化器。

背景技术

当前解决室内空气污染的主要办法是通风和空气净化设备。通风有季节局限性，冬夏开空调之际，开窗通风，能耗极大，并且大气污染对室内有相当影响(如沙尘暴、车辆和工业废气污染)。空气净化设备主要是通过风扇吸入空气，再通过过滤器除去有害气体、微细灰尘或细菌等污染物，除去体臭或香烟等异味，从而对室内空气产生一定的净化效果。但在实际使用中发现，由于已有的通风或者空气净化设备的使用方式主要是人工通过开关来控制启闭，因此在这些设备的使用上存在一些问题，例如人们对于空气是否存在异味会比较敏感，当空气中存在无臭无味的有害气体(如氡)，或者空气中有害气体含量不足以为人的嗅觉所查知时，人们往往不会开启净化设备；而且室内装潢材料的不同、室内人们的生活习惯的差异以及所处的外界环境不同都会导致室内空气质量的差异，因此无法给出一个指导性的空气净化器启动策略，而假如全天开启的方式，无疑产生了极大的浪费，增加了用户的使用代价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能空气净化器，旨在解决现有的空气净化设备智能化程度低、净化效果差的问题。

本发明是这样实现的，一种智能空气净化器，所述的智能空气净化器包括外壳、进气口、出气口、空气抽风扇、净化器、空气品质传感器、智能控制模块；所述外壳内设有一空气流道，该空气流道内沿着进风方向依次设置有若干滤除层，所述进气口设置在空气流道一端，所述出气口设置在空气流道另一端；所述空气抽风扇、净化器、智能控制模块设置在空气流道内；所述空气品质传感器设置在外壳与空气流道的夹层中；所述空气品质传感器的输出端与智能控制模块的输入端连接；所述智能控制模块的输出端与空气抽风扇、净化器连接；

所述的净化器包括过滤器、加湿器、臭氧发生器、氧气发生器、负氧离子发生器；

所述的过滤器包括过滤单元，吸附脱附单元，以及光催化单元；

所述过滤单元在空气的流动方向上依次包括粗效过滤网、HEPA高效过滤网及静电驻极过滤网；

所述吸附单元至少包括两层吸附介质层；

所述光催化单元还包括与空气流动方向相垂直的至少两个紫外灯，在所述两个紫外灯之间设有光触媒网；

所述的氧气发生器包括取得高浓度氧气的机构、在发生异常时用语音通知异常的警报机构、控制这些机构的控制机构、供给上述高浓缩氧气的氧气出口、以及可拆装地连接在上述氧气出口上的联接器，浓度测量系统及监控系统；

所述的空气品质传感器包括供电盒，状态指示灯，总开关，输出接口，电池和空气泵，所述的总开关设置在输出接口的上部位置，所述的供电盒设置在空气泵的上部位置；

所述的状态指示灯安装在供电盒的下部右侧位置，所述的状态指示灯具体采用LED红色指示灯；

所述的电池设置在空气泵的上部位置，所述的电池具体采用锂离子电池组成的电池组；

所述的智能控制模块包括中央处理器、智能定位模块、基站数据共享模块、云数据模块、无线通信模块、手机APP模块、语音识别模块、净化报警模块和政务云访问控制模块；

所述的智能定位模块通过手机APP模块与手机客户端连接，用于在检测到手机客户端与定位模块之间的距离超过预设距离时自动打开净化器中的臭氧发生器，用于在检测到手机客户端与定位模块之间的距离小于预设距离时自动关闭臭氧发生器并自动开启过滤器；

所述的基站数据共享模块包括：

网络数据下载模块，用于从运营商服务器下载被公钥加密后的网络鉴权数据和网络配置数据；

密钥库，用于存储与所述运营商服务器的公钥相匹配的私钥；

运营商数据库，用于存储网络鉴权数据和网络配置数据；

分别与所述密钥库、所述运营商数据库和所述网络数据下载模块相连接的网络数据认证模块，用于获取所述密钥库中与所述公钥所对应的私钥，通过所述私钥对加密后的网络鉴权数据和网络配置数据进行解密，并对解密后的网络鉴权数据和网络配置数据进行认证，认证通过后将网络鉴权数据和网络配置数据存入所示运营商数据库中；

所述的云数据模块用于通过无线通信模块将所述的手机APP模块的数据传送至云端，建立局部社区空气状况数据库，并将该数据库向与云端连接的所有手机APP模块共享；云数据模块包括信息隐藏与传输系统；

所述的语音识别模块与所述的手机APP模块连接，并通过所述的手机APP模块将语音命令发送给中央处理器；该语音识别模块内置频率分析单元、相位曲线计算单元、误差计算单元、声音信号识别单元；

所述的频率分析单元，分析声音信号的频率信号；

所述的相位曲线计算单元，计算与所述频率信号的相位的时间变化进行近似的相位曲线；

所述的误差计算单元，对所述相位曲线与所述频率信号的相位之间的误差进行计算；

所述的声音信号识别单元，基于所述误差对所述声音信号是否是周期声音的信号进行识别；

所述的净化报警模块与设置在外壳上的PM2.5传感器、甲醛传感器、燃气传感器连接，当室内PM2.5、甲醛含量超过安全设定值或室内空气中含有燃气的情况中的一种或者两种时，净化警报器通过中央处理器出发净化信号并向手机APP模块发出警报信号，同时控制设置在外壳上的颜色指示灯变化，并将警报数据通过无线通信模块上传至云数据模块，所述的监控系统包括氧气集中取样单元、数据采集单元、流量监控单元；

所述氧气集中取样单元与所述数据采集单元电连接，所述数据采集单元控制所述氧气集中取样单元实时对氧气的纯度、一氧化碳的浓度、二氧化碳的浓度、一氧化氮的浓度、二氧化氮的浓度、二氧化硫、氧气露点及氧压力的参数进行不间断采样，并将采样数据以电信号的方式上传给所述数据采集单元进行数据运算、处理后上传至云数据模块，所述的流量监控单元包括测量管、内设空腔的传感器安装管和外部温差补偿模块，所述传感器安装管的下端插入到测量管内部，所述传感器安装管的下端朝向气体流动方向设置有第一传感器，所述传感器安装管的空腔内设置有第二传感器，所述第一传感器和第二传感器电性连接于外部温差补偿模块；所述的第二传感器输出一个与流体的流速相应的信号；

所述的外部温差补偿模块内的温度测量装置，用来测量流体的温度，并输出与温度相应的信号；

所述外部温差补偿模块用于将第二传感器测定的流体的温度变化造成的流速的测量误差调整到一个与流速无关的恒定比率，并单一校正流体温度变化造成的流体测量值，使之与流速无关，输入所述气体流量计的输出信号和所述温度测量装置的输出信号，并根据温度信号补偿由于所述热电型流量测定仪的流体温度变化造成的流速测量误差。

进一步，所述政务云访问控制模块的政务云访问控制方法包括：

初始化，运行Setup_CA(1^λ)；选择安全参数1^λ，并选择阶为素数p，生成元为g的群G，定义一个双线性映射e:G×G→G₁，使之满足双线性，非退化性和可计算性；选择一个哈希函数H:{0，1}^*→G；确定系统中所有属性的集合I；根据属性权威AA的个数初始化令牌树，为每一个属性权威AA确定私钥S_K，且S_K与令牌树的叶子节点的随机密钥RK_j一一映射；确定最小覆盖密钥集MCKS，令G(x)代表包含属性x的AA的集合，φ(x)为令牌树中与属性群G(x)中AA对应的叶子节点的集合，为令牌树中最小覆盖φ(x)节点的集合，则最小覆盖密钥集MCKS_x代表中所有节点对应的随机密钥的组合，则MCKS＝{MCKS_x}_x∈I；确定令牌链集TCS，令n_i为令牌树中某叶子节点，则TCS_i表示n_i到根节点经过的所有令牌的集合，TCS＝{TCS_i}_i∈I；为每一个属性x∈I，确定一个陷门TD_x，用最小覆盖密钥集MCKS_x里面的密钥将陷门加密，得到属性x对应的陷门信息TDM_x，生成陷门公钥公开发布PP＝{e(g,g)^α,TCS，g^β,g^α,GTDM，H}，保留主密钥MSK＝(α,β,{TD_x}_x∈I)；

运行AA_Setup()函数，选择基于群组的广播加密方案，对AA_K为每一个属性x，确定一个群组；管理属性属性对应的陷门信息用该属性私钥AT_x,K加密后得到TDM_x，version1，将其发送至CSP，AA_K为其所管理的每一个属性计算

当有用户u_j注册时，AA_K运行Key_Gen(Cert)函数；具体如下：AA_K验证其证书，若正确无误后，为u_j的每一个属性x随机选取计算及得到用户私钥sk_j,k，将sk_j,k发送给用户，其中I_u＝{att_i},D_j1,D_j2，z_j}；

输入明文消息m，系统公共参数PP，数据拥有者运行Encrypt(PP,m)，选择对称加密密钥k，对机密信息m对称加密得到E_K(m)；构造访问控制策略Γ＝(M，ρ)，其中M是一个l×d矩阵，将对称加密密钥k进行属性加密，随机选取s∈z_p，记向量则计算C＝k·e(g,g)^αs，对访问控制策略中涉及到的所有属性，获得其对应的属性公钥GTDM，并计算I_A表征访问控制策略中涉及到的全部属性，最后得到密文CT，并将其发送至云服务器CSP，其中CT＝{E_k(m),C＝k·e(g,g)^αs,

访问用户将部分属性私钥发送至云服务提供商执行半解密函数Decrypt_half(sk_half1,CT)，CSP首先验证t_end是否有效，若无效，则直接拒绝响应，否则用S_K解密令牌链TCS，得到密钥链信息KCS，计算得到陷门私钥AT_x,k，进而解密陷门信息TDM_x，version1，用密钥链解密陷门信息得到用户属性对应的陷门TD_x，最后计算带入下面的公式：

$\begin{array}{c}F=\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e(D_{j1},D_i)e(D_{j2},C_i^{\′})\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e(g^{\mathrm{\α}/z_j+{\mathrm{\βk}}_j},g^{{\mathrm{\λ}}_i})e(g^{-k_j},g^{\mathrm{\β}\·{\mathrm{\λ}}_i})\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e{(g,g)}^{\mathrm{\α}/z_j\·{\mathrm{\λ}}_i+{\mathrm{\βk\λ}}_i-{\mathrm{\βk}}_j{\mathrm{\λ}}_i}\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e{(g,g)}^{\mathrm{\α}\·z_j\·{\mathrm{\λ}}_i}\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =e{(g,g)}^{{\mathrm{\αsz}}_j}\end{array};$

生成新的密文CT'＝E_k(m)||C||F返还给用户；

用户运行Decrypt_final(sk_half2,CT'),其中sk_half2＝{z_j}计算进而解密得到明文m＝D_k(E_k(m))；

用户某一属性x需要撤销时，由AA运行Destroy(x)函数，即输入属性x，更新陷门私钥AT_x,K'＝ω·AT_x,K，将x对应的陷门信息TDM_x重新加密得到TDM_x，version2并将其上传至CSP，向属性x对应的群中的未被撤销的用户发送密钥更新信息ω，用户执行密钥更新，即计算B_x,j'＝B_x,j·ω；

AA的某一属性管理权限需要撤销时，CA执行Update_CA(x)函数，输入待撤销的属性x，重新确定该属性对应的属性群G_x'，确定最小覆盖密钥集，重新选取该属性对应的陷门TD'，用最小覆盖密钥集里面的密钥对新陷门加密后得到新的陷门信息TDM'，将新的陷门信息发送至G_x'对应的属性权威，属性权威利用该属性对应的陷门私钥加密后上传；

中心权威分别向CSP、属性权威发出某一属性注销指令，CSP收到指令后将该属性对应的令牌链TCS删除，属性权威收到该指令后，向CSP发出陷门信息删除指令，将该属性对应的陷门信息删除。

进一步，所述初始化进一步包括：

AA_K向CA注册，CA运行AA_Reg_CA()，具体如下：CA验证AA_K的身份信息，验证成功，则将AA_K对应的叶子节点的密钥，管理的属性集合I_K，及属性对应的陷门信息将得到的发送给AA_K；

用户向CA注册，CA运行User_Reg_CA(ID)，用户的真实身份ID经CA认证后，将该用户授权的起始终止时间以及用户的身份经CA签名后，得到证书Cert将证书返回给用户(其中Cert＝ID||tb||te||SK_CA(ID||tb||te))。

进一步，所述云数据模块的数据迁移的具体过程如下：

在网络状态良好的情况下，采用基于网络传输的数据迁移方法：

1)用户登录边缘云使用云计算服务时，系统将该服务所需要的数据信息形成数据请求消息发送到核心云；

2)核心云接收到数据请求消息后，查找该用户的家乡云，并将该数据请求消息发送到该用户的家乡云；

3)该用户家乡云接到消息后，根据数据请求消息的信息将数据发送到用户登录的边缘云，信息包括发送地址、数据名称；

4)用户服务使用完该数据后，将数据删除，下次使用该数据时重新从家乡云中迁移；

在网络状态差的情况下，采用基于预先存储的数据迁移方法：

1)用户登录边缘云使用云服务，系统检测边缘云中是否有该服务所需要的数据，若有转5)；

2)边缘云系统将该服务所需要的数据形成数据请求消息发送到核心云；

3)核心云接收到数据请求消息后，查找该用户的家乡云，并将该数据请求消息发送到该用户的家乡云；

4)该用户家乡云接到消息后，根据数据请求消息的信息将数据发送到用户登录的边缘云，信息包括发送地址、数据名称；

5)用户服务使用完该数据后，将数据存储在该边缘云，以便用户下次使用。

进一步，所述信息隐藏与传输系统的信息隐藏与传输方法包括：模拟计算机网络中的常用协议通信过程，依据数据包长度特征自适应地选择端口进行发送；服务器端收到数据包后依据正常的协议通信过程向对应端口发送回执；客户端收到回执后，继续向服务器发送数据，服务器依据客户端所发送数据包长度的变化对隐藏信息进行解释；

具体包括以下步骤：

步骤一，掩藏文本抓取：从网络中抓取当前在网络中传输的数据作为掩藏文本；

步骤二，模拟HTTP协议进行数据通信，模拟HTTP中PUT请求进行数据传送；

步骤三，将隐藏文本按两个字节一组当作无符号整型数据并加一作为将要传输的数据；隐藏文本表示为集合H，掩藏文本表示为集合T，将从客户端连接至服务器的套接字连接表示为S{S1,S2,S3,...}；

步骤四，将掩藏文本按隐藏文本的数值切割为一个一个的数据包进行传输，传输过程中建立多条连接，在不同连接上应用不同的编解码规则进行差别传输；

步骤五，服务器端将数据进行解压之后根据接收到的数据包长度进行逆向转换，解码出隐藏数据，即完成隐藏传输。

本发明实现了空气净化的智能化，节省了传统净化器的电能无益损耗，降低了能耗，实现无线通信模块与物联网的连接，可以实现空气质量数据的共享，用户可随时随地了解、监控其生活环境，提高了空气净化质量。本发明加入压缩和解压模块主要是为了提高传输效率，在这里应用的具体压缩方法希望与现有的HTTP协议中相同，这样能够在被截取数据包时更像是普通的HTTP数据包。在本系统中可将需要隐藏的信息编码进数据包长度属性，服务器根据数据包长度的变化解码出隐藏信息。本发明可根据不同类型数据进行扩展，可依据数据特征应用不同的编解码规则实现隐藏文本的隐藏规则。本发明引入了机构(属性权威AA)属性注销，实现对行政部门的整合及违法机构的惩罚，同时该方法支持在不改变密文的情况下对用户进行属性撤销，具有灵活，高效，细粒度撤销属性的优点；提出的多属性权威属性加密本发明，不同属性权威只对本辖区内的行政人员进行管理，分工明确，与现有政务的横向、纵向管理相似度大，可执行性强；在属性权威撤销时，用户可以凭借CA颁发的证书，到指定的属性权威处进行认证，灵活的实现了将该属性权威下的用户成功的转移到指定属性权威处；CA不能解密密文，不同属性对应的用户，用户与CSP，用户与AA_K都无法进行合谋，同时满足前向和后向安全，实现了新加入的用户可以查看以前加密的信息，被撤销权限的用户，无法访问数据，具有更严格的后向安全性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的智能空气净化器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的空气品质传感器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的智能控制模块的结构示意图；

图中：1、外壳；2、进气口；3、出气口；4、空气抽风扇；5、净化器；6、空气品质传感器；6-1、供电盒；6-2、状态指示灯；6-3、总开关；6-4、输出接口；6-5、电池；6-6、空气泵；7、智能控制模块；7-1、中央处理器；7-2、智能定位模块；7-3、基站数据共享模块；7-4、云数据模块；7-5、无线通信模块；7-6、手机APP模块；7-7、语音识别模块；7-8、净化报警模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1所示，本发明是这样实现的，一种智能空气净化器包括外壳1、进气口2、出气口3、空气抽风扇4、净化器5、空气品质传感器6、智能控制模块7；所述外壳1内设有一空气流道，该空气流道内沿着进风方向依次设置有若干滤除层，所述进气口2设置在空气流道一端，所述出气口3设置在空气流道另一端；所述空气抽风扇4、净化器5、智能控制模块6设置在空气流道内；所述空气品质传感器6设置在外壳1与空气流道的夹层中；所述空气品质传感器6的输出端与智能控制模块7的输入端连接；所述智能控制模块7的输出端与空气抽风扇4、净化器5连接；

所述的净化器5包括过滤器、加湿器、臭氧发生器、氧气发生器、负氧离子发生器；

所述的过滤器包括过滤单元，吸附脱附单元，以及光催化单元；

所述过滤单元在空气的流动方向上依次包括粗效过滤网、HEPA高效过滤网及静电驻极过滤网；

所述吸附单元至少包括两层吸附介质层；

所述光催化单元还包括与空气流动方向相垂直的至少两个紫外灯，在所述两个紫外灯之间设有光触媒网；

所述的氧气发生器包括取得高浓度氧气的机构、在发生异常时用语音通知异常的警报机构、控制这些机构的控制机构、供给上述高浓缩氧气的氧气出口、以及可拆装地连接在上述氧气出口上的联接器，浓度测量系统及监控系统；

如图2所示，所述的空气品质传感器6包括供电盒6-1，状态指示灯6-2，总开关6-3，输出接口6-4，电池6-5和空气泵6-6，所述的总开关6-3设置在输出接口6-4的上部位置，所述的供电盒6-1设置在空气泵6-6的上部位置。

所述的状态指示灯6-2安装在供电盒6-1的下部右侧位置，所述的状态指示灯6-2具体采用LED红色指示灯，有利于安全可靠，使用寿命长。

所述的电池6-5设置在空气泵6-6的上部位置，所述的电池6-5具体采用锂离子电池组成的电池组，有利于用电方便，从而完善功能多样性。

如图3所示，所述的智能控制模块7包括中央处理器7-1、智能定位模块7-2、基站数据共享模块7-3、云数据模块7-4、无线通信模块7-5、手机APP模块7-6、语音识别模块7-7、净化报警模块7-8和政务云访问控制模块；

所述的智能定位模块7-3通过手机APP模块7-6与手机客户端连接，用于在检测到手机客户端与定位模块之间的距离超过预设距离时自动打开净化器中的臭氧发生器，用于在检测到手机客户端与定位模块之间的距离小于预设距离时自动关闭臭氧发生器并自动开启过滤器；

通过手机APP模块7-6与手机客户端的定位通信，使用者在下班后回到家里之前，智能空气净化器就已经自动打开进行空气净化和臭氧杀菌灯工作，使用者进入家门之前室内空气已经净化完毕。

所述的基站数据共享模块7-3包括：

网络数据下载模块，用于从运营商服务器下载被公钥加密后的网络鉴权数据和网络配置数据；

密钥库，用于存储与所述运营商服务器的公钥相匹配的私钥；

运营商数据库，用于存储网络鉴权数据和网络配置数据；

分别与所述密钥库、所述运营商数据库和所述网络数据下载模块相连接的网络数据认证模块，用于获取所述密钥库中与所述公钥所对应的私钥，通过所述私钥对加密后的网络鉴权数据和网络配置数据进行解密，并对解密后的网络鉴权数据和网络配置数据进行认证，认证通过后将网络鉴权数据和网络配置数据存入所示运营商数据库中；

所述的云数据模块7-4用于通过无线通信模块7-5将所述的手机APP模块7-6的数据传送至云端，建立局部社区空气状况数据库，并将该数据库向与云端连接的所有手机APP模块共享；云数据模块7-4包括信息隐藏与传输系统；

智能空气净化器从环境检测基站获取当天的空气质量状况并通过中央处理器制定室内空气净化方案，而且，小区居民可以通过云数据模块共享空气质量数据。

所述的语音识别模块7-7与所述的手机APP模块7-6连接，并通过所述的手机APP模块将语音命令发送给中央处理器；该语音识别模块内置频率分析单元、相位曲线计算单元、误差计算单元、声音信号识别单元；

所述的频率分析单元，分析声音信号的频率信号；

所述的相位曲线计算单元，计算与所述频率信号的相位的时间变化进行近似的相位曲线；

所述的误差计算单元，对所述相位曲线与所述频率信号的相位之间的误差进行计算；

所述的声音信号识别单元，基于所述误差对所述声音信号是否是周期声音的信号进行识别；

用户通过手机客户端可以使用语音向中央处理器发送指令，控制空气净化器工作，实现远程智能操作。

所述的净化报警模块7-8与设置在外壳上的PM2.5传感器、甲醛传感器、燃气传感器连接，当室内PM2.5、甲醛含量超过安全设定值或室内空气中含有燃气的情况中的一种或者两种时，净化警报器通过中央处理器出发净化信号并向手机APP模块发出警报信号，同时控制设置在外壳上的颜色指示灯变化，并将警报数据通过无线通信模块上传至云数据模块。

进一步，所述的监控系统包括氧气集中取样单元、数据采集单元、流量监控单元；

所述氧气集中取样单元与所述数据采集单元电连接，所述数据采集单元控制所述氧气集中取样单元实时对氧气的纯度、一氧化碳的浓度、二氧化碳的浓度、一氧化氮的浓度、二氧化氮的浓度、二氧化硫、氧气露点及氧压力的参数进行不间断采样，并将采样数据以电信号的方式上传给所述数据采集单元进行数据运算、处理后上传至云数据模块；

所述的流量监控单元包括测量管、内设空腔的传感器安装管和外部温差补偿模块，所述传感器安装管的下端插入到测量管内部，所述传感器安装管的下端朝向气体流动方向设置有第一传感器，所述传感器安装管的空腔内设置有第二传感器，所述第一传感器和第二传感器电性连接于外部温差补偿模块；所述的第二传感器输出一个与流体的流速相应的信号。

进一步，所述的外部温差补偿模块内的温度测量装置，用来测量流体的温度，并输出与温度相应的信号；

所述外部温差补偿模块用于将第二传感器测定的流体的温度变化造成的流速的测量误差调整到一个与流速无关的恒定比率，并单一校正流体温度变化造成的流体测量值，使之与流速无关，输入所述气体流量计的输出信号和所述温度测量装置的输出信号，并根据温度信号补偿由于所述热电型流量测定仪的流体温度变化造成的流速测量误差。

进一步，所述政务云访问控制模块的政务云访问控制方法包括：

初始化，运行Setup_CA(1^λ)；选择安全参数1^λ，并选择阶为素数p，生成元为g的群G，定义一个双线性映射e:G×G→G₁，使之满足双线性，非退化性和可计算性；选择一个哈希函数H:{0，1}^*→G；确定系统中所有属性的集合I；根据属性权威AA的个数初始化令牌树，为每一个属性权威AA确定私钥S_K，且S_K与令牌树的叶子节点的随机密钥RK_j一一映射；确定最小覆盖密钥集MCKS，令G(x)代表包含属性x的AA的集合，φ(x)为令牌树中与属性群G(x)中AA对应的叶子节点的集合，为令牌树中最小覆盖φ(x)节点的集合，则最小覆盖密钥集MCKS_x代表中所有节点对应的随机密钥的组合，则MCKS＝{MCKS_x}_x∈I；确定令牌链集TCS，令n_i为令牌树中某叶子节点，则TCS_i表示n_i到根节点经过的所有令牌的集合，TCS＝{TCS_i}_i∈I；为每一个属性x∈I，确定一个陷门TD_x，用最小覆盖密钥集MCKS_x里面的密钥将陷门加密，得到属性x对应的陷门信息TDM_x，生成陷门公钥公开发布PP＝{e(g,g)^α,TCS，g^β,g^α,GTDM，H}，保留主密钥

运行AA_Setup()函数，选择基于群组的广播加密方案，对AA_K为每一个属性x，确定一个群组；管理属性属性对应的陷门信息用该属性私钥AT_x,K加密后得到TDM_x，version1，将其发送至CSP，AA_K为其所管理的每一个属性计算

当有用户u_j注册时，AA_K运行Key_Gen(Cert)函数；具体如下：AA_K验证其证书，若正确无误后，为u_j的每一个属性x随机选取计算及得到用户私钥sk_j,k，将sk_j,k发送给用户，其中I_u＝{att_i},D_j1,D_j2，z_j}；

输入明文消息m，系统公共参数PP，数据拥有者运行Encrypt(PP,m)，选择对称加密密钥k，对机密信息m对称加密得到E_K(m)；构造访问控制策略Γ＝(M，ρ)，其中M是一个l×d矩阵，将对称加密密钥k进行属性加密，随机选取s∈z_p，记向量则计算C＝k·e(g,g)^αs，对访问控制策略中涉及到的所有属性，获得其对应的属性公钥GTDM，并计算I_A表征访问控制策略中涉及到的全部属性，最后得到密文CT，并将其发送至云服务器CSP，其中CT＝{E_k(m),C＝k·e(g,g)^αs,

访问用户将部分属性私钥t_end,I_u＝{att_i},D_j1,D_j2}发送至云服务提供商执行半解密函数Decrypt_half(sk_half1,CT)，CSP首先验证t_end是否有效，若无效，则直接拒绝响应，否则用S_K解密令牌链TCS，得到密钥链信息KCS，计算得到陷门私钥AT_x,k，进而解密陷门信息TDM_x，version1，用密钥链解密陷门信息得到用户属性对应的陷门TD_x，最后计算带入下面的公式：

$\begin{array}{c}F=\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e(D_{j1},D_i)e(D_{j2},C_i^{\′})\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e(g^{\mathrm{\α}/z_j+{\mathrm{\βk}}_j},g^{{\mathrm{\λ}}_i})e(g^{-k_j},g^{\mathrm{\β}\·{\mathrm{\λ}}_i})\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e{(g,g)}^{\mathrm{\α}/z_j\·{\mathrm{\λ}}_i+{\mathrm{\βk\λ}}_i-{\mathrm{\βk}}_j{\mathrm{\λ}}_i}\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e{(g,g)}^{\mathrm{\α}\·z_j\·{\mathrm{\λ}}_i}\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =e{(g,g)}^{{\mathrm{\αsz}}_j}\end{array};$

生成新的密文CT'＝E_k(m)||C||F返还给用户；

用户运行Decrypt_final(sk_half2,CT'),其中sk_half2＝{z_j}计算进而解密得到明文m＝D_k(E_k(m))；

用户某一属性x需要撤销时，由AA运行Destroy(x)函数，即输入属性x，更新陷门私钥AT_x,K'＝ω·AT_x,K，将x对应的陷门信息TDM_x重新加密得到TDM_x，version2并将其上传至CSP，向属性x对应的群中的未被撤销的用户发送密钥更新信息ω，用户执行密钥更新，即计算B_x,j'＝B_x,j·ω；

AA的某一属性管理权限需要撤销时，CA执行Update_CA(x)函数，输入待撤销的属性x，重新确定该属性对应的属性群G_x'，确定最小覆盖密钥集，重新选取该属性对应的陷门TD'，用最小覆盖密钥集里面的密钥对新陷门加密后得到新的陷门信息TDM'，将新的陷门信息发送至G_x'对应的属性权威，属性权威利用该属性对应的陷门私钥加密后上传；

中心权威分别向CSP、属性权威发出某一属性注销指令，CSP收到指令后将该属性对应的令牌链TCS删除，属性权威收到该指令后，向CSP发出陷门信息删除指令，将该属性对应的陷门信息删除。

进一步，所述初始化进一步包括：

AA_K向CA注册，CA运行AA_Reg_CA()，具体如下：CA验证AA_K的身份信息，验证成功，则将AA_K对应的叶子节点的密钥，管理的属性集合I_K，及属性对应的陷门信息将得到的发送给AA_K；

用户向CA注册，CA运行User_Reg_CA(ID)，用户的真实身份ID经CA认证后，将该用户授权的起始终止时间以及用户的身份经CA签名后，得到证书Cert将证书返回给用户(其中Cert＝ID||tb||te||SK_CA(ID||tb||te))。

进一步，所述云数据模块的数据迁移的具体过程如下：

在网络状态良好的情况下，采用基于网络传输的数据迁移方法：

1)用户登录边缘云使用云计算服务时，系统将该服务所需要的数据信息形成数据请求消息发送到核心云；

2)核心云接收到数据请求消息后，查找该用户的家乡云，并将该数据请求消息发送到该用户的家乡云；

3)该用户家乡云接到消息后，根据数据请求消息的信息将数据发送到用户登录的边缘云，信息包括发送地址、数据名称；

4)用户服务使用完该数据后，将数据删除，下次使用该数据时重新从家乡云中迁移；

在网络状态差的情况下，采用基于预先存储的数据迁移方法：

1)用户登录边缘云使用云服务，系统检测边缘云中是否有该服务所需要的数据，若有转5)；

2)边缘云系统将该服务所需要的数据形成数据请求消息发送到核心云；

3)核心云接收到数据请求消息后，查找该用户的家乡云，并将该数据请求消息发送到该用户的家乡云；

4)该用户家乡云接到消息后，根据数据请求消息的信息将数据发送到用户登录的边缘云，信息包括发送地址、数据名称；

5)用户服务使用完该数据后，将数据存储在该边缘云，以便用户下次使用。

进一步，所述信息隐藏与传输系统的信息隐藏与传输方法包括：模拟计算机网络中的常用协议通信过程，依据数据包长度特征自适应地选择端口进行发送；服务器端收到数据包后依据正常的协议通信过程向对应端口发送回执；客户端收到回执后，继续向服务器发送数据，服务器依据客户端所发送数据包长度的变化对隐藏信息进行解释；

具体包括以下步骤：

步骤一，掩藏文本抓取：从网络中抓取当前在网络中传输的数据作为掩藏文本；

步骤二，模拟HTTP协议进行数据通信，模拟HTTP中PUT请求进行数据传送；

步骤三，将隐藏文本按两个字节一组当作无符号整型数据并加一作为将要传输的数据；隐藏文本表示为集合H，掩藏文本表示为集合T，将从客户端连接至服务器的套接字连接表示为S{S1,S2,S3,...}；

步骤四，将掩藏文本按隐藏文本的数值切割为一个一个的数据包进行传输，传输过程中建立多条连接，在不同连接上应用不同的编解码规则进行差别传输；

步骤五，服务器端将数据进行解压之后根据接收到的数据包长度进行逆向转换，解码出隐藏数据，即完成隐藏传输。

本发明实现了空气净化的智能化，节省了传统净化器的电能无益损耗，降低了能耗，实现无线通信模块与物联网的连接，可以实现空气质量数据的共享，用户可随时随地了解、监控其生活环境，提高了空气净化质量。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种智能空气净化器，其特征在于，所述的智能空气净化器包括外壳、进气口、出气口、空气抽风扇、净化器、空气品质传感器、智能控制模块；所述外壳内设有一空气流道，该空气流道内沿着进风方向依次设置有若干滤除层，所述进气口设置在空气流道一端，所述出气口设置在空气流道另一端；所述空气抽风扇、净化器、智能控制模块设置在空气流道内；所述空气品质传感器设置在外壳与空气流道的夹层中；所述空气品质传感器的输出端与智能控制模块的输入端连接；所述智能控制模块的输出端与空气抽风扇、净化器连接；

所述的净化器包括过滤器、加湿器、臭氧发生器、氧气发生器、负氧离子发生器；

所述的过滤器包括过滤单元，吸附脱附单元，以及光催化单元；

所述过滤单元在空气的流动方向上依次包括粗效过滤网、HEPA高效过滤网及静电驻极过滤网；

所述吸附单元至少包括两层吸附介质层；

所述光催化单元还包括与空气流动方向相垂直的至少两个紫外灯，在所述两个紫外灯之间设有光触媒网；

所述的氧气发生器包括取得高浓度氧气的机构、在发生异常时用语音通知异常的警报机构、控制这些机构的控制机构、供给上述高浓缩氧气的氧气出口、以及可拆装地连接在上述氧气出口上的联接器，浓度测量系统及监控系统；

所述的空气品质传感器包括供电盒，状态指示灯，总开关，输出接口，电池和空气泵，所述的总开关设置在输出接口的上部位置，所述的供电盒设置在空气泵的上部位置；

所述的状态指示灯安装在供电盒的下部右侧位置，所述的状态指示灯具体采用LED红色指示灯；

所述的电池设置在空气泵的上部位置，所述的电池具体采用锂离子电池组成的电池组；

所述的智能控制模块包括中央处理器、智能定位模块、基站数据共享模块、云数据模块、无线通信模块、手机APP模块、语音识别模块、净化报警模块和政务云访问控制模块；

所述的智能定位模块通过手机APP模块与手机客户端连接，用于在检测到手机客户端与定位模块之间的距离超过预设距离时自动打开净化器中的臭氧发生器，用于在检测到手机客户端与定位模块之间的距离小于预设距离时自动关闭臭氧发生器并自动开启过滤器；

所述的基站数据共享模块包括：

网络数据下载模块，用于从运营商服务器下载被公钥加密后的网络鉴权数据和网络配置数据；

密钥库，用于存储与所述运营商服务器的公钥相匹配的私钥；

运营商数据库，用于存储网络鉴权数据和网络配置数据；

分别与所述密钥库、所述运营商数据库和所述网络数据下载模块相连接的网络数据认证模块，用于获取所述密钥库中与所述公钥所对应的私钥，通过所述私钥对加密后的网络鉴权数据和网络配置数据进行解密，并对解密后的网络鉴权数据和网络配置数据进行认证，认证通过后将网络鉴权数据和网络配置数据存入所示运营商数据库中；

所述的云数据模块用于通过无线通信模块将所述的手机APP模块的数据传送至云端，建立局部社区空气状况数据库，并将该数据库向与云端连接的所有手机APP模块共享；云数据模块包括信息隐藏与传输系统；

所述的语音识别模块与所述的手机APP模块连接，并通过所述的手机APP模块将语音命令发送给中央处理器；该语音识别模块内置频率分析单元、相位曲线计算单元、误差计算单元、声音信号识别单元；

所述的频率分析单元，分析声音信号的频率信号；

所述的相位曲线计算单元，计算与所述频率信号的相位的时间变化进行近似的相位曲线；

所述的误差计算单元，对所述相位曲线与所述频率信号的相位之间的误差进行计算；

所述的声音信号识别单元，基于所述误差对所述声音信号是否是周期声音的信号进行识别；

所述的净化报警模块与设置在外壳上的PM2.5传感器、甲醛传感器、燃气传感器连接，当室内PM2.5、甲醛含量超过安全设定值或室内空气中含有燃气的情况中的一种或者两种时，净化警报器通过中央处理器出发净化信号并向手机APP模块发出警报信号，同时控制设置在外壳上的颜色指示灯变化，并将警报数据通过无线通信模块上传至云数据模块，所述的监控系统包括氧气集中取样单元、数据采集单元、流量监控单元；

所述氧气集中取样单元与所述数据采集单元电连接，所述数据采集单元控制所述氧气集中取样单元实时对氧气的纯度、一氧化碳的浓度、二氧化碳的浓度、一氧化氮的浓度、二氧化氮的浓度、二氧化硫、氧气露点及氧压力的参数进行不间断采样，并将采样数据以电信号的方式上传给所述数据采集单元进行数据运算、处理后上传至云数据模块，所述的流量监控单元包括测量管、内设空腔的传感器安装管和外部温差补偿模块，所述传感器安装管的下端插入到测量管内部，所述传感器安装管的下端朝向气体流动方向设置有第一传感器，所述传感器安装管的空腔内设置有第二传感器，所述第一传感器和第二传感器电性连接于外部温差补偿模块；所述的第二传感器输出一个与流体的流速相应的信号；

所述的外部温差补偿模块内的温度测量装置，用来测量流体的温度，并输出与温度相应的信号；

所述外部温差补偿模块用于将第二传感器测定的流体的温度变化造成的流速的测量误差调整到一个与流速无关的恒定比率，并单一校正流体温度变化造成的流体测量值，使之与流速无关，输入所述气体流量计的输出信号和所述温度测量装置的输出信号，并根据温度信号补偿由于所述热电型流量测定仪的流体温度变化造成的流速测量误差。

2.如权利要求1所述的智能空气净化器，其特征在于，所述政务云访问控制模块的政务云访问控制方法包括：

初始化，运行Setup_CA(1^λ)；选择安全参数1^λ，并选择阶为素数p，生成元为g的群G，定义一个双线性映射e:G×G→G₁，使之满足双线性，非退化性和可计算性；选择一个哈希函数H:{0，1}^*→G；确定系统中所有属性的集合I；根据属性权威AA的个数初始化令牌树，为每一个属性权威AA确定私钥S_K，且S_K与令牌树的叶子节点的随机密钥RK_j一一映射；确定最小覆盖密钥集MCKS，令G(x)代表包含属性x的AA的集合，φ(x)为令牌树中与属性群G(x)中AA对应的叶子节点的集合，为令牌树中最小覆盖φ(x)节点的集合，则最小覆盖密钥集MCKS_x代表中所有节点对应的随机密钥的组合，则MCKS＝{MCKS_x}_x∈I；确定令牌链集TCS，令n_i为令牌树中某叶子节点，则TCS_i表示n_i到根节点经过的所有令牌的集合，TCS＝{TCS_i}_i∈I；为每一个属性x∈I，确定一个陷门TD_x，用最小覆盖密钥集MCKS_x里面的密钥将陷门加密，得到属性x对应的陷门信息TDM_x，生成陷门公钥 公开发布PP＝{e(g,g)^α,TCS，g^β,g^α,GTDM，H}，保留主密钥MSK＝(α,β,{TD_x}_x∈I)；

运行AA_Setup()函数，选择基于群组的广播加密方案，对AA_K为每一个属性x，确定一个群组；管理属性属性对应的陷门信息用该属性私钥AT_x,K加密后得到TDM_x，version1，将其发送至CSP，AA_K为其所管理的每一个属性计算

当有用户u_j注册时，AA_K运行Key_Gen(Cert)函数；具体如下：AA_K验证其证书，若正确无误后，为u_j的每一个属性x随机选取计算及得到用户私钥sk_j,k，将sk_j,k发送给用户，其中

输入明文消息m，系统公共参数PP，数据拥有者运行Encrypt(PP,m)，选择对称加密密钥k，对机密信息m对称加密得到E_K(m)；构造访问控制策略Γ＝(M，ρ)，其中M是一个l×d矩阵，将对称加密密钥k进行属性加密，随机选取s∈z_p，记向量则计算C＝k·e(g,g)^αs，对访问控制策略中涉及到的所有属性，获得其对应的属性公钥GTDM，并计算I_A表征访问控制策略中涉及到的全部属性，最后得到密文CT，并将其发送至云服务器CSP，其中

访问用户将部分属性私钥发送至云服务提供商执行半解密函数Decrypt_half(sk_half1,CT)，CSP首先验证t_end是否有效，若无效，则直接拒绝响应，否则用S_K解密令牌链TCS，得到密钥链信息KCS，计算得到陷门私钥AT_x,k，进而解密陷门信息TDM_x，version1，用密钥链解密陷门信息得到用户属性对应的陷门TD_x，最后计算带入下面的公式：

$\begin{array}{c}F=\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e(D_{j1},D_i)e(D_{j2},C_i^{\′})\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e(g^{\mathrm{\α}/z_j+{\mathrm{\βk}}_j},g^{{\mathrm{\λ}}_i})e(g^{-k_j},g^{\mathrm{\β}\·{\mathrm{\λ}}_i})\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e{(g,g)}^{\mathrm{\α}/z_j\·{\mathrm{\λ}}_i+{\mathrm{\βk\λ}}_j-{\mathrm{\βk}}_j{\mathrm{\λ}}_i}\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =\underset{i}{\mathrm{\Π}}{\[e{(g,g)}^{\mathrm{\α}\·z_j\·{\mathrm{\λ}}_i}\]}^{{\mathrm{\θ}}_i}\\ =e{(g,g)}^{{\mathrm{\αsz}}_j}\end{array};$

生成新的密文CT'＝E_k(m)||C||F返还给用户；

用户运行Decrypt_final(sk_half2,CT'),其中sk_half2＝{z_j}计算进而解密得到明文m＝D_k(E_k(m))；

用户某一属性x需要撤销时，由AA运行Destroy(x)函数，即输入属性x，更新陷门私钥AT_x,K'＝ω·AT_x,K，将x对应的陷门信息TDM_x重新加密得到TDM_x，version2并将其上传至CSP，向属性x对应的群中的未被撤销的用户发送密钥更新信息ω，用户执行密钥更新，即计算B_x,j'＝B_x,j·ω；

AA的某一属性管理权限需要撤销时，CA执行Update_CA(x)函数，输入待撤销的属性x，重新确定该属性对应的属性群G_x'，确定最小覆盖密钥集，重新选取该属性对应的陷门TD'，用最小覆盖密钥集里面的密钥对新陷门加密后得到新的陷门信息TDM'，将新的陷门信息发送至G_x'对应的属性权威，属性权威利用该属性对应的陷门私钥加密后上传；

中心权威分别向CSP、属性权威发出某一属性注销指令，CSP收到指令后将该属性对应的令牌链TCS删除，属性权威收到该指令后，向CSP发出陷门信息删除指令，将该属性对应的陷门信息删除。

3.如权利要求2所述的智能空气净化器，其特征在于，所述初始化进一步包括：

AA_K向CA注册，CA运行AA_Reg_CA()，具体如下：CA验证AA_K的身份信息，验证成功，则将AA_K对应的叶子节点的密钥，管理的属性集合I_K，及属性对应的陷门信息将得到的发送给AA_K；

用户向CA注册，CA运行User_Reg_CA(ID)，用户的真实身份ID经CA认证后，将该用户授权的起始终止时间以及用户的身份经CA签名后，得到证书Cert将证书返回给用户(其中Cert＝ID||tb||te||SK_CA(ID||tb||te))。

4.如权利要求1所述的智能空气净化器，其特征在于，所述云数据模块的数据迁移的具体过程如下：

在网络状态良好的情况下，采用基于网络传输的数据迁移方法：

1)用户登录边缘云使用云计算服务时，系统将该服务所需要的数据信息形成数据请求消息发送到核心云；

2)核心云接收到数据请求消息后，查找该用户的家乡云，并将该数据请求消息发送到该用户的家乡云；

3)该用户家乡云接到消息后，根据数据请求消息的信息将数据发送到用户登录的边缘云，信息包括发送地址、数据名称；

4)用户服务使用完该数据后，将数据删除，下次使用该数据时重新从家乡云中迁移；

在网络状态差的情况下，采用基于预先存储的数据迁移方法：

1)用户登录边缘云使用云服务，系统检测边缘云中是否有该服务所需要的数据，若有转5)；

2)边缘云系统将该服务所需要的数据形成数据请求消息发送到核心云；

3)核心云接收到数据请求消息后，查找该用户的家乡云，并将该数据请求消息发送到该用户的家乡云；

4)该用户家乡云接到消息后，根据数据请求消息的信息将数据发送到用户登录的边缘云，信息包括发送地址、数据名称；

5)用户服务使用完该数据后，将数据存储在该边缘云，以便用户下次使用。

5.如权利要求1所述的智能空气净化器，其特征在于，所述信息隐藏与传输系统的信息隐藏与传输方法包括：模拟计算机网络中的常用协议通信过程，依据数据包长度特征自适应地选择端口进行发送；服务器端收到数据包后依据正常的协议通信过程向对应端口发送回执；客户端收到回执后，继续向服务器发送数据，服务器依据客户端所发送数据包长度的变化对隐藏信息进行解释；

具体包括以下步骤：

步骤一，掩藏文本抓取：从网络中抓取当前在网络中传输的数据作为掩藏文本；

步骤二，模拟HTTP协议进行数据通信，模拟HTTP中PUT请求进行数据传送；

步骤三，将隐藏文本按两个字节一组当作无符号整型数据并加一作为将要传输的数据；隐藏文本表示为集合H，掩藏文本表示为集合T，将从客户端连接至服务器的套接字连接表示为S{S1,S2,S3,...}；

步骤四，将掩藏文本按隐藏文本的数值切割为一个一个的数据包进行传输，传输过程中建立多条连接，在不同连接上应用不同的编解码规则进行差别传输；

步骤五，服务器端将数据进行解压之后根据接收到的数据包长度进行逆向转换，解码出隐藏数据，即完成隐藏传输。