CN105841293A - 面向智能家居的空气质量检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种面向智能家居的空气质量检测系统，包括：数据无线收发wi‑fi模块，用以实现状态信息的无线收发；传感器数据采集模块，用以采集安装在室内的一个灰尘传感器、一个温湿度传感器和一个气体传感器的数据；数据处理模块，用以进行数据分析和数据处理；人机界面模块，用以显示当前节点监控情况；报警模块，用以当空气质量危害人体健康时，启动报警器；移动通信终端，用以控制室内电器的运作，净化室内环境。本发明提供了一种功能丰富、有效满足室内空气检测便捷和高效的要求、具有反馈机制的面向智能家居的空气质量检测系统。

Description

面向智能家居的空气质量检测系统
技术领域
本发明属于智能家居领域，尤其涉及一种面向智能家居的空气质量检测系统。
背景技术
智能家居，是一个以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。而室内环境质量的好坏对人的身心健康有很大影响。尤其我国人口众多，而医疗保健水平有限，加强室内环境监测，维持一个绿色的居住、办公场所，让广大人民都拥有一个健康的体魄，显得尤为重要。
早期的室内环境监测基于仪器仪表设备和人工协同工作，人们通过温度计、湿度计、CO2检测设备等设备来衡量室内空气的质量。在这种模式下进行的环境监测，不仅效率低下，随机性强，同时也缺乏严谨性。而智能家居监测家居环境中的一些重要参数，当发生火警、煤气泄漏、人员入侵等险情时会发出报警。随着时代的进步，人们的生活水平逐步提高，人们对智能家居系统在智能程度方面的需求日益增长；而随着传感器与检测技术的发展，智能家居系统的“感官系统”有了长足的进步，结合先进的控制理论与控制技术，其智能程度也越来越高，以前仅仅停留于人们设想中的诸多功能都已经被逐渐实现。
面向智能家居的室内环境监测系统正逐步迈入一个精确、高效、智能的时代。由于人们日常的生活和生产对室内环境监测拥有很大需求，而目前市面上有的空气质量检测系统，功能较为单一，测量精度不够高，且不能实现对室内空气质量的远程监控，因此这些检测仪不能满足室内空气检测便捷、高效的要求，而且当室内环境出现恶化等情况时，也无法保障室内环境的洁净和安全。
发明内容
为了克服已有空气检测方式的功能单一、无法满足室内空气检测便捷和高效的要求的不足，本发明提供了一种功能丰富、有效满足室内空气检测便捷和高效的要求、具有反馈机制的面向智能家居的空气质量检测系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种面向智能家居的空气质量检测系统，包括：
数据无线收发wi-fi模块，用以实现状态信息的无线收发；
传感器数据采集模块，用以采集安装在室内的一个灰尘传感器、一个温湿度传感器和一个气体传感器的数据；
数据处理模块，用以进行数据分析和数据处理；
人机界面模块，用以显示当前节点监控情况；
报警模块，用以当空气质量危害人体健康时，启动报警器；
移动通信终端，用以控制室内电器的运作，净化室内环境。
进一步，所述数据无线收发wi-fi模块、传感器数据采集模块和数据处理模块集成在控制电路板上。
再进一步，所述控制电路板中，控制芯片为DM9000；数据处理模块的主芯片采用TI公司arm控制芯片cortex-A8；所述控制电路板带有SD卡。
更进一步，所述的人机界面模块包括指纹识别单元、摄像拍照单元和自动巡检单元。
所述移动通信终端包括用以控制室内电器的运作的app监测模块。
所述app监测模块包括用于当室内粉尘过多时，能自动打开门窗的门窗控制单元。
所述app监测模块还包括用于当室内空气干燥时，能自动开启加湿器的湿度控制单元。
所述app监测模块还包括用于当检测出甲醛等有害气体时，能自动开启空气净化器的空气净化控制单元。
所述app监测模块还包括用于对家居环境进行视频监控，当用户对净化后的环境再次检测，若环境良好，能自动关闭门窗、加湿器和空气净化器的环境监测单元。
所述报警器为蜂鸣器。当然，也可以采用其他报警设备。
本发明的有益效果主要表现在：功能丰富、有效满足室内空气检测便捷和高效的要求；具有反馈机制，当室内环境出现恶化等情况时，启动室内空气净化装置净化空气。
附图说明
图1是本发明的硬件结构示意图。
图2是本发明的系统架构示意图。
图3是网络连接步骤示意图。
图4是软件实现示意图，(a)是TCP服务器的流程，(b)是TCP客户端的流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种面向智能家居的空气质量检测系统，包括：
数据无线收发wi-fi模块，用以实现状态信息的无线收发；
传感器数据采集模块，用以采集安装在室内的一个灰尘传感器、一个温湿度传感器和一个气体传感器的数据；
数据处理模块，用以进行数据分析和数据处理；
人机界面模块，用以显示当前节点监控情况；
报警模块，用以当空气质量危害人体健康时，启动报警器；
移动通信终端，用以控制室内电器的运作，净化室内环境。
进一步，所述数据无线收发wi-fi模块、传感器数据采集模块和数据处理模块集成在控制电路板上。
再进一步，所述控制电路板中，控制芯片为DM9000；数据处理模块的主芯片采用TI公司arm控制芯片cortex-A8；所述控制电路板带有SD卡。
更进一步，所述的人机界面模块包括指纹识别单元、摄像拍照单元和自动巡检单元。
所述移动通信终端包括用以控制室内电器的运作的app监测模块。
所述app监测模块包括用于当室内粉尘过多时，能自动打开门窗的门窗控制单元。
所述app监测模块还包括用于当室内空气干燥时，能自动开启加湿器的湿度控制单元。
所述app监测模块还包括用于当检测出甲醛等有害气体时，能自动开启空气净化器的空气净化控制单元。
所述app监测模块还包括用于对家居环境进行视频监控，当用户对净化后的环境再次检测，若环境良好，能自动关闭门窗、加湿器和空气净化器的环境监测单元。
所述报警器为蜂鸣器。当然，也可以采用其他报警设备。
本实施例的方案采用基于wi-fi的无线网络技术，搭建以高速arm芯片arm3358为核心的硬件平台，将数字传感器采集的数据发送到手机，实现室内空气质量的远程监控，并且能远程遥控家居内的电器，保证室内环境的洁净和安全。
本实施例中，采用的核心处理器为TI公司的arm3358，该处理器的最高运算速率为1Ghz，能进行高速运算，为了方便大量数据的存储，本发明不仅有nand flash和nor flash存储区，还扩展了SD卡，能存储大量数据。同时，为了方便以后的开发和设计，为用户提供了大量的用户接口，其中就包括I2C、CAN、SPI、UART等，实现了接口的多元化。同时为了观测采集数据，本发明还扩展了LCD液晶显示屏，当用户在家时可以直接观看室内空气质量，当用户不在家中时，可通过手机远程监控室内空气质量，其硬件设计具体实现如图1所示。
本发明是基于arm实现室内空气质量的远程监控，首先需要为嵌入式平台移植linux操作系统。主要移植是linux的引导程序、linux内核、根文件系统和设备驱动。由于需要基于wi-fi模块发送数据，本系统采用的Wi-Fi模块的核心芯片是Marvell公司的88w8686，接口为SDIO。模块正常工作需要加载两个驱动和一个固件，分别是WLAN驱动、SDIO驱动和SD8686固件。I2C和ADC驱动主要用于数据的采集和转换。应用程序主要负责利用linux设备提供的驱动接口完成数据的采集和处理，最后，通过wifi将数据发送给手机，完成数据显示和远程监控，具体实现如图2所示。
基于cortex-A8的室内空气质量检测仪的软件设计方法如图3所示，其具体步骤如下：
步骤1：服务器开启，启动socket，等待客户机连接。服务器端在创建完自己的Socket后，需要使用Bind方法将自己的IP号和端口号绑定到当前的Socket，以便客户端访问。绑定后，通过Listen操作设置客户端最大连接数，然后调用Accept方法使自己处于阻塞监听状态。客户端创建Socket后，通过Connect方法，指定服务器端的IP号和端口号，进行三次握手连接。连接成功后，客户端和服务器端可以用Write和Read方法进行通信，通信结束调用Close方法销毁套接字。然后，下位机客户端程序进行Conncet操作时，如果没有连接成功，会延时5秒继续执行Connect操作，直到连接成功为止。另外，客户端程序还调用setjmp和longjmp函数设置了异常跳转点，连接成功后，在网络发送或接收数据时，如果发生异常中断，程序会跳转Connect函数，重新执行连接操作，基本的TCP客户端/服务器模式网络通信流程如图4所示。
步骤2：接受客户机连接后，客户机发出采集数据命令。基于
cortex-A8搭建的采集系统，自动巡检室内环境，并采集室内的温湿度、尘埃颗粒、有害气体等的数据信息，并通过AD转换为数字信号。然后，将转换好的数字信号存储在系统中。
步骤3：对采集的数据进行平滑处理。采集的数据通常有干扰，这使得在绘制数据曲线是曲线不光滑。为了消弱干扰的影响，本系统采用中值滤波算法对数据进行处理。具体做法是，对连续多次采集数据，并对数据进行排序，选择中间值作为最终采样数据。
步骤4：对处理过的数据进行分析和评价。根据污染物对人体健康的危害程度，对所测量的空气质量信息选取不同的权重，综合各个性能指标，最终得出空气质量健康指数，可将其划分为优、良、轻度污染、重度污染等不同等级。
步骤5：通过wi-fi将检测到的空气质量数据和指数等信息发送给手机客户端，并在客户端进行显示，这样用户便可实时检测室内空气质量。
步骤6：当室内过于干燥时，手机客户端可以实现远程操作，控制加湿器工作。而当室内检测出的甲醛等有害气体超标时，手机客户端可控制室内空气净化器净化空气。当室内粉尘等悬浮物过多时，可以控制打开门窗。
步骤7：用户通过手机客户端，远程视屏监控室内环境，如室内环境良好，即可远程关闭加湿器、门窗、空气净化器等。
面向智能家居的空气质量检测系统，相比于之前的一些检测系统，其在硬件设计上提供了大量的接口，并扩展了存储空间，提高了便携性和易扩展性。并且由于采用了基于wi-fi的无线网络技术，实现了室内空气质量的远距离监控，使得人们能远距离检测室内的空气质量，提高了便捷性和安全性。与此同时，由于能够远程遥控室内家用电器，有效避免了当室内环境出现恶化时危害人身安全等情况的发生。

Claims (10)

1.一种面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述空气质量检测系统包括：
数据无线收发wi-fi模块，用以实现状态信息的无线收发；
传感器数据采集模块，用以采集安装在室内的一个灰尘传感器、一个温湿度传感器和一个气体传感器的数据；
数据处理模块，用以进行数据分析和数据处理；
人机界面模块，用以显示当前节点监控情况；
报警模块，用以当空气质量危害人体健康时，启动报警器；
移动通信终端，用以控制室内电器的运作，净化室内环境。
2.如权利要求1所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述数据无线收发wi-fi模块、传感器数据采集模块和数据处理模块集成在控制电路板上。
3.如权利要求2所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述控制电路板中，控制芯片为DM9000；数据处理模块的主芯片采用TI公司arm控制芯片cortex-A8；所述控制电路板带有SD卡。
4.如权利要求1～3之一所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述的人机界面模块包括指纹识别单元、摄像拍照单元和自动巡检单元。
5.如权利要求1～3之一所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述移动通信终端包括用以控制室内电器的运作的app监测模块。
6.如权利要求5所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述app监测模块包括用于当室内粉尘过多时，能自动打开门窗的门窗控制单元。
7.如权利要求6所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述app监测模块还包括用于当室内空气干燥时，能自动开启加湿器的湿度控制单元。
8.如权利要求6所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述app监测模块还包括用于当检测出甲醛等有害气体时，能自动开启空气净化器的空气净化控制单元。
9.如权利要求6所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述app监测模块还包括用于对家居环境进行视频监控，当用户对净化后的环境再次检测，若环境良好，能自动关闭门窗、加湿器和空气净化器的环境监测单元。
10.如权利要求1～3之一所述的面向智能家居的空气质量检测系统，其特征在于：所述报警器为蜂鸣器。
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