CN107166548A - 基于无线的智能化复合式空气净化器系统及其控制方法 - Google Patents

基于无线的智能化复合式空气净化器系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于无线的智能化复合式空气净化器系统及其控制方法，系统包括位于外壳中模块化的多级净化装置、微处理器、无线通讯模块、和显示屏；以微处理器为核心，模块化的多级净化装置、空气检测装置、无线通讯模块、传感器、和显示屏均与微处理器相连接；空气检测装置包括传感器。通过上述设计，本发明能够使用户实时地获取家庭的空气状况，随时随地地实施控制，且具有节能减排的效果，具有操作简易、智能化程度高的优点。

Description

基于无线的智能化复合式空气净化器系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及室内空气净化器技术领域，具体涉及基于无线的智能化复合式空气净化器系统及其控制方法。
背景技术
近年来,由于室外空气质量恶化，室内空气的自然换气次数极端减少,家具的胶合板、装饰板、粘接剂、涂料等构造材料等产生的甲醛、甲苯等挥发性有机化合物、室内堆积的灰尘、霉菌、厨房抽油烟机效果不明显而留下的油烟、衣物瞒虫、宠物的毛、香烟的烟等持续滞留在室内,粉尘、花粉等各种颗粒状物质等附着在人体、衣服等上,被从屋外带入到室内,还有目前遍布空气、无孔不入的雾霾，对人体产生不良影响,有时引起健康损害。
为了除去空气中的有害物质，还原清新空气，拥有舒适的居住空间,市面上具有空气净化功能的脱臭器、空调机、加湿器等各种设备的需求大大增加。但是目前仍然缺乏智能化控制的复合式的空气净化器，有的虽然具有复合式，但是存在一旦开机便启动所有装置并且工作模式单一等的问题，造成资源的极大浪费；有的虽然是挂着智能化的名义，但是只是普通的监测和简单的给出空气质量水平鉴定结果，没有运用相关算法进行合理地分析，没有准确的结果，也不能合理配置各层空气净化装置的出力；还缺乏远程控制的功能，没有很好的用户体验。
因此,需要对现有的室内净化系统进行设计改进,来实现智能化、最优化、节能化，从而提高对室内净化的效率。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足而提供基于无线的智能化复合式空气净化器系统及其控制方法,该智能空气净化器系统结构设计新颖、功能多样、智能化程度高、操作使用方便、节能减排。
为达到上述目的,本发明通过以下技术方案来实现。
一种基于无线通讯的智能化复合式空气净化器系统，包括手机app控制部分、位于外壳中模块化的多级净化装置、微处理器、无线通讯模块、和显示屏；以微处理器为核心，模块化的多级净化装置、空气检测装置、无线通讯模块、传感器、和显示屏均与微处理器相连接；手机app控制部分与无线通讯模块相连接；空气检测装置包括传感器。
进一步地，所述外壳呈长方体状，出气口位于长方体的正面，所述出气口为均匀水平分布的角度可调的格珊；所述外壳底下安装有滚轮；所述外壳的两侧分别设有用于手提的凹槽；所述外壳的右侧中部设有用于更换模块化的多级净化装置中的滤网和二氧化钛光触媒板的长方形门；所述外壳的下部设有可抽拉的集尘盒；所述外壳的顶部布置有显示屏，用于显示空气质量的检测结果、工作模式、时间、温度和风速；所述外壳的顶部设有按钮，分别为开关按钮、模式选择按钮、定时按钮、风速按钮、递增按钮和递减按钮；所述外壳的背部设有入风口和多档位静音风机。所有边角均用圆角磨砂处理，使用户使用起来安全，手感更佳。出气口位于长方体的正面，所述出气口为均匀水平分布的角度可调的格珊，方便调整出风的角度；所述外壳底下安装有滚轮，由此可以通过滚轮调整装置的位置，使得本发明更加灵活，可用于室内任何一个地方；所述外壳的两侧分别设有用于手提的凹槽，使得本发明方便抬放安置；进一步地，所述外壳的右侧中部设有用于更换空气净化的物理性网和光触媒网等的长方形的门，用户可以定时更换过滤网，提高装置的净化效率；所述外壳的右侧下部设有可抽拉的集尘盒，用于收集通过净化器内部的大颗粒和尘埃，该集尘盒为前后抽拉，非常便捷；所述外壳的背部布置有多档位静音风机和入风口，该风机体积小并且具有静音效果，使得本发明可以在安静的环境下实用；所述外壳的顶部布置有显示屏，用于显示空气质量的检测结果、工作模式、时间、温度、风速和空气质量详情；所述外壳的顶部设有按钮，分别开关按钮、模式选择按钮、定时按钮、风速按钮、递增按钮、递减按钮，所述的显示屏和按钮大小适宜，操作简便且可实现本设备的所有功能，老少咸宜。
进一步地，所述的微处理器基于stc89C51单片机，用于控制显示屏与模块化的多级净化装置的开启、关闭或待机，并且根据无线通讯模块所得到的关于手机app端的指令而控制净化装置的工作模式；Stc89C51单片机获得传感器得到的气体信息，用于显示在显示屏上作为检测结果；单片机通过一种基于多传感数据融合的空气质量检测系统后得出最优运行方案，控制多级净化装置的高效地节能地运行；单片机还将空气质量实时地通过显示屏反映，也同步地通过无线通讯模块反映在用户的手机app上。
进一步地，所述的模块化的多级净化装置包括从进风口到出风口依次布置的活性炭冷触媒复合滤网、EP集尘器、HEPA过滤网、TVOC过滤网、uv光解装置、二氧化钛光触媒板、高频高压静电除尘器、超声波震荡器和集尘器、多档位风机；活性炭冷触媒复合滤网、HEPA过滤网以及TVOC过滤网是任何模式下均工作的物理性网，而uv光解装置、基于高频高压电源的高频高压静电除尘器以及多档位风机受微处理器控制和调节；单片机根据传感器的传感数据对uv光解装置、高频高压静电除尘器、多档位风机三者各自的出力的进行优化控制；其中uv光解装置允许调整所使用的uv光管的数量来调整其出力，高频高压电源的静电除尘器允许调整其电压和频率来调整静电除尘器的功率和效率，多档位风机允许调整其风速来调整净化所需的时间和改变净化效率；通过基于多传感数据融合的空气质量检测算法对气体检测数据进行分析，并在单片机上进行最优化处理，得出一个综合了过滤网网的固定的净化效率，以及uv光解、高频高压静电除尘器、多档位风机三者各自的出力的节能最优化的结果。
进一步地，所述的高频高压电源的静电除尘器使用一种静电除尘用的高频高压电源及其控制方法。
进一步地，所述的高频高压静电除尘器使用一种静电除尘用的高频高压电源，包括主功率变换电路、传感器检测电路以及控制电路，其中控制电路通过驱动电路与主功率变换电路相连，传感收集与处理电路与控制电路相连；传感器检测电路将收集到的数据传送给控制电路的DSP芯片，再由DSP芯片对控制电路发送一个控制信号，借此达到合理调节主功率变换电路输出电压，尽可能地将净化效率保证在一个较高的数值。
所述的高频高压电源，输入为三相交流电源，经过三相整流滤波电路，再经过全桥式高频逆变电路，由高频高压变压器升压后，经过高压硅堆整流电路整流输出；其中DSP通过驱动电路对主功率电路的全桥式高频逆变电路的功率管IGBT进行导通关断控制。
进一步地，所述的传感器检测电路包括激光散射式粉尘浓度传感器、温度传感器；其中粉尘传感器和温度传感器均为工业级传感器，多个粉尘传感器布置在静电除尘器的进风口和出风口；所述的控制电路包括DSP、采集电路以及运算调节器；其中DSP采用TMS320F2812，其会将电源输出电压以及输出电流分别通过采集电路的电压互感器和电流互感器进行采集，通过运算调节器后输送进入DSP的数据采集引脚进行数据采集，当出现过压过流时，DSP通过对PWM发生器进行闭锁以实现对输出电压以及输出电流的过压过流保护。
进一步地，所述的激光散射式粉尘浓度传感器LDPM1000I以分成两组，每组5个传感器的形式分别布置在静电除尘器的进风口和出风口，粉尘传感器检测到的粉尘浓度数据在传送到DSP后，在DSP芯片中进行均值和分层计算，最终得出的结果作为对输出电压的控制依据。
进一步地，所述无线通讯模块为wifi模块，微处理器通过无线通讯模块与智能终端实现匹配连接，用户通过手机APP即可对空气净化器进行关闭、打开、待机、多模式选择以及查看当前空气质量与气体指标的控制和操作；所述手机app显示当前空气中各种有害气体的指标，温湿度以及空气质量综合指标；用户可有四个模式可选，分别是超强模式、强劲模式、正常模式、待机模式，或选择自动模式。
进一步地，所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统的控制方法，包括高频高压静电除尘器的高频高压电源的控制和基于多传感数据融合的空气质量检测，所述高频高压静电除尘器的高频高压电源的控制包括：
A、传感数据的收集和处理：
S1接通电源后，激光散射式粉尘浓度传感器和温度传感器进行预热，预热结束后，将采集到的传感数据输送到DSP中；
S2 DSP将收集到的进风口和出风口的粉尘浓度数据进行均值和分层计算进而整合成一个分段的除尘效率，并将处理后除尘效率进行保存以作为后续输出控制的依据；
B、DSP的控制策略：
S1接通电源后，DSP进行粉尘浓度数据采样处理后得到第一个效率系数保存在内部一个变量temp1中；DSP在接通电源的第一秒后执行如下步骤；
其中，分段的除尘效率计算公式是通过以下方式进行定义的：将粉尘浓度按照0-100mg/m3、100-800mg/m3以及800-1000mg/m3分别轻度粉尘浓度、中度粉尘浓度以及重度粉尘浓度这三段区间，并定义一个用来衡量除尘效果的物理量：除尘效率系数；当粉尘浓度均值处于轻度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％+校正百分比系数；当粉尘浓度均值处于中度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％；当粉尘浓度均值处于重度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％-校正百分比系数；其中引入校正百分比系数的原因是因为在浓度过低或者过高时，传感器只能测量到局部的粉尘浓度而无法完全反应整体的粉尘平均浓度而会造成测量误差，校正百分比系数可根据实际情况进行选择，取值范围为2％-10％；但静电装置在正常工作时一般粉尘浓度处于中度粉尘浓度区间，此时粗略地认为传感器的检测结果基本能够反应进出风口的粉尘浓度情况；
S2 DSP将输出电压提高设定值a(如1000V)，升压后第一次处理得到的效率系数保存在一个变量temp2中；
S3 DSP比较temp1和temp2的数值大小，此时temp2的数值比temp1大，则将二者的差值保存在一个变量temp3中，之后再把temp2的值赋给temp1，完成数据的交替；
S4再一次提高输出电压设定值a，进行步骤S2-S3的操作，其中这一次S3中temp1与temp2的差值保存在一个变量temp4中，其余保持不变，然后进行下一步；
S5观察temp4是否比temp3大设定百分比b(5％)以上，如果大于百分比b，则继续重复S2-S4的步骤，否则维持输出电压不变；
S6若在执行S2-S5的过程中，检测到的变量temp2突然明显小于temp1，则此时静电除尘器发生闪络，记录升压前的输出电压，并快速关断功率管IGBT以防止闪络的进一步发展，重新开机后将输出电压快速调节到之间记录的输出电压，并进行稳定输出。
进一步地，所述基于多传感数据融合的空气质量检测算法包括：A、数据的收集
S1、接通电源后，各个传感器进行预热；预热结束后，空气检测装置中的臭氧传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器向模数转换芯片ADC0832的CH0输送一个0-5V的模拟电压；而温度传感器和湿度传感器则直接通过对应的DQ和DATA引脚与stc89c51单片机进行通讯；
S2、模数转换芯片ADC0832采集CH0口的电平信息，在芯片内部将模拟量转化成单片机能识别的数字量，并输送给单片机；
S3、单片机通过对模数转换芯片ADC0832传输过来的数字数据以及温湿度传感器直接传送的数字数据进行采集，并保存为变量以供后续进行数据处理；
B、数据的处理
S1、把测得的臭氧浓度，一氧化碳浓度、PM2.5浓度以及当地典型的二氧化硫浓度、二氧化氮浓度以及PM10浓度数据代入以下的一维插值公式
分别进行计算6个指标各自对应的空气质量分指数，其中IAQIp为对应污染物P的空气质量分指数；Cp为对应污染物P的质量浓度值；BPHi为与Cp相近的污染物浓度限值的高值位；BPLo为与Cp相近的污染物浓度限值的低值位；IAQIHi为与BPHi对应的空气质量分指数；IAQILo为与BPLo对应的空气质量分指数；IAQI为空气质量分数；
S2、采用层次分析加权法得到各个污染物空气质量指数(AQI)所占的权重；构造判断矩阵A，通过对6个空气评价指标相对应的重要程度进行分析和判断，构建判断矩阵A；
S3、然后通过修正后的半集均方差公式
Pi大于中位数半集的分指数；
m大于中位数半集的分指数个数；
Q对各个指标空气质量分指数加权后得到的综合指数；
Sh，修正后的半集均方差；
进行半集均方差计算；
S4、通过计算式AQI＝Q+Sh′得到修正后的空气质量指数(AQI)的标准值，并将其保存为名称为AQI的变量储存在单片机内部；
C、数据的显示和储存
S1、单片机通过将空气质量指数(AQI)传输到lcd1602显示屏上显示；
S2、单片机将空气质量指数(AQI)储存到储存芯片内部。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明根据检测装置得到的空气成分优化地节能地选择工作模式，实现复合式空气净化的效率最大化。同时，静电除尘器使用一种静电除尘用的高频高压电源及其控制方法，对现有静电除尘器的电源进行优化改善，借助传感器技术得出净化效果评估参数，反馈到电源控制电路以达到最合适的输出电压，实现最佳的净化效果，有效地保证了在系统能够安全运行下的最优电压输出。通过上述的系统设计，本发明的智能化复合式空气净化器系统结构设计新颖、功能多样、智能化程度高、操作使用方便、节能减排。
附图说明：
图1为智能化的复合式空气净化器正面图。
图2为智能化的复合式空气净化器背面图。
图3为智能化的复合式空气净化器系统原理图。
图4为智能化的复合式空气净化器系统的屏幕图。
具体实施方式
下面结合实例和附图对本发明的具体的实施方式作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。
如图1，为本实例的智能化的复合式空气净化器的正面图，本发明的净化器的外壳呈长方体状，所有边角均用圆角磨砂处理。出气口位于长方体的正面，所述出气口为均匀水平分布的角度可调的格珊；所述外壳底下安装有滚轮，由此可以通过滚轮调整装置的位置，使得本发明更加灵活，可用于室内任何一个地方；所述外壳的两侧分别设有用于手提的凹槽，使得本发明方便抬放安置；外壳的右侧中部设有用于更换空气净化的物理性网和光触媒网等的长方形的门，用户可以定时更换过滤网，提高装置的净化效率；所述外壳的右侧下部设有可抽拉的集尘盒，用于收集通过净化器内部的大颗粒和尘埃，集尘盒为前后抽拉。
所述外壳呈长方体状，出气口2位于长方体的正面，所述出气口2为均匀水平分布的角度可调的格珊；所述外壳底下安装有滚轮1；所述外壳的两侧分别设有用于手提的凹槽10；所述外壳的右侧中部设有用于更换模块化的多级净化装置中的物理性网和光触媒网的长方形门11；所述外壳的下部设有可抽拉的集尘盒12；所述外壳的顶部布置有显示屏7，用于显示空气质量的检测结果、工作模式、时间、温度和风速；所述外壳的顶部设有按钮，分别为开关按钮6、模式选择按钮8、定时按钮4、风速按钮5、递增按钮3和递减按钮9；所述外壳的背部设有入风口13和多档位静音风机14。
外壳的顶部布置有显示屏，用于显示空气质量的检测结果、工作模式、时间、温度、风速；所述外壳的顶部设有按钮，分别开关按钮、模式选择按钮、定时按钮、自定义按钮、递增按钮、递减按钮，所述的显示屏和按钮大小适宜，可实现本设备的所有功能。具体操作为：按下开关按钮6机器开启，进入用户选择阶段，按下模式选择按钮4进入模式选择，用户可以使用递增按钮3和递减按钮9选择自动的高效且节能模式或者预设好的模式1、模式2、模式3，此时再次按下模式选择按钮4，空气净化器进入工作模式；若用户对机器工作时间有特殊要求，可以先按下定时按钮8，运用递增按钮3和递减按钮9进行设置，再次按下模式选择按钮4即可进入工作模式；若用户有特殊要求，可以按下自定义按钮5，配合递增按钮3和递减按钮9即可分别调整uv光解、静电器、静音风机的出力。
如图2所示，为智能化的复合式空气净化器背面图，所述外壳的背部布置有多档位静音风机14和入风口13，该风机体积小并且具有静音效果，使得本发明可以在安静的环境下实用。
如图3，作为一种应用实例，本实例还包括手机app控制部分。以微处理器为核心，显示屏、模块化的多级净化装置、空气检测装置、wifi通讯模块均与微处理器相连接，手机app控制部分与wifi通讯模块相连接。基于stc89C51单片机，用于控制显示屏与模块化的多级净化装置的开启、关闭或待机，并且根据wifi通讯模块所得到的关于手机app端的指令而控制净化装置的工作模式。微处理器还包括用于设定不同种类的有害物质的空气质量安全标准范围的标准器件，用于发送空气质量的真实数据器件。Stc89C51单片机获得传感器得到的气体信息，用于显示在显示屏上作为检测结果；单片机通过一种基于多传感数据融合的空气质量检测系统后得出最优运行方案，控制多级净化装置的高效地节能地运行；单片机还将空气质量实时地通过显示屏反映，也同步地通过无线通讯模块反映在用户的手机app上。
所述的模块化的多级净化装置包括从进风口到出风口依次布置的活性炭冷触媒高效复合滤网301、EP集尘器302、HEPA过滤网303、TVOC过滤网304、uv光解装置305、二氧化钛光触媒板306、高频高压电源的静电除尘装置307、超声波震荡器和集尘器309(还可以设置超声波震荡集尘装置？超声波震荡集尘装置若不是现有的，需要进一步细写和画图，若是现有的，请给出规范可查的名称答：是现有的)、多档位风机308；活性炭冷触媒复合滤网、HEPA过滤网以及TVOC过滤网是任何模式下均工作的物理性网，而uv光解装置、高频高压电源的静电除尘装置以及多档位风机受微处理器控制，能够调整其净化空气的出力，其中uv光解装置允许调整所使用的uv光管的数量来调整其出力，高频高压电源的静电除尘装置允许调整其电压和频率来调整静电除尘器的功率和效率，多档位风机允许调整其风速来调整净化所需的时间和改变净化效率。作为一种实例，可以通过一种基于多传感数据融合的空气质量检测，对气体检测数据进行分析，并在单片机上进行最优化处理，得出一个综合了过滤网网的固定的净化效率，以及uv光解、高频高压静电除尘器、多档位风机三者各自的出力的节能效果最优化的结果。使得本发明兼备了净化效果和节能减排的两大亮点，极大地满足用户的需求。
本实例中，除尘效率计算公式是通过以下方式进行定义的：将粉尘浓度按照0-100mg/m3、100-800mg/m3以及800-1000mg/m3分别轻度粉尘浓度、中度粉尘浓度以及重度粉尘浓度这三段区间，并定义一个用来衡量除尘效果的物理量：除尘效率系数；当粉尘浓度均值处于轻度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％+校正百分比系数；当粉尘浓度均值处于中度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％；当粉尘浓度均值处于重度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％-校正百分比系数；其中引入校正百分比系数的原因是因为在浓度过低或者过高时，传感器只能测量到局部的粉尘浓度而无法完全反应整体的粉尘平均浓度而会造成测量误差，校正百分比系数可根据实际情况进行选择，取值范围为2％-10％；但静电装置在正常工作时一般粉尘浓度处于中度粉尘浓度区间，此时粗略地认为传感器的检测结果基本能够反应进出风口的粉尘浓度情况。
所述的DSP的控制策略为第一步先接通电源后，DSP进行粉尘浓度数据采样处理后得到第一个除尘效率系数保存在内部一个变量temp1中；第二步是DSP在第一秒后将输出电压提高1000V，升压后第一次处理得到的除尘效率系数保存在一个变量temp2中；第三步是DSP比较temp1和temp2的数值大小，此时temp2的数值比temp1大，则将二者的差值保存在一个变量temp3中，之后再把temp2的值赋给temp1，完成除尘效率系数的数据交替；第四步是再一次提高输出电压1000V，重复第二步和第三步的操作，每一次最新获得的除尘效率系数都保存到temp2中，其中这一次第三步中temp1与temp2的差值保存在一个变量temp4中，其余保持不变；第五步是观察temp4是否比temp3大5％以上，如果大于5％，则继续重复第二步到第四步的步骤，否则维持输出电压不变；并把temp4的数值赋给temp3，完成除尘效率系数的数值差的数据交替；同时重复执行第二步到第五步，若在此过程中，检测到的变量temp2突然明显小于temp1，则此时静电装置发生闪络，记录升压前的输出电压，并快速关断功率管IGBT以防止闪络的进一步发展，重新开机后将输出电压快速调节到之间记录的输出电压，并进行稳定输出。
通过对升压前后除尘效率系数temp1和temp2的数值的比较以及两次升压前后除尘效率系数数值差temp3和temp4的比较，前者可以保证高频高压电源在静电装置不被击穿的前提下，尽可能的提高输出电压以达到更高的除尘效率；后者则是在提高输出电压已经无法明显提高除尘效率的情况下，自动放弃继续升压以防止静电装置发生闪络故障。
所述的DSP芯片的控制策略，是当检测到第二次除尘效率系数temp2相比第一次除尘效率系数temp1明显下降的时候，DSP会自动判定此时发生了静电装置的闪络故障，故其会快速关断功率管IGBT，并且重新开机把输出电压快速提升到之前记录的稳定输出电压值，这样可以较好的确保静电装置和高频高压电源的可靠运行。
所述的DSP芯片的控制策略，是在运行控制算法的过程中，每一次提高电压后都将最后一次测得的除尘效率系数temp2赋值给temp1，而把最新一次的数据赋值给temp2，从而实现除尘效率系数的数据更替；同时，将最后一次测得的除尘效率系数的数值差temp4赋值给temp3，而把最新一次的数据赋值给temp4，从而实现了除尘效率系数的数值差的数据更替。
作为本实例的一种应用，算法部分主要内容为半集均方差、层次分析加权法，通过建立恰当空气质量数学模型，运用MATLAB软件进行编程验证，正确合理地将各个传感器测得的参数通过合理的运算最终得到一个可信的空气质量指数，进而为其他空气质量装置提供合理地空气质量信息；单片机接收到的数据也会通过LCD1602液晶显示屏进行显示，并把数据保存在EPCS64储存芯片上，以便用户实时观察，用户也可以通过电路面板上按键进行以往数据的查看和调用。
本实例的传感器包括MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器各类传感器通过模拟输出端口与模数转换芯片ADC0832的CH0口进行连接，模数转换芯片ADC0832的数据输出端口DO与单片机的IO端口连接；而温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11则直接与单片机相连，通过实现编写好的代码将检测到的温湿度数据直接传送到单片机内部并进行处理和保存；通过MQ131臭氧传感器、MQ7一氧化碳传感器、夏普PM2.5粉尘传感器、温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11精确地测量出浴室内的各类气体信息、pm2.5浓度以及温度湿度参数，并通过ADC0832的CH0引脚输送至ADC0832芯片进行模数转换，在控制芯片stc98c51单片机中编写相应的读取控制程序，将通过ADC0832转换芯片转换后的数字数据传送到51单片机以供单片机控制处理；各类传感器最终传输到stc89c51单片机芯片的数据再通过对单片机进行设定好的的编程程序，通过与单片机直接连接的lcd1602液晶显示屏显示在液晶屏幕上，并把接收到的数据保存在与单片机直接连接储存芯片EPCS64内部；同时，用户也可通过与单片机直接相连的电路面板上的按钮进行数据的查看和调用。
所述的控制显示电路系统使用stc89c51单片机作为控制芯片，而lcd1602作为液晶显示屏，所收集到的数据通过与单片机直接连接的储存芯片EPCS64保存；单片机通过外置ADC芯片收集到的数据以及直接通过IO口收集到的数据，在经过半集均方差、层次分析加权法处理后得到空气质量指数AQI并将其显示在lcd1602上，同时将得到的AQI数据保存在EPCS64芯片内部。
所使用的数据处理方法为半集均方差、层次分析加权法，其处理方式是先把测得的6个实时报的指标的数据代入以下的一维插值公式，分别进行计算6个指标各自对应的空气质量分指数；然后采用层次分析加权法得到各个污染物AQI所占的权重；构造判断矩阵A，通过对6个空气评价指标相对应的重要程度进行分析和判断，构建判断矩阵A；接着通过的修正后的半集均方差公式
Pi为大于中位数半集的分指数；
m为大于中位数半集的分指数个数；
Q为对各个指标空气质量分指数加权后得到的综合指数；
Sh，为修正后的半集均方差；
进行半集均方差计算；最后通过计算式AQI＝Q+Sh′得到修正后的空气质量指数(AQI)的标准值，并将其保存为名称为AQI的变量储存在单片机内部。
所述无线通讯模块为wifi模块，微处理器通过无线通讯模块与智能终端实现匹配连接，用户需要下载并安装与相应的手机app，并用手机连接指定的wifi，即可对空气净化器进行关闭、打开、待机、多模式选择以及查看当前空气质量与气体指标的控制和操作。
作为一种实例，如图4，为装置顶部的显示屏图，显示屏第一行显示有室内温度，工作模式有四个预设的工作模式和自动优化节能模式，风速为三档可调，显示屏第二行显示有室内湿度，定时部分显示已设定的工作时间的剩余时间，空气质量显示的数值由1到5，分别表示空气质量由好到差的各个程度。显示屏的中下方还创新性的显示空气质量详情，根据各种传感器反映回来的数据，将该检测数据显示至显示屏，其中包括pm2.5、一氧化氮、硫氧化物、氮氧化物、臭氧和甲醛的具体含量，以便用户查看校正，因此使得本发明所得出的数据和处理结果有根有据，用户可以全面了解室内的空气状况，以及做出使用空气净化器以外的附加措施来全面改善室内空气质量。
通过上述设计，本发明能够使用户实时地获取家庭的空气状况，随时随地地实施控制，且本发明具备优化各种空气净化设备的出力的特点，具有节能减排的效果，具有操作简易、智能化程度高的优点。
通过上述设计，本发明能够使用户实时地获取家庭的空气状况，随时随地地实施控制，且本发明具备优化各种空气净化设备的出力的特点，具有节能减排的效果，具有操作简易、智能化程度高的优点。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于，包括手机app控制部分、位于外壳中模块化的多级净化装置、微处理器、无线通讯模块、和显示屏；以微处理器为核心，模块化的多级净化装置、空气检测装置、无线通讯模块、传感器、和显示屏均与微处理器相连接；手机app控制部分与无线通讯模块相连接；空气检测装置包括传感器。
2.根据权利要求1所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于，所述外壳呈长方体状，出气口(2)位于长方体的正面，所述出气口(2)为均匀水平分布的角度可调的格珊；所述外壳底下安装有滚轮(1)；所述外壳的两侧分别设有用于手提的凹槽(10)；所述外壳的右侧中部设有用于更换模块化的多级净化装置中的滤网和二氧化钛光触媒板的长方形门(11)；所述外壳的下部设有可抽拉的集尘盒(12)；所述外壳的顶部布置有显示屏(7)，用于显示空气质量的检测结果、工作模式、时间、温度和风速；所述外壳的顶部设有按钮，分别为开关按钮(6)、模式选择按钮(8)、定时按钮(4)、风速按钮(5)、递增按钮(3)和递减按钮(9)；所述外壳的背部设有入风口(13)和多档位静音风机(14)。
3.根据权利要求1所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于，所述的微处理器基于单片机，用于控制显示屏与模块化的多级净化装置的开启、关闭或待机，并且根据无线通讯模块所得到的关于手机app端的指令而控制多级净化装置的工作模式；单片机获得传感器得到的气体信息，用于显示在显示屏上作为检测结果；单片机通过基于多传感数据融合的空气质量检测算法后得出最优运行方案，控制多级净化装置的运行；单片机还将空气质量实时地通过显示屏反映，也同步地通过无线通讯模块反映在用户的手机app上。
4.根据权利要求1所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于，所述的模块化的多级净化装置包括从进风口到出风口依次布置的活性炭冷触媒复合滤网、EP集尘器、HEPA过滤网、TVOC过滤网、uv光解装置、二氧化钛光触媒板、高频高压静电除尘器、超声波震荡器和集尘器、多档位风机；活性炭冷触媒复合滤网、HEPA过滤网以及TVOC过滤网是任何模式下均工作的物理性网，而uv光解装置、基于高频高压电源的高频高压静电除尘器以及多档位风机受微处理器控制和调节；单片机根据传感器的传感数据对uv光解装置、高频高压静电除尘器、多档位风机三者各自的出力的进行优化控制；其中uv光解装置允许调整所使用的uv光管的数量来调整其出力，高频高压电源的静电除尘器允许调整其电压和频率来调整静电除尘器的功率和效率，多档位风机允许调整其风速来调整净化所需的时间和改变净化效率；通过基于多传感数据融合的空气质量检测算法对气体检测数据进行分析，并在单片机上进行最优化处理，得出一个综合了过滤网网的固定的净化效率，以及uv光解、高频高压静电除尘器、多档位风机三者各自的出力的节能最优化的结果。
5.根据权利要求4所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于，所述的高频高压静电除尘器使用一种静电除尘用的高频高压电源，包括主功率变换电路、传感器检测电路以及控制电路，其中控制电路通过驱动电路与主功率变换电路相连，传感收集与处理电路与控制电路相连；传感器检测电路将收集到的数据传送给控制电路的DSP芯片，再由DSP芯片对控制电路发送一个控制信号，借此达到合理调节主功率变换电路输出电压。
6.根据权利要求5所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于，所述的传感器检测电路包括激光散射式粉尘浓度传感器、温度传感器；其中粉尘传感器和温度传感器均为工业级传感器，多个粉尘传感器布置在静电除尘器的进风口和出风口；所述的控制电路包括DSP、采集电路以及运算调节器；其中DSP采用TMS320F2812，其会将电源输出电压以及输出电流分别通过采集电路的电压互感器和电流互感器进行采集，通过运算调节器后输送进入DSP的数据采集引脚进行数据采集，当出现过压过流时，DSP通过对PWM发生器进行闭锁以实现对输出电压以及输出电流的过压过流保护。
7.根据权利要求1所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于：所述空气检测装置包括气体传感器、pm2.5传感器、温湿度传感器；所述气体传感器包括MQ131臭氧传感器和MQ7一氧化碳传感器，通过模拟输出端口与模数转换芯片连接，模数转换芯片将转换后的数据输出给单片机；温湿度传感器包括温度传感器DS18B20以及湿度传感器DHT11，直接与单片机相连；单片机把接收到的数据保存在与单片机直接连接储存芯片EPCS64内部，供用户查询或调用。
8.根据权利要求1所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统，其特征在于：所述无线通讯模块为wifi模块，微处理器通过无线通讯模块与智能终端实现匹配连接，用户通过手机APP即可对空气净化器进行关闭、打开、待机、多模式选择以及查看当前空气质量与气体指标的控制和操作；所述手机app显示当前空气中各种有害气体的指标，温湿度以及空气质量综合指标；用户可有四个模式可选，分别是超强模式、强劲模式、正常模式、待机模式，或选择自动模式。
9.用于权利要求6所述的基于无线的智能化复合式空气净化器系统的控制方法，其特征在于：包括高频高压静电除尘器的高频高压电源的控制和基于多传感数据融合的空气质量检测，所述高频高压静电除尘器的高频高压电源的控制包括：
A、传感数据的收集和处理：
S1接通电源后，激光散射式粉尘浓度传感器和温度传感器进行预热，预热结束后，将采集到的传感数据输送到DSP中；
S2DSP将收集到的进风口和出风口的粉尘浓度数据进行均值和分层计算进而整合成一个分段的除尘效率，并将处理后除尘效率进行保存以作为后续输出控制的依据；
其中，分段的除尘效率计算公式是通过以下方式进行定义的：将粉尘浓度按照0-100mg/m3、100-800mg/m3以及800-1000mg/m3分别轻度粉尘浓度、中度粉尘浓度以及重度粉尘浓度这三段区间，并定义一个用来衡量除尘效果的物理量：除尘效率系数；当粉尘浓度均值处于轻度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％+校正百分比系数；当粉尘浓度均值处于中度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％；当粉尘浓度均值处于重度粉尘浓度区间时，除尘效率系数＝(1-出风口粉尘浓度/进风口粉尘浓度)*100％-校正百分比系数；其中引入校正百分比系数的原因是因为在浓度过低或者过高时，传感器只能测量到局部的粉尘浓度而无法完全反应整体的粉尘平均浓度而会造成测量误差，校正百分比系数可根据实际情况进行选择，取值范围为2％-10％；但静电装置在正常工作时一般粉尘浓度处于中度粉尘浓度区间，此时粗略地认为传感器的检测结果基本能够反应进出风口的粉尘浓度情况；
B、DSP的控制策略：
S1 接通电源后，DSP进行粉尘浓度数据采样处理后得到第一个效率系数保存在内部一个变量temp1中；DSP在接通电源后的第一秒后执行如下步骤；
S2 DSP将输出电压提高设定值a，升压后第一次处理得到的效率系数保存在一个变量temp2中；
S3 DSP比较temp1和temp2的数值大小，此时temp2的数值比temp1大，则将二者的差值保存在一个变量temp3中，之后再把temp2的值赋给temp1，完成数据的交替；
S4 再一次提高输出电压设定值a，进行步骤S2-S3的操作，其中这一次S3中temp1与temp2的差值保存在一个变量temp4中，其余保持不变，然后进行下一步；
S5 观察temp4是否比temp3大设定百分比b以上，如果大于百分比b，则继续重复S2-S4的步骤，否则维持输出电压不变；
S6 若在执行S2-S5的过程中，检测到的变量temp2突然明显小于temp1，则此时静电除尘器发生闪络，记录升压前的输出电压，并快速关断功率管IGBT以防止闪络的进一步发展，重新开机后将输出电压快速调节到之间记录的输出电压，并进行稳定输出。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：所述基于多传感数据融合的空气质量检测算法包括：
A、数据的收集
S1、接通电源后，各个传感器进行预热；预热结束后，空气检测装置中的臭氧传感器、一氧化碳传感器、粉尘传感器向模数转换芯片ADC0832的CH0输送一个0-5V的模拟电压；而温度传感器和湿度传感器则直接通过对应的DQ和DATA引脚与stc89c51单片机进行通讯；
S2、模数转换芯片ADC0832采集CH0口的电平信息，在芯片内部将模拟量转化成单片机能识别的数字量，并输送给单片机；
S3、单片机通过对模数转换芯片ADC0832传输过来的数字数据以及温湿度传感器直接传送的数字数据进行采集，并保存为变量以供后续进行数据处理；
B、数据的处理
S1、把测得的臭氧浓度，一氧化碳浓度、PM2.5浓度以及当地典型的二氧化硫浓度、二氧化氮浓度以及PM10浓度数据代入以下的一维插值公式
<mrow> <msub> <mi>ITAQI</mi> <mi>P</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>IAQI</mi> <mrow> <mi>H</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>IAQI</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>BP</mi> <mrow> <mi>H</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>BP</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>C</mi> <mi>P</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>BP</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <msub> <mi>IAQL</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> </mrow>
其中IAQIp为对应污染物P的空气质量分指数；Cp为对应污染物P的质量浓度值；BPHi为与Cp相近的污染物浓度限值的高值位；BPLo为与Cp相近的污染物浓度限值的低值位；IAQIHi为与BPHi对应的空气质量分指数；IAQILo为与BPLo对应的空气质量分指数；IAQI为空气质量分数；
S2、采用层次分析加权法得到各个污染物空气质量指数(AQI)所占的权重；构造判断矩阵A，通过对6个空气评价指标相对应的重要程度进行分析和判断，构建判断矩阵A；
S3、然后通过修正后的半集均方差公式
<mrow> <msup> <msub> <mi>S</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>&amp;prime;</mo> </msup> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </msubsup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>Q</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mi>m</mi> </mfrac> </msqrt> </mrow>
Pi为大于中位数半集的分指数；
m为大于中位数半集的分指数个数；
Q为对各个指标空气质量分指数加权后得到的综合指数；
Sh’为修正后的半集均方差；
进行半集均方差计算；
S4、通过计算式AQI＝Q+Sh'得到修正后的空气质量指数(AQI)的标准值，并将其保存为名称为AQI的变量储存在单片机内部；
C、数据的显示和储存
S1、单片机通过将空气质量指数(AQI)传输到lcd1602显示屏上显示；
S2、单片机将空气质量指数(AQI)储存到储存芯片内部。
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