CN108444072A - 新风系统控制模块 - Google Patents

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苏新光
季启政
王冰
李振
郭晶
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Abstract

本发明涉及一种新风系统控制模块，包括主控制器，主控制器驱动传感器测量空气质量，并将测量结果传输到人机交互模块，人机交互模块用于空气质量数据的显示及人工干预策略的输入；主控制器根据外部人工干预策略的输入或空气质量结果与预设的控制策略模型进行匹配，将最接近的控制策略发送到辅助控制器完成空气质量控制策略的实施。本发明能够自动检测出环境空气质量信息，并且根据所检测到的空气质量信息智能匹配适合的控制策略，能够将最优的控制流程分解到每个具体动作，来提高环境空气质量。通过与云技术的结合，能够完成远程环境监测、控制等功能，达到智能控制的目的。通过控制策略数据库的建立使得达到相同空气质量消耗的能量更低。

Description

新风系统控制模块
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，尤其涉及一种新风系统控制模块。
背景技术
城市建设的蓬勃发展，现代建筑的高密闭性及大量装饰材料的应用，导致室内空气污染日趋严重，且现代建筑自身通风能力的减弱，家具、地毯上的灰尘，皮屑、二氧化碳、甲醛，抽烟的烟雾等的异味，无法正常排出室外，给人体健康造成极大危害，根据世界卫生组织的定义，“健康住宅”是指能够使居住者在身体上、精神上、社会上完全处于良好状态的住宅，其中第三条就明确提出：健康住宅应该设有换气性能良好的通风设备，能将室内污染物质排至室外，新鲜空气随时补充到室内。
针对不容乐观的屋内空气质量现状与人们日益增强的空气净化需求，新风净化系统在公共场所、民用建筑中普遍使用。现有的新风系统难以智能地并且较低功耗监测并保证环境空气质量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种新风系统控制模块，该新风系统控制模块可以有效地克服现有新风系统难以智能地监测并保证环境空气质量的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种新风系统控制模块，包括主控制器、辅助控制器、传感器和人机交互模块；所述主控制器用于驱动传感器测量空气质量，并将测得的空气质量数据传输到人机交互模块，所述主控制器根据外部人工干预策略的输入或将空气质量数据分析处理后与预设的控制策略模型进行匹配，将最接近的控制策略发送到辅助控制器；所述辅助控制器在主控制器的控制下完成空气质量控制策略的实施，所述人机交互模块用于空气质量数据的显示及人工干预策略的输入。
进一步地，所述主控制器包括空气质量监控模块、空气质量数据库及策略库，所述空气质量监控模块驱动传感器测量室内外空气质量，空气质量数据库用于存储空气质量数据并提取空气质量特征值，策略库存储了与空气质量特征值相对应的控制策略。
进一步地，所述辅助控制器包括微控制单元、程序下载调试接口、电源模块、通信接口、实时时钟、光耦隔离驱动器、继电器和蜂鸣器；辅助控制器通过通信接口可接收主控制器发出的控制策略信息，经过微控制单元分解为相应的继电器操作动作，继电器与微控制单元通过光耦隔离驱动器隔离，蜂鸣器在设备输入、运行错误使发出蜂鸣声。
进一步地，所述通讯接口为USART、SPI、IIC、CAN、Ethernet以及USB接口中的一种或多种。
进一步地，还包括通信模块，所述主控制器通过通信模块连接云服务器，并将空气质量数据上传到云服务器上，同时主控制器能够接收与云服务器连接的远程终端发来的控制策略信息。
进一步地，所述传感器为PM2.5传感器、PM10传感器、CO2传感器、氧气传感器、温度传感器、湿度传感器中的一种或多种。
进一步地，所述人机交互模块具有人机交互界面，所述人机交互界面用于人工干预策略的输入以及显示空气质量数据、时间、日期。
进一步地，使用AC（220V±10%）作为电源，电源模块将交流电源AC（220V±10%）变压、整流、滤波后得到直流电源，分别供给人机交互模块、传感器、主控制器和辅助控制器。主控制器采用嵌入式arm处理器，可以运行Linux系统，方便了应用程序的编写，使得新风系统控制模块可以更智能且低功耗。
进一步地，在非活动时间，所述电源模块断开除通信接口和实时时钟之外的所有设备。
本发明能够自动检测出环境空气质量信息，并且根据所检测到的空气质量信息智能匹配适合的控制策略，能够将最优的控制流程分解到每个具体动作，来提高环境空气质量。通过与云技术的结合，能够完成远程环境监测、控制等功能，达到智能控制的目的。通过采用嵌入式arm处理器作为主控制器及控制策略数据库的建立使得达到相同空气质量消耗的能量更低。
附图说明
图1本发明的新风系统控制模块结构示意图；
图2本发明的辅助控制器的结构示意图；
图3本发明的新风系统控制模块的控制流程图；
图4本发明的人机交互界面的布局示意图。
图中的件号表示为：
1. 主控制器；2. 辅助控制器；3. 传感器；4. 人机交互模块；5.通信模块；6.云服务器；7.远程终端； 11.空气质量监控模块；12.空气质量数据库；13.策略库；21.微控制单元；22.程序下载调试接口；23.电源模块；24.通信接口；25.实时时钟；26.光耦隔离驱动器；27.继电器；28.蜂鸣器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1，图1为本发明一个实施例所提供的新风系统控制模块的结构示意图。该新风系统控制模块包括主控制器1、辅助控制器2、传感器3和人机交互模块4。
传感器3用于测量室内外空气质量。传感器3可以选用PM2.5传感器、PM10传感器、CO2传感器、氧气传感器、温度传感器、湿度传感器中的一种或多种。传感器3的刷新率优选0.1Hz~10Hz步进可调。
如图1所示，主控制器1包括空气质量监控模块11、空气质量数据库12及策略库13。空气质量监控模块11驱动传感器3测量室内外空气质量，空气质量数据库12用于存储空气质量数据并提取空气质量特征值，策略库13存储了与空气质量特征值相对应的控制策略。新风系统控制模块运行时，空气质量监控模块11驱动传感器3获取当前室内外空气质量数据，并将获取的空气质量数据传输至空气质量数据库12进行存储以及处理，通过空气质量数据库12提取出相对应的特征值，得到的特征值与策略库13对比能够得出最接近的控制策略，并将最接近的控制策略发送到辅助控制器2。主控制器1采用嵌入式arm处理器，可以运行Linux系统，方便了应用程序的编写，使得新风系统控制模块可以更智能且低功耗。
辅助控制器2在主控制器1的控制下完成空气质量控制策略的具体实施。如图2所示，辅助控制器2包括微控制单元21（MCU）、程序下载调试接口22（SWD）、电源模块23、通信接口24、实时时钟25（RTC）、光耦隔离驱动器26、继电器27及蜂鸣器28。通讯接口24可以设置单个或多个，并可选用USART、SPI、IIC、CAN、Ethernet以及USB接口中的一种或多种。实时时钟25由晶体振荡器、分频器及通信模块组成，分频器将晶体振荡器的固定周期脉冲精确分频至周期为1s的输出脉冲，作为计数器的触发信号，以提供精确的实时时间。辅助控制器2通过任一通信接口24可接收主控制器1发出的控制策略信息，经过微控制单元21分解为相应的继电器27操作动作，例如辅助控制器2可以通过USART接口接收主控制器1发送来的控制策略信息，同时在辅助控制器2内部转换成相应的抽排风机控制动作、辅热继电器控制动作及静电除尘继电器控制等动作；继电器27与微控制单元21通过光耦隔离驱动器26隔离，以减少继电器27线圈上的干扰信号对MCU正常工作的影响，蜂鸣器28在设备输入、运行错误使发出蜂鸣声，可以反应设备运行状态。本发明的新风系统控制模块使用的AC（220V±10%）作为电源，电源模块23将交流AC（220V±10%）变压、整流、滤波后得到直流电源，分别供给人机交互模块、传感器、主控制器、通信模块、辅助控制器及外围扩展电路等模块。所得到直流电源的电压可以是12V、5V、3.3V、1.8V。在非活动时间，电源模块将断开除通信接口和实时时钟之外的所有设备，降低功耗的同时保证新风系统控制模块能被本地及远程唤醒。
人机交互模块4用于显示主控制器1推送的空气质量数据，并进行人工干预策略的输入。如图4所示，人机交互模块4的人机交互界面包含空气质量信息的主页、控制策略设置页、模式选择页。空气质量信息可以包括室内温度、室内湿度、室内PM2.5浓度、室内PM10浓度、室内CO2浓度、室内氧气含量、室外温度、室外湿度及室内空气质量评估等信息。主控制器1将传感器3测得的空气质量信息更新到室内温度、室内湿度、室内PM2.5浓度、室内PM10浓度、室内CO2浓度、室内氧气含量、室外温度、室外湿度及室内空气质量评估等主页的信息栏中；模式页包括手动模式、自动模式、定时模式等，手动模式可以选择调整抽排风机制动等级，静电除尘功能使能；设置页能够将设置系统日期、时间、IP地址、WIFI节点。
除了上述几个基本部分外，在优化的实施例中，新风系统控制模块还包括通信模块5。主控制器1能通过通信模块5连接云服务器6，将空气质量数据库12上传到云服务器6上，同时主控制器1能够接收与云服务器6连接的远程终端7发来的控制策略信息。
云服务器6为远程查看、控制新风系统提供链接方式，云服务器6可以选择京东云服务器，部署了Ubuntu操作系统，运行了MySql数据库软件，存储用户信息及基本特征库等信息，远程终端7可以通过用户机制登陆到云服务器6，通过新风系统主机提供的二维码或者设备ID、密钥等信息即可绑定到该账户，登陆后能够再设备列表里查看已绑定设备，选择任意绑定设备即可查看当前设备所在区域的空气质量信息并可控制该设备。
外围扩展模块为后续的升级及改造提供通信接口，包括USART、SPI、IIC、CAN、Ethernet以及USB中的一种或多种。
下面结合图3说明新风系统控制模块的工作过程：
（1）系统上电后初始化传感器、加载通信模块5、加载策略库13、初始化人机交互模块4。
（2）主控制器1驱动传感器3测量当前空气质量信息，在得到传感器3空气质量数据后加上帧头字、帧尾字封装成数据包后暂存空气质量数据库11，对空气质量数据进行分析提取特征值与策略库中已有模型对比，得到的特征值与策略库13对比能够得出最接近的控制策略。
（3）主控制器1将最接近控制策略发送到辅助控制器2，以得到相应的控制动作，辅助控制器2收到控制策略信息的同时回发送命令正确信息；如果命令不正确，辅助控制器2将发送错误请求。
（4）主控制器1初始化通信模块5，请求与云服务器6连接，连接成功后将设备信息、设备所处环境空气质量信息，发送到云服务器6，并准备接收云服务器6下传的操作命令。
（5）云服务器6一直处于运行状态，设置有新风系统控制模块的新风系统连接云服务器6后，将在对应数据库中建立设备相关节点信息，并存储新风系统控制模块的主控制器1发来的空气质量信息，同时将空气质量信息推送到与上述新风系统绑定并正确登陆的远程终端7，并准备接收远程终端7发送的控制命令；在接收到正确的控制策略输入信息后，云服务器6将控制信息通过TCP/IP协议发送到主控制器1，主控制器1接收确认后将匹配到的控制策略发送到辅助控制器2，完成控制任务。
（6）远程终端7在相应APP内输入正确的账号及密码后即可登陆云服务器6，在通过APP扫描新风系统设备上的二维码或输入设备ID及密码信息即可绑定该设备，在“我的新风系统设备”列表中可以管理查看并管理相关设备。
（7）人机交互模块4接收到主控制器1发来的空气质量数据后，将信息更新到人机交互界面的室内温度、室内湿度、室内PM2.5浓度、室内PM10浓度、室内CO2浓度、室内氧气含量、室外温度、室外湿度及室内空气质量评估等主页信息栏中；并在需要时进行人工干预策略的输入。
（8）辅助控制器2在接收到主控制器1的控制策略信息后，将其分解为相对应的具体操作工作。具体地，辅助控制器2在收到正确的控制策略后，辅助控制器2会驱动蜂鸣器28短鸣一次，控制策略经过辅助控制器2内部程序分解为相应的继电器27操作动作，完成整个控制动作。
本发明能够自动检测出环境空气质量信息，并且根据所检测到的空气质量信息智能匹配适合的控制策略，能够将最优的控制流程分解到每个具体动作，来提高环境空气质量。通过与云技术的结合，能够完成远程环境监测、控制等功能，达到智能控制的目的。通过嵌入式arm处理器 的运用及控制策略数据库的建立使得达到相同空气质量消耗的能量更低。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种新风系统控制模块，其特征在于，包括主控制器、辅助控制器、传感器和人机交互模块；所述主控制器用于驱动传感器测量空气质量，并将测得的空气质量数据传输到人机交互模块，所述主控制器根据外部人工干预策略的输入或将空气质量数据分析处理后与预设的控制策略模型进行匹配，将最接近的控制策略发送到辅助控制器；所述辅助控制器在主控制器的控制下完成空气质量控制策略的实施，所述人机交互模块用于空气质量数据的显示及人工干预策略的输入。
2.根据权利要求1所述的新风系统控制模块，其特征在于，所述主控制器包括空气质量监控模块、空气质量数据库及策略库，所述空气质量监控模块驱动传感器测量室内外空气质量，空气质量数据库用于存储空气质量数据并提取空气质量特征值，策略库存储了与空气质量特征值相对应的控制策略。
3.根据权利要求1所述的新风系统控制模块，其特征在于，所述辅助控制器包括微控制单元、程序下载调试接口、电源模块、通信接口、实时时钟、光耦隔离驱动器、继电器和蜂鸣器；辅助控制器通过通信接口可接收主控制器发出的控制策略信息，经过微控制单元分解为相应的继电器操作动作，继电器与微控制单元通过光耦隔离驱动器隔离，蜂鸣器在设备输入、运行错误使发出蜂鸣声。
4.根据权利要求3所述的新风系统控制模块，其特征在于，所述通讯接口为USART、SPI、IIC、CAN、Ethernet以及USB接口中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的新风系统控制模块，其特征在于，还包括通信模块，所述主控制器通过通信模块连接云服务器，并将空气质量数据上传到云服务器上，同时主控制器能够接收与云服务器连接的远程终端发来的控制策略信息。
6.根据权利要求1所述的新风系统控制模块，其特征在于，所述传感器为PM2.5传感器、PM10传感器、CO2传感器、氧气传感器、温度传感器、湿度传感器中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的新风系统控制模块，其特征在于，所述人机交互模块具有人机交互界面，所述人机交互界面用于人工干预策略的输入以及显示空气质量数据、时间、日期。
8.根据权利要求3所述的新风系统控制模块，其特征在于，使用AC（220V±10%）作为电源，电源模块将交流电源AC（220V±10%）变压、整流、滤波后得到直流电源，分别供给人机交互模块、传感器、主控制器和辅助控制器。
9.根据权利要求8所述的新风系统控制模块，其特征在于，在非活动时间，所述电源模块断开除通信接口和实时时钟之外的所有设备。
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