CN108646582A - 一种用于室内环境气味调控的智能系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于室内环境气味调控的智能系统，包括部署在室内不同位置的多个无线传感器节点、能够进行自动控制的换气设备、部署在室内的至少一个气味释放装置和终端控制器；无线传感器节点和气味释放装置部署位置根据室内气体浓度分布情况合理选择，通过计算流体力学方法对室内环境空气流动进行仿真，得到室内气体浓度分布，然后根据气体浓度大小确定无线传感器节点在室内的部署位置；气味释放装置包括超声微孔雾化片模块、气味液体容器、风扇、电机模块、无线收发模块以及单片机，超声微孔雾化片固定在液体容器的瓶口处，断电状态时起到密封作用。

Description

一种用于室内环境气味调控的智能系统

技术领域

本发明属于智能家居领域，涉及一种用于室内环境气味调控的智能系统。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，家居种类也越来越丰富，各种各样的家用电器以及家具产品已经成为人们日常生活的重要组成部分。人们在享受这些产品带来便利的同时，对其所产生的负面影响也越来越重视，如电器设备的辐射、潜在的安全隐患、所造成的环境污染，家具、木质地板释放的有害气体等，这些因素均使得室内环境状况变得相对较差。现代社会，大部分人85％以上的时间都是在室内度过的，室内环境的好坏、舒适与否对人们的身体健康以及工作效率有着直接的影响。随着科学技术的进步，人们对生活环境的要求越来越高，即人们希望有一个舒适、安全、方便的生活环境。因此，营造一种健康、舒适的室内环境在现代社会有着广阔的应用前景。

目前国内外对室内环境的智能调控主要集中在对室内温湿度、室内有害气体的监控以及对家用电器的智能控制等方面，主要侧重点在保证室内环境质量，保障人们身体健康以及提高生活便利性等方面，而对于愉悦性气味的释放控制涉及较少。如专利CN106873387A涉及的家居气味检测安防系统，涉及到家居环境的异味检测并清除，但是缺少愉悦性气味释放。专利CN104833057A所提出的智能调控室内环境的系统和方法同样存在上述问题。

科学研究表明，薄荷脑气味能够增强人的α脑波，而α脑波为优势脑波时，人的灵感、直觉能够发挥到极致。紫罗兰和玫瑰的香味会给人一种愉快的感觉，使人产生一种遏制不住想工作的愿望。而潮湿、发霉的气味，则会引起人们不安的感觉。由此可见，气味对于人的情绪、心情有着重要的影响。现在人们往往采用香薰的方式来释放愉悦性气味。但是由于人的嗅觉具有适应性，即长时间闻同一种气味时，该气味不再对人产生刺激。因此，为了保持鼻子对气味的敏感性，需要间歇性地释放气味。另外，香薰的方式一般只能向一个方向释放气味，通过空气自然流动扩散气味，气味的扩散方向和速度缺乏可控性。如公开号CN204219454U提出的一种香薰机，虽然可以通过内置电池供电，使得香薰机使用地点更灵活，但仍需要人为控制启停，气味释放的方向也是固定的，其应用缺乏智能化。

综上所述，目前在室内环境智能调控方面缺乏对愉悦性气味的调控，而传统的香薰设备无法根据室内环境气味情况智能化地工作，且对于气味释放后在室内的扩散情况缺乏考虑。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于室内环境气味调控的智能系统，通过布置的无线传感器节点检测环境中令人感到不舒服的气味，然后通过终端控制器启动室内的通风、空调等设备，清除该气味，并控制气味释放装置释放愉悦性气味，改善用户嗅觉体验，提高室内环境的嗅觉舒适度。技术方案如下：

一种用于室内环境气味调控的智能系统，包括部署在室内不同位置的多个无线传感器节点、能够进行自动控制的换气设备、部署在室内的至少一个气味释放装置和终端控制器；无线传感器节点用于检测室内令人感到不舒服的气体，检测信号发送至终端控制器，其特征在于，

无线传感器节点和气味释放装置部署位置根据室内气体浓度分布情况合理选择，通过计算流体力学方法对室内环境空气流动进行仿真，得到室内气体浓度分布，然后根据气体浓度大小确定无线传感器节点在室内的部署位置：在气体浓度较高的区域多部署一些传感器节点，而在气体浓度较低的地方，传感器节点可以少部署一些；气味释放装置的布置根据仿真时喷出的气味粒子的扩散速率选择，以粒子扩散速率快且能够充满更多室内空间时气味释放装置的位置作为实际部署位置；

气味释放装置包括超声微孔雾化片模块、气味液体容器、风扇、电机模块、无线收发模块以及单片机，超声微孔雾化片固定在液体容器的瓶口处，断电状态时起到密封作用，风扇产生的气流与气味释放方向一致，用于加速气味分子扩散；电机用于带动气味释放装置转动，使气味释放的方向根据室内气味情况改变；无线收发模块用于接收终端控制器的控制指令，并输入到单片机中，单片机根据该指令控制相应的超声微孔雾化片模块、风扇或电机模块；

终端控制器根据各个无线传感器节点的检测信号生成控制指令，控制换气设备。

本发明主要优点及特色体现在如下几个方面：

1、本发明结合室内空气流动情况进行无线传感器节点的布置，根据不同区域气体浓度的高低合理设置传感器部署的疏密，使得传感器节点能够有效检测目标区域异常气味情况。

2、本发明所提的气味释放装置能够通过无线进行控制，且气味释放的方向和初速度均可控，使得气味释放满足智能调控的需要。

3、本发明采用计算流体力学仿真的方法确定气味释放装置的数目以及部署位置，以气味扩散的速率作为优化选择的依据，保证气味能够迅速扩散到目标区域，提高了气味调控系统的响应速度。

4、本发明所提的气味调控系统可以作为智能家居的补充模块。现代智能家居环境中基本没有针对愉悦性气味的释放控制，尤其是本发明所提出的基于无线传感器网络的气味释放方式。本发明提出的方法可以丰富智能家居的内容，促进用户室内嗅觉体验，调节用户情绪，提高工作效率。

附图说明

图1是气味释放装置结构模块图；

图2是气味释放单元结构示意图；

图3是气味释放装置的结构示意图；

图4是室内愉悦气味释放自动控制系统结构模块图；

图5是室内愉悦气味释放自动控制系统平面示意图；

图6是本发明所提出方法的工作流程图。

具体实施方式

为了解决现有智能家居应用缺少愉悦性气味自动释放系统以及传统香薰方式气味释放缺乏智能化的问题，本发明提出一种用于室内环境气味调控的智能系统，能够对室内环境中的异味进行检测并清除，释放愉悦性气味来调节用户的情绪，有效提高环境的舒适度。本发明的具体内容分为以下几个方面：

1、无线传感器节点的部署

无线传感器节点用于检测室内令人感到不舒服的气味，其部署位置需要根据室内气体浓度分布情况合理选择。本发明通过计算流体力学方法对室内环境空气流动进行仿真，得到室内气体浓度分布。然后根据气体浓度大小确定无线传感器节点在室内的部署位置：在气体浓度较高的区域多部署一些传感器节点，而在气体浓度较低的地方，传感器节点可以少部署一些。

2、换气设备的自动控制

换气设备主要包括换气扇和空调。目前传统的换气设备需要手动控制，不满足本发明所述的自动控制要求，因此需要对其进行自动控制改造。通过布置无线红外装置对空调设备进行自动控制，通过加装无线开关可实现换气扇的自动控制。

3、气味释放装置

传统的室内气味释放装置主要有香薰机、香炉，其释放需要手动控制，而且一般只能朝一个方向释放气味，释放的气味通过空气自然流动扩散，难以控制。本发明提出一种能够通过无线网络控制气味释放方向和速度的装置。图1是该装置的结构模块图。该气味释放装置主要由超声微孔雾化片模块、气味液体容器、直流风扇、直流电机模块、无线收发模块以及单片机组成。微孔雾化片与气味液体容器组成气味释放单元，将液体以雾化的方式释放到空气中，如图2所示是气味释放单元的示意图。风扇产生的气流与气味释放方向一致，能够加速气味分子扩散，使气味分子更快地到达指定空间。直流电机的作用是带动气味释放装置转动，使气味释放的方向可以根据室内气味情况改变。无线收发模块用于接收终端控制器的控制指令，并输入到单片机中，单片机根据该指令控制相应设备。图3是气味释放装置的结构示意图。本发明所提出的气味释放装置能够通过无线进行控制，而且气味释放的方向和气味扩散的初速度可控，能够满足气味智能调控的要求。

4、多个气味释放装置的布置

一般的室内环境是非密闭的，空气流动情况对于气味的扩散具有重要影响，气味释放装置的数目以及摆放的位置不同，其释放的气味在室内扩散的情况也会不同。因此，本发明采用计算流体力学方法，利用Fluent模拟气味释放后在室内的扩散情况。首先对室内空间建立三维模型，并在房间模型中加入不同数目以及不同位置上的气味释放装置的模型，然后通过Fluent求解气味释放装置释放的气味在空间中的扩散情况，以气味扩散最快时的设置作为实际的气味释放装置部署。

下面结合实施例及附图详细说明。实施例是以本发明所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不受限于下述实施例的描述。

如图1是气味释放装置的结构模块图，该装置主要分为气味释放单元3、单片机4、无线收发模块5、直流电机模块6和风扇7。图2是气味释放单元的示意图，主要由超声微孔雾化片8和气味液体容器9组成。超声微孔雾化片8安装在液体容器9的瓶口处，断电状态时起到密封作用。当给定频率为110kHz左右的矩形波时，雾化片产生振动，将容器内液体从中间的小孔以水雾的形式喷出。整个气味释放装置如图3所示，包括了外壳10和直流电机模块11。外壳10中安装有气味释放单元3、单片机4、无线收发模块5和风扇7。外壳具有保护电路设备以及美观的用途，可以通过3D打印定制。图4所示是本发明所采用的系统结构模块图，主要由无线传感器网络12、气体释放装置13、换气扇14、空调15以及终端控制器16所组成。无线传感器网络12与终端控制器16连接；气体释放装置13、换气扇14、空调15通过无线设备与终端控制器16连接。结合图5、图6对本发明作进一步描述：

1、首先根据Fluent仿真对无线传感器节点和气味释放装置13进行部署。如图5是系统的平面示意图，房间大小为5m*5m*3m，总体积75平方米。在室内墙壁位置安装有换气扇14和空调15。利用无线开关对换气扇14进行控制，利用无线红外设备对空调15进行控制。对该房间建立三维Fluent仿真模型，根据实际情况设定边界条件，求解得到该房间内常见有害气体(以甲醛为例)的分布，在甲醛浓度高的区域布置无线传感器，共布置了八个传感器。然后在房间三维Fluent仿真模型中加入气味释放装置13的模型，通过改变气味释放装置模型的位置以及数目，得到气味释放后在空间的扩散情况。以扩散速率作为优化选择的依据，确定出气味释放装置13在空间的位置以及所使用的数目。本实施例中使用了一个气味释放装置13，如图5所示。

2、利用布置好的无线气体传感器节点进行室内气味检测。通过布置的8个传感器对室内甲醛气味进行全方位的检测，并将检测得到的数据利用无线传输到终端控制器16。具体来说，在完成系统各模块布局后，可以得到系统的网络拓扑结构，不同位置处的传感器节点编号也是确定的。当室内某块区域气味变差后，该区域附近的传感器就能够检测到这种变化，而远离这块区域的传感器则不会有明显响应。所有传感器的数据都通过无线传输到终端控制器16，进行数据处理。

3、终端控制器16对传感器数据进行分析，按照事先确定的评判标准对室内气味情况进行评估。如果室内气味在舒适范围内，则不进行操作，否则会下达相应的气味更新和释放指令。具体来说，先将室内气味水平分成5个等级，每个等级对应不同的换气程度和气味释放量。等级1表示室内气味愉悦，不需要再释放愉悦气味；等级2到5表示的气味状况依次变差，所对应的换气时间以及气味释放时间相应增加。终端控制器16根据分析得出的室内气味水平及其空间分布情况，下达不同的指令，有针对性的对室内气味进行调控。

4、换气扇14和空调15通过无线设备接收控制指令，启动对室内空气的更新；气体释放装置13也通过无线接收控制指令，通过内置的单片机4将控制指令解码为气味释放单元3、电机6以及风扇7的控制信号。然后通过控制直流电机6转动改变气味释放装置13的朝向，使气味释放到需要的空间。通过控制气味雾化单元3的释放时间来控制愉悦气味(如薄荷、柠檬、薰衣草)的释放量，时间越长，释放量越大。通过控制风扇7的转速来控制气味释放的初速度，初速度越大，气味扩散的速度以及扩散的距离也相应增大。

通过上述实施方案，可以实现对室内环境气味情况的实时监测，并根据具体情况进行气味更新和愉悦性气味释放，改善室内环境的嗅觉体验。

Claims (1)

1.一种用于室内环境气味调控的智能系统，包括部署在室内不同位置的多个无线传感器节点、能够进行自动控制的换气设备、部署在室内的至少一个气味释放装置和终端控制器；无线传感器节点用于检测室内令人感到不舒服的气体，检测信号发送至终端控制器，其特征在于，

无线传感器节点和气味释放装置部署位置根据室内气体浓度分布情况合理选择，通过计算流体力学方法对室内环境空气流动进行仿真，得到室内气体浓度分布，然后根据气体浓度大小确定无线传感器节点在室内的部署位置：在气体浓度较高的区域多部署一些传感器节点，而在气体浓度较低的地方，传感器节点可以少部署一些；气味释放装置的布置根据仿真时喷出的气味粒子的扩散速率选择，以粒子扩散速率快且能够充满更多室内空间时气味释放装置的位置作为实际部署位置；

气味释放装置包括超声微孔雾化片模块、气味液体容器、风扇、电机模块、无线收发模块以及单片机，超声微孔雾化片固定在液体容器的瓶口处，断电状态时起到密封作用，风扇产生的气流与气味释放方向一致，用于加速气味分子扩散；电机用于带动气味释放装置转动，使气味释放的方向根据室内气味情况改变；无线收发模块用于接收终端控制器的控制指令，并输入到单片机中，单片机根据该指令控制相应的超声微孔雾化片模块、风扇或电机模块；

终端控制器根据各个无线传感器节点的检测信号生成控制指令，控制换气设备。