CN206039343U - 一种基于fpga的室内环境检测与调节系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，包括FPGA模块、室内环境检测模块、调节模块、蓝牙模块和液晶触摸屏，所述室内环境检测模块包括红外传感器、温湿度传感器、PM2.5传感器和烟雾传感器，所述调节模块包括风扇调节模块和负离子发生器调节模块，所述风扇调节模块包括依次相接的第一隔离模块、可控硅驱动电路和风扇，所述负离子发生器调节模块包括依次相接的第二隔离模块、继电器模块和负离子发生器。本实用新型设计结构简单，实现对室内环境的实时检测，能远距离操作调节室内环境，保持室内环境的适宜性和舒适性，且节约能源，保障用户的健康与安全，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型属于室内环境监测技术领域，具体涉及一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统。
背景技术
随着社会进步和经济的发展,人们越来越崇尚优越、舒适、安全的室内环境,但各类建材、家用电器、天然气等进驻室内，给人们带来方便，同时它们所造成的室内污染、危害也令人担忧。室内空气污染给社会、家庭和个人带来巨大的损失，全球每年因室内空气污染而导致死亡的人数达约280万，室内空气污染已列为全球四个最关键的环境问题之一。因此，室内环境的检测与调节系统以提高人们生活的质量，保障安全有着非常重要的意义。传统的室内空气检测调节系统必需由人亲自前往参与操作才能达到调整档位的目的，这样势必带来诸多不便。并且，当空气质量良好的时候传统的调节系统依然在工作，既浪费电资源又容易损耗机器。传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度和空气质量的变化灵活处理。因此，现如今缺少一种结构简单、安装方便且设计合理的基于FPGA的室内环境检测与调节系统，实现对室内环境的实时检测，能远距离操作调节室内环境，保持室内环境的适宜性和舒适性，且节约能源，保障用户的健康与安全。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其设计合理，结构简单且安装方便，实现对室内环境的实时检测，能远距离操作调节室内环境，保持室内环境的适宜性和舒适性，且节约能源，保障用户的健康与安全，实用性强，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：包括FPGA模块、室内环境检测模块、调节模块以及与FPGA模块相接的蓝牙模块和液晶触摸屏，所述室内环境检测模块包括用于检测人体红外信号的红外传感器、用于检测室内温湿度的温湿度传感器、用于检测室内PM2.5浓度的PM2.5传感器和用于检测室内烟雾浓度的烟雾传感器，所述调节模块包括风扇调节模块和负离子发生器调节模块，所述风扇调节模块包括依次相接的第一隔离模块、可控硅驱动电路和风扇，所述负离子发生器调节模块包括依次相接的第二隔离模块、继电器模块和负离子发生器，所述FPGA模块的输入端接有A/D转换电路、时钟电路、用于设定调节模式的按键操作模块和用于检测风扇转速的光电测速模块，所述FPGA模块的输出端接有指示灯，所述蓝牙模块与手机进行无线通信，所述红外传感器和温湿度传感器的输出端均与FPGA模块的输入端相接，所述PM2.5传感器和烟雾传感器的输出端均与A/D转换电路的输入端相接，所述第一隔离模块和第二隔离模块的输入端均与FPGA模块的输出端相接。
上述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述PM2.5传感器包括型号为GP2Y1010AU0F的传感器PM2.5，所述传感器PM2.5的第1引脚分两路，一路与5V电源输出端相接，另一路与电阻R2的一端相接；所述传感器PM2.5的第3引脚分两路，一路与电阻R2的另一端相接，另一路与三极管Q1的集电极相接；所述三极管Q1的基极经电阻R3与3.3V电源输出端相接，所述三极管Q1的发射极与FPGA模块相接，所述传感器PM2.5的第5引脚分两路，一路经电容C1接地，另一路为PM2.5传感器的信号输出端。
上述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述A/D转换电路包括芯片ADC0809，所述芯片ADC0809的第26引脚与PM2.5传感器的信号输出端相接，所述芯片ADC0809的第27引脚与烟雾传感器的信号输出端相接，所述芯片ADC0809的第6引脚、第7引脚、第8引脚、第9引脚、第10引脚、第14引脚、第15引脚、第17引脚、第18引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚和第22引脚均与FPGA模块相接，所述芯片ADC0809的第12引脚经电阻R1与5V电源输出端相接。
上述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述温湿度传感器为SHT11温湿度传感器，所述光电测速模块包括光电编码器。
上述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述第一隔离模块和第二隔离模块均为光耦隔离器。
上述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述风扇包括电机M1；
所述可控硅驱动电路包括芯片MOC3021和双向可控硅Q4，所述芯片MOC3021的第1引脚与三极管Q3的集电极相接，所述三极管Q3的基极经电阻R5与FPGA模块相接，所述三极管Q1的发射极与5V电源输出端相接，所述芯片MOC3021的第2引脚经电阻R8接地，所述芯片MOC3021的第4引脚分两路，一路与电阻R9的一端相接，另一路与双向可控硅Q4的控制极相接；所述芯片MOC3021的第6引脚与电阻R6的一端相接，所述电阻R6的另一端分四路，第一路与电容C3的一端相接，第二路与双向可控硅Q4的第一电极，第三路经电阻R7与电容C4的一端相接，第四路与电机M1的一端相接；所述电阻R9的另一端、电容C3的另一端、双向可控硅Q4的第二电极和电容C4的另一端均相接。
上述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述继电器模块包括继电器K1和三极管Q2，所述三极管Q2的发射极与5V电源输出端相接，所述三极管Q2的基极与FPGA模块相接，所述三极管Q2的集电极分三路，一路经电阻R4与电容C2的一端相接，另一路与整流二极管D1的阳极相接，第三路与继电器K1的线圈的一端相接；所述电容C2的另一端、整流二极管D1的阴极和继电器K1的线圈的另一端均接地。
上述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述FPGA模块包括芯片EP4CE6E22C8。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型通过设置蓝牙模块，实现与用户手机的无线通信，即可实时监控室内的环境状态，又能远距离操作调节室内环境，用户不需要移动空间位置，简单方便。
2、本实用新型通过设置温湿度传感器、PM2.5传感器和烟雾传感器，分别对室内的温湿度、PM2.5浓度和烟雾浓度进行实时检测，并将采集到的室内环境数据发送给FPGA模块，经过蓝牙模块发送至用户手机，实现室内环境数据的无线传输，避免室内环境适宜性和舒适性时调节模块依然在工作，减少电能的浪费，使用效果好。
3、本实用新型通过设置按键操作模块，用户可设定远距离手动调节模块和自动调节模式，调节模式多样化，当进入远距离手动调节模块时，用户通过手机远距离进行操作，操作方便。
4、本实用新型通过设置红外传感器，当红外传感器采集到人体红外信号时，调节模块才能工作，避免调节模块待机中电能的消耗，节约能源，经济环保。
5、本实用新型通过设置调节模块，用户通过手机或液晶触摸屏实现对室内环境检测数据的实时显示，方便查看，当室内的温湿度值或烟雾浓度大于预先设定的温湿度阈值或烟雾浓度阈值时，FPGA模块通过第一隔离模块和可控硅驱动电路控制风扇转动进行降温、除湿或排雾，当室内的PM2.5浓度大于预先设定的PM2.5浓度阈值时，FPGA模块通过第二隔离模块和继电器模块控制负离子发生器工作，对室内的PM2.5细颗粒物进行处理，保持室内环境的适宜性和舒适性；同时，用户可通过手机向FPGA模块发送调节命令，控制风扇或负离子发生器工作进行调节室内环境，实现远距离调节室内环境，确保用户生活环境适宜，调节简单，便于推广使用。
综上所述，本实用新型设计合理，结构简单且安装方便，实现对室内环境的实时检测，能远距离操作调节室内环境，保持室内环境的适宜性和舒适性，且节约能源，保障用户的健康与安全，实用性强，便于推广使用。
下面经附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理框图。
图2为本实用新型PM2.5传感器的电路原理框图。
图3为本实用新型A/D转换电路的电路原理图。
图4为本实用新型可控硅驱动电路和风扇的电路连接关系示意图。
图5为本实用新型继电器模块的电路原理图。
附图标记说明:
1—FPGA模块； 2—按键操作模块； 3—红外传感器；
4—温湿度传感器； 5—PM2.5传感器； 6—烟雾传感器；
7—光电测速模块； 8—A/D转换电路； 9—蓝牙模块；
10—手机； 11—液晶触摸屏； 12—指示灯；
13—第一隔离模块； 14—可控硅驱动电路； 15—风扇；
16—时钟电路； 17—第二隔离模块； 18—继电器模块；
19—负离子发生器。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括FPGA模块1、室内环境检测模块、调节模块以及与FPGA模块1相接的蓝牙模块9和液晶触摸屏11，所述室内环境检测模块包括用于检测人体红外信号的红外传感器3、用于检测室内温湿度的温湿度传感器4、用于检测室内PM2.5浓度的PM2.5传感器5和用于检测室内烟雾浓度的烟雾传感器6，所述调节模块包括风扇调节模块和负离子发生器调节模块，所述风扇调节模块包括依次相接的第一隔离模块13、可控硅驱动电路14和风扇15，所述负离子发生器调节模块包括依次相接的第二隔离模块17、继电器模块18和负离子发生器19，所述FPGA模块1的输入端接有A/D转换电路8、时钟电路16、用于设定调节模式的按键操作模块2和用于检测风扇15转速的光电测速模块7，所述FPGA模块1的输出端接有指示灯12，所述蓝牙模块9与手机10进行无线通信，所述红外传感器3和温湿度传感器4的输出端均与FPGA模块1的输入端相接，所述PM2.5传感器5和烟雾传感器6的输出端均与A/D转换电路8的输入端相接，所述第一隔离模块13和第二隔离模块17的输入端均与FPGA模块1的输出端相接。
实际使用过程中，可根据实际需求对风扇15的转向进行调整，通过设置指示灯12用于指示风扇15的转向，便于调节。
实际使用过程中，根据室内环境状态，通过时钟电路16可对风扇15或负离子发生器19的工作时间进行定时，提高调节的便捷度。
如图2所示，本实施例中，所述PM2.5传感器5包括型号为GP2Y1010AU0F的传感器PM2.5，所述传感器PM2.5的第1引脚分两路，一路与5V电源输出端相接，另一路与电阻R2的一端相接；所述传感器PM2.5的第3引脚分两路，一路与电阻R2的另一端相接，另一路与三极管Q1的集电极相接；所述三极管Q1的基极经电阻R3与3.3V电源输出端相接，所述三极管Q1的发射极与FPGA模块1相接，所述传感器PM2.5的第5引脚分两路，一路经电容C1接地，另一路为PM2.5传感器5的信号输出端。
如图3所示，本实施例中，所述A/D转换电路8包括芯片ADC0809，所述芯片ADC0809的第26引脚与PM2.5传感器5的信号输出端相接，所述芯片ADC0809的第27引脚与烟雾传感器6的信号输出端相接，所述芯片ADC0809的第6引脚、第7引脚、第8引脚、第9引脚、第10引脚、第14引脚、第15引脚、第17引脚、第18引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚和第22引脚均与FPGA模块1相接，所述芯片ADC0809的第12引脚经电阻R1与5V电源输出端相接。
本实施例中，所述温湿度传感器4为SHT11温湿度传感器，所述光电测速模块7包括光电编码器。
实际使用过程中，通过设置光电测速模块7实时检测风扇15的转速，并将采集到的转速发送至FPGA模块1中，FPGA模块1控制液晶触摸屏11对转速进行实时显示或将转速通过蓝牙模块9发送至手机10上，FPGA模块1通过第一隔离模块13控制可控硅驱动电路14调节风扇15的转速，增大或减少风扇15的转速，合理调整室内的环境。
本实施例中，所述第一隔离模块13和第二隔离模块17均为光耦隔离器。
本实施例中，所述风扇15包括电机M1；
如图4所示，所述可控硅驱动电路14包括芯片MOC3021和双向可控硅Q4，所述芯片MOC3021的第1引脚与三极管Q3的集电极相接，所述三极管Q3的基极经电阻R5与FPGA模块1相接，所述三极管Q1的发射极与5V电源输出端相接，所述芯片MOC3021的第2引脚经电阻R8接地，所述芯片MOC3021的第4引脚分两路，一路与电阻R9的一端相接，另一路与双向可控硅Q4的控制极相接；所述芯片MOC3021的第6引脚与电阻R6的一端相接，所述电阻R6的另一端分四路，第一路与电容C3的一端相接，第二路与双向可控硅Q4的第一电极，第三路经电阻R7与电容C4的一端相接，第四路与电机M1的一端相接；所述电阻R9的另一端、电容C3的另一端、双向可控硅Q4的第二电极和电容C4的另一端均相接。
如图5所示，本实施例中，所述继电器模块18包括继电器K1和三极管Q2，所述三极管Q2的发射极与5V电源输出端相接，所述三极管Q2的基极与FPGA模块1相接，所述三极管Q2的集电极分三路，一路经电阻R4与电容C2的一端相接，另一路与整流二极管D1的阳极相接，第三路与继电器K1的线圈的一端相接；所述电容C2的另一端、整流二极管D1的阴极和继电器K1的线圈的另一端均接地。
本实施例中，所述FPGA模块1包括芯片EP4CE6E22C8。
本实用新型使用时，用户通过按键操作模块2设定远距离手动调节模块和自动调节模式，当进入自动调节模式时，通过液晶触摸屏11预先设定温湿度阈值、PM2.5浓度阈值和烟雾浓度阈值，温湿度传感器4实时检测室内的温湿度并将采集到的温湿度发送至FPGA模块1，PM2.5传感器5实时检测室内的PM2.5浓度并将采集到的PM2.5浓度传输至A/D转换电路8，经过A/D转换电路8模数转换后发送至FPGA模块1，烟雾传感器6实时检测室内的烟雾浓度并将采集到的烟雾浓度发送给A/D转换电路8，经过A/D转换电路8模数转换后发送至FPGA模块1，FPGA模块1将接收到的温湿度、PM2.5浓度和烟雾浓度等室内环境数据分别与预先设定的温湿度阈值、PM2.5浓度阈值和烟雾浓度阈值进行比较，红外传感器3实时检测人体信号，并将采集到的人体红外信号发送至FPGA模块1，当红外传感器3未检测到人体红外信号即室内无人时，所述调节模块未供电，避免所述调节模块待机中电能的消耗，节约能源，经济环保；当红外传感器3检测到人体红外信号且温湿度传感器4采集到的温湿度大于预先设定的温湿度阈值或当红外传感器3检测到人体红外信号且烟雾传感器6采集到的烟雾浓度大于预先设定的烟雾浓度阈值时，FPGA模块1通过第一隔离模块13控制可控硅驱动电路14工作，风扇15工作开始工作为室内进行降温除湿或排雾，让用户处于适宜的温湿度环境中，同时避免室内存在烟雾对用户的身体造成伤害，保证用户所在室内环境的良好；当红外传感器3检测到人体红外信号且PM2.5传感器5检测到的PM2.5浓度大于预先设定的PM2.5浓度阈值时，FPGA模块1通过第二隔离模块17控制继电器模块18工作，负离子发生器19开始工作将室内的PM2.5细颗粒物进行吸附或分解，从而净化空气，实现室内环境的自动调节；当FPGA模块1接收到的温湿度、PM2.5浓度和烟雾浓度等室内环境数据均处于预先设定的温湿度阈值、PM2.5浓度阈值和烟雾浓度阈值范围内(即室内环境良好时)，FPGA模块1关闭风扇15和负离子发生器19，降低电能消耗，节约能源，经济环保。
当进入远距离手动调节模块时，用户通过手机10远距离操作，实现室内环境的远距离手动调节，当远距离调节室内环境时，FPGA模块1将接收到的温湿度、PM2.5浓度和烟雾浓度等室内环境数据通过蓝牙模块9发送至用户的手机10上，用户根据手机10接收到的温湿度、PM2.5浓度和烟雾浓度等室内环境数据，可通过手机10通过蓝牙模块9向FPGA模块1发送调节命令，从而实现风扇15或负离子发生器10对室内环境进行调节，使用户能随时监控室内环境,便于用户通过手机10远距离手动操作调节室内环境，操作便捷。当用户手机10接收到的温湿度、PM2.5浓度和烟雾浓度等室内环境数据均处于预先设定的温湿度阈值、PM2.5浓度阈值和烟雾浓度阈值范围内(即室内环境良好时)，用户通过手机10向FPGA模块1发送关闭命令，FPGA模块1分别关闭风扇15和负离子发生器19，降低电能消耗，节约能源，经济环保。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：包括FPGA模块(1)、室内环境检测模块、调节模块以及与FPGA模块(1)相接的蓝牙模块(9)和液晶触摸屏(11)，所述室内环境检测模块包括用于检测人体红外信号的红外传感器(3)、用于检测室内温湿度的温湿度传感器(4)、用于检测室内PM2.5浓度的PM2.5传感器(5)和用于检测室内烟雾浓度(6)的烟雾传感器(6)，所述调节模块包括风扇调节模块和负离子发生器调节模块，所述风扇调节模块包括依次相接的第一隔离模块(13)、可控硅驱动电路(14)和风扇(15)，所述负离子发生器调节模块包括依次相接的第二隔离模块(17)、继电器模块(18)和负离子发生器(19)，所述FPGA模块(1)的输入端接有A/D转换电路(8)、时钟电路(16)、用于设定调节模式的按键操作模块(2)和用于检测风扇(15)转速的光电测速模块(7)，所述FPGA模块(1)的输出端接有指示灯(12)，所述蓝牙模块(9)与手机(10)进行无线通信，所述红外传感器(3)和温湿度传感器(4)的输出端均与FPGA模块(1)的输入端相接，所述PM2.5传感器(5)和烟雾传感器(6)的输出端均与A/D转换电路(8)的输入端相接，所述第一隔离模块(13)和第二隔离模块(17)的输入端均与FPGA模块(1)的输出端相接。
2.按照权利要求1所述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述PM2.5传感器(5)包括型号为GP2Y1010AU0F的传感器PM2.5，所述传感器PM2.5的第1引脚分两路，一路与5V电源输出端相接，另一路与电阻R2的一端相接；所述传感器PM2.5的第3引脚分两路，一路与电阻R2的另一端相接，另一路与三极管Q1的集电极相接；所述三极管Q1的基极经电阻R3与3.3V电源输出端相接，所述三极管Q1的发射极与FPGA模块(1)相接，所述传感器PM2.5的第5引脚分两路，一路经电容C1接地，另一路为PM2.5传感器(5)的信号输出端。
3.按照权利要求2所述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述A/D转换电路(8)包括芯片ADC0809，所述芯片ADC0809的第26引脚与PM2.5传感器(5)的信号输出端相接，所述芯片ADC0809的第27引脚与烟雾传感器(6)的信号输出端相接，所述芯片ADC0809的第6引脚、第7引脚、第8引脚、第9引脚、第10引脚、第14引脚、第15引脚、第17引脚、第18引脚、第19引脚、第20引脚、第21引脚和第22引脚均与FPGA模块(1)相接，所述芯片ADC0809的第12引脚经电阻R1与5V电源输出端相接。
4.按照权利要求1或2所述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述温湿度传感器(4)为SHT11温湿度传感器，所述光电测速模块(7)包括光电编码器。
5.按照权利要求1或2所述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述第一隔离模块(13)和第二隔离模块(17)均为光耦隔离器。
6.按照权利要求1或2所述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述风扇(15)包括电机M1；
所述可控硅驱动电路(14)包括芯片MOC3021和双向可控硅Q4，所述芯片MOC3021的第1引脚与三极管Q3的集电极相接，所述三极管Q3的基极经电阻R5与FPGA模块(1)相接，所述三极管Q1的发射极与5V电源输出端相接，所述芯片MOC3021的第2引脚经电阻R8接地，所述芯片MOC3021的第4引脚分两路，一路与电阻R9的一端相接，另一路与双向可控硅Q4的控制极相接；所述芯片MOC3021的第6引脚与电阻R6的一端相接，所述电阻R6的另一端分四路，第一路与电容C3的一端相接，第二路与双向可控硅Q4的第一电极，第三路经电阻R7与电容C4的一端相接，第四路与电机M1的一端相接；所述电阻R9的另一端、电容C3的另一端、双向可控硅Q4的第二电极和电容C4的另一端均相接。
7.按照权利要求1或2所述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述继电器模块(18)包括继电器K1和三极管Q2，所述三极管Q2的发射极与5V电源输出端相接，所述三极管Q2的基极与FPGA模块(1)相接，所述三极管Q2的集电极分三路，一路经电阻R4与电容C2的一端相接，另一路与整流二极管D1的阳极相接，第三路与继电器K1的线圈的一端相接；所述电容C2的另一端、整流二极管D1的阴极和继电器K1的线圈的另一端均接地。
8.按照权利要求1或2所述的一种基于FPGA的室内环境检测与调节系统，其特征在于：所述FPGA模块(1)包括芯片EP4CE6E22C8。
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| CN201621039609.0U CN206039343U (zh) | 2016-09-06 | 2016-09-06 | 一种基于fpga的室内环境检测与调节系统 |
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| CN107152754A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-12 | 南京搜新智能科技有限公司 | 一种环境监测系统 |
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| CN107152754A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-12 | 南京搜新智能科技有限公司 | 一种环境监测系统 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170322 Termination date: 20180906 |