CN212057546U - 一种基于无线控制的智能型家用空气净化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，包括机壳主体，所述机壳主体由前壳体、与所述前壳体固定在一起的后壳体组成，所述前壳体上还设置有出风口、涡轮风叶组件、第一过滤网和第二过滤网，所述后壳体上进风口，所述涡轮风叶组件将空气经过所述进风口、第一过滤网、第二过滤网后，经所述出风口排出，所述涡轮风叶组件一侧还设置有紫外灭菌灯，所述前壳体另一侧还设置有喷雾装置，所述喷雾装置连接有供水装置，所述涡轮风叶组件、紫外灭菌灯、喷雾装置连接有单片机，所述前壳体上还设置有温湿度传感器、粉尘传感器、警报装置和显示组件，本申请有效的保障了空气净化的效果，给人们提供了干净卫生的空气质量，因此，具有极大的使用价值和经济价值。

Description

一种基于无线控制的智能型家用空气净化器

技术领域

本实用新型涉及空气净化装置设计技术领域，尤其涉及一种基于无线控制的智能型家用空气净化器。

背景技术

随着社会的进步，人类社会活动给社会带来了一定的有利发展，但是某种程度上对大自然也产生了一定的消极影响。现在越来越多的地方空气质量急速下降，雾霾天气愈发严重，这主要是来源于两个大方面，其一是来自于大自然的风沙活动及其极端的天气，另一个原因主要是汽车尾气的不合理排放、工业废气的排放等。据调查，空气污染中对人体损害的主要是PM2.5颗粒，这种颗粒分子不仅能够进入呼吸道，还可以穿透人的细胞壁，这导致了呼吸道疾病及心血管疾病的风险提高。立足于PM2.5并需要从中着手解决这个问题已经刻不容缓，显得十分重要，因此，现有技术中的空气净化器有待进一步的改进。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足而提供一种安装快捷、结构设计合理、便于维护的空气净化器。

本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案为：

本实用新型提供一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，包括机壳主体，所述机壳主体由前壳体、与所述前壳体固定在一起的后壳体组成，所述前壳体上还设置有出风口、涡轮风叶组件、第一过滤网和第二过滤网，所述后壳体上进风口，所述涡轮风叶组件将空气经过所述进风口、第一过滤网、第二过滤网后，经所述出风口排出，所述涡轮风叶组件一侧还设置有紫外灭菌灯，所述前壳体另一侧还设置有喷雾装置，所述喷雾装置连接有供水装置，所述涡轮风叶组件、紫外灭菌灯、喷雾装置连接有单片机，所述前壳体上还设置有温湿度传感器、粉尘传感器、警报装置和显示组件，所述温湿度传感器、粉尘传感器和显示组件与所述单片机连接，并由所述单片机控制所述温湿度传感器、粉尘传感器和显示组件进行工作，所述单片机通过无线网络连接有移动终端App。

进一步地，所述第一过滤网包括静电无纺布层和夹在所述静电无纺布层之间的活性炭层，所述第二过滤网由纳米银离子滤网、HEPA滤网、活性炭滤网和纳米光触媒滤网组成。

进一步地，所述粉尘传感器中引脚1连接5V VCC，引脚2和地GND连接，引脚3和单片机IO口连接，主要通过它作为模拟输入来进行采集数据，引脚4 接地GND，引脚5是为模拟输出口，通过与单片机进行AD转换，最后得到数据，引脚6是与VCC5V连接。

进一步地，所述温湿度传感器一个引脚VCC接电源VCC，一个引脚GND 接地，一个引脚DATA接单片机IO口，引脚NC悬空，所述VCC引脚与DATA 引脚之间接有4.7K的电阻。

进一步地，所述单片机上设置有WIFI模块、无线网络协议IEEE802.11B/G/N 协议栈和TCP/IP协议栈，用于操作用户的串口或者TTL电平数据与无线网络之间的转换，使数据通过WIFI在局域网的无线传输操作。

进一步地，所述WIFI模块设有6个引脚，VCC引脚接电源，GND引脚和地相连，模块的TXD引脚作为串口发送脚，与MCU的RXD引脚连接，而模块的RXD引脚作为串口接受脚是与MCU的TXD连接，RESET是复位脚，低电平有效，IO_0用于固件烧写，默认状态下，低电平是烧写模式，高电平是运行模式。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型所提供一种基于无线控制的智能型家用空气净化器能够检测室内空气中PM2.5浓度、温湿度以及空气质量情况；当空气中PM2.5浓度超过一定的值，系统会发出报警信号；用户可以通过显示屏看到检测到的相关参数；户可以通过手机APP对系统进行观测室内空气质量情况等，另外，本申请利用 wifi通信，与MCU进行数据之间的传送，在移动端进行显示数值，还可以对系统进行一定的处理。以STM32F103系列单片机作为核心，接入相应的传感器以及控制电路，保证了硬件上可以跟得上设计的要求，由于本申请独特的结构和系统设计，有效的保障了空气净化的效果，给人们提供了干净卫生的空气质量，因此，具有极大的使用价值和经济价值。

附图说明

图1是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的结构示意图；

图2是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的第一过滤网结构图；

图3是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的第二过滤结构图；

图4是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的系统框图；

图5是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的电源电路原理图；

图6是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的电源电路图；

图7是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的复位电路图；

图8是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的时钟系统电路图；

图9是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的粉尘传感器连接原理图；

图10是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的温湿度传感器连接原理图；

图11是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的系统初始化流程图；

图12是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的显示子程序框图；

图13是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的温湿度程序设计框图；

图14是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的GP2Y传感参数框图；

图15是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的AD转换过程框图；

图16是本实用新型一种基于无线控制的智能型家用空气净化器的Wifi与串口数据传输流程图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本实用新型的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本实用新型专利保护范围的限制。

如图1-16所示，本实用新型提供一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，包括机壳主体1，所述机壳主体1由前壳体2、与所述前壳体2固定在一起的后壳体3组成，所述前壳体2上还设置有出风口21、涡轮风叶组件22、第一过滤网23和第二过滤网24，所述后壳体3上进风口31，所述涡轮风叶组件22 将空气经过所述进风口31、第一过滤网23、第二过滤网24后，经所述出风口 21排出，所述涡轮风叶组件22一侧还设置有紫外灭菌灯4，所述前壳体2另一侧还设置有喷雾装置5，所述喷雾装置5连接有供水装置6，所述涡轮风叶组件 22、紫外灭菌灯4、喷雾装置5连接有单片机，所述前壳体2上还设置有温湿度传感器、粉尘传感器、警报装置和显示组件，所述温湿度传感器、粉尘传感器和显示组件与所述单片机连接，所述单片机通过无线网络连接(本实施例中，单片机为STM32F103C8T6单片机，STM32F103C8T6单片机通过ATK-ESP8266WIFI模块连接移动终端)有移动终端App。

本实施例中，所述第一过滤网23包括静电无纺布层231和夹在所述静电无纺布层之间的活性炭层232，所述第二过滤网24由纳米银离子滤网241、HEPA 滤网242、活性炭滤网243和纳米光触媒滤网244组成。

本实施例中，本系统采用STM32F103C8T6作为单片机，通过夏普 GP2Y1014AU粉尘传感器对空气中PM2.5浓度进行检测，同时将空气中温湿度的数据以及空气质量检测数据这三个主要输入数据传送给单片机，单片机对其进行处理后，可以先在显示组件(TFT_LCD液晶屏)进行显示参数，然后通过 ESP8266 WIFI模块进行通信，将收集到的数据传送到手机APP上。

STM32F103C8T6单片机的供电电压一般在2.0-3.6V之间，它的供电可以通过已有的直流稳压电路来接入，同时也可以通过自主设计并进行电源电路的焊接。本申请中电源电路采用LM1117低压差电压调节器设计电源电路，可以实现在0.05V的间隔自由选择。芯片内部可提供过流保护、温度保护以及短路保护电路，同时它还具备了低功耗和低压差的特性。当它关机的时候，其待机电流<0.01UA,当温度过高，其内部将会开启热关断保护，保护电路烧毁，保护芯片及系统电路稳定运行。

单片机内置有复位电路，每次运行程序时，系统都会提示先进行复位操作，当复位完毕之后，程序会从最开始的地方开始执行。而手动复位是在单片机的复位引脚上增加复位开关，人为的手动复位引脚开关，使其产生驱动信号对系统进行复位操作。

当上电的时候，电容的两端为低电平信号，给电容充电的过程之中，电容的上端逐渐变为高电平，而且在接下来的一段时间内始终保持着高电平状态(除非断电或者按下按键)，如此便满足了上电复位的条件。若想要进行手动复位的话，即可按下按键，复位端随即将变为低电平，令单片机复位。

时钟系统是单片机的核心，在系统时钟的控制下，MCU内部控制模组对其需要控制的模块电路进行指挥工作，令其高效有序的工作，跟随时钟的信号进行工作。

本实施例中，所述粉尘传感器中引脚1连接5V VCC，引脚2和地GND连接，引脚3和单片机IO口连接，主要通过它作为模拟输入来进行采集数据，引脚4接地GND，引脚5是为模拟输出口，通过与单片机进行AD转换，最后得到数据，引脚6是与VCC5V连接。

本实施例中，所述传感器一个引脚VCC接电源VCC，一个引脚GND接地，一个引脚DATA接单片机IO口，引脚NC令其悬空即可，其中VCC引脚与DATA 引脚之间要接入一4.7K的电阻，该温湿度传感器模块是一款具备已校准数字信号输出的复合温湿度传感器。内部包括一个电阻式感湿元器件与一个NTC测温元器件，采用了专用的数字模块采集技术以及温湿度传感技术，它具备较好的可靠性和稳定性[9]。与一个高性能的8位单片机连接，拥有品质卓越、快响应、性价比高加上抗干扰能力优良等特点。单总线串行接口，令系统集成变得快捷简易。极低的功耗，信号传输距离可到达20米以上，深受用户喜爱。湿度测量范围0-50度的内，测量误差大概保持在+-5％。可以检测到周围的环境温度，测温范围在0-50度之间，而它的误差在+-2度左右。以3.3V-5V作为工作电压，输出形式为数字化输出。

本实施例中，所述单片机上设置有WIFI模块、无线网络协议 IEEE802.11B/G/N协议栈和TCP/IP协议栈，可以实现操作用户的串口或者TTL 电平数据与无线网络之间的转换，继而实现数据通过WIFI在局域网的无线传输操作。

本实施例中，所述WIFI模块设有6引脚，VCC引脚接电源，GND引脚和地相连，模块的TXD引脚作为串口发送脚，与MCU的RXD引脚连接，而模块的RXD引脚作为串口接受脚是与MCU的TXD连接，RESET是复位脚，低电平有效，IO_0用于固件烧写，默认状态下，低电平是烧写模式，高电平是运行模式。

系统软件控制过程如下：

本申请采用STM32F103C8T6单片机主要是采用KEIL5软件进行单片机C 语言编程，keil是由美国Keil SoftWare公司出品的单片机C语言软件开发系统。与汇编语言相比，C语言具有明显的优势，例如它的可读性、可维护性以及功能结构上都有明显的优点。Keil适用于单片机软件程序的编写，并且keil公司与 ARM公司有着优质的合作，可以用来做STM32的单片机编程。

本申请的程序主要有单片机系统的初始化(时钟初始化、GPIO初始化等)、所需传感器的初始化、wifi通讯模块的初始化、OLED的初始化、工作代码还有相关的数据发送传输接收代码等，通过一系列的工作，最终实现数据通过液晶显示屏以及wifi模块传输到手机APP上。

首先是STM32单片机的系统初始化：

(1)需要对系统时钟使能，这是因为STM32 MCU为每个功能外设都设置了时钟开关，当需要工作的时候开关打开，在不需要的时候关闭开关，从而达到降低能耗的目的。因而，在电源上电后，对它的时钟使能是首要的步骤。

(2)对GPIO输入输出口的使能，也就是把需要用到的IO口进行使能 ENABLE初始化操作。

(3)还有串口的初始化，这是设置一致的波特率，否则在系统运行的时候可能会出现问题。

然后是对传感器的初始化以及液晶屏初始化，如DHT11温湿度传感模块、GP2Y1014AU粉尘传感器等，各个传感模块有序进行工作，MCU通过串口获得温度、湿度、电压-粉尘比等数据，在显示屏上显示参数。同时单片机会对数据进行相应的处理，如果浓度超过了某个数值或者范围，将进行报警并对空气进行净化开关。此时需要对WIFI模块进行初始化，才可以把数据通过WIFI模块传输到手机上。

1.1显示子程序设计

本申请要利用显示屏来显示温度、湿度、PM2.5相关浓度等参数，在获得这些数据之前，必须要做的一步操作是对屏幕校准，对屏幕是否进行校准进行判断，若已校准，则开始获取相应的数据；如果未进行相应校准，则进行初始化，待校准完毕继续执行操作，显示子程序。

1.2数据采集程序设计

1.2.1温湿度模块程序设计

温湿度传感DHT11采用单总线方式与MCU进行通信，只需要一个引脚就可把温度和湿度传递给单片机，实现数据的传输，它采集的数据主要分为整数和小数部分。它的程序设计框图。

1.2.2 GP2Y1014AU传感器程序设计

首先进入传感器的初始化，需要对定义的引脚，一个输入还有输出，因为获取到的是模拟量，所以需要进行AD转换，也就是需要对其进行ADC_Init()初始化操作并使能时钟还有GPIO输入输出口和ADC通道，需要对ADC进行使能通道时钟、设置分频系数和设置它的工作模式等，然后进行函数获取 Get_GP2Y()，在函数内部进行操作，通过主函数对其调用，最终实现显示的操作。GP2Y传感参数的获取以及AD转换的过程。

1.2.3 Wifi串口数据获取程序

当读取完传感器(温度、湿度、PM2.5)数据之后，进入wifi串口的程序，首先需要对程序进行初始化，把WIFI I/O口与单片机的相应IO口进行定义初始化，包括了使能IO、模式等操作以及对SPI初始化。接着是判断ESP8266 WIFI 的存在性，存在则继续执行程序，进行SPI的读写操作，开启ESP8266的收发数据，在相应的输出端口进行显示。Wifi与串口数据传输流程图如图4-6所示。

1.3 APP终端显示

本次设计的终端APP主要是为了实现PM2.5浓度、温度、湿度等参数操作。本次主要是通过将wifi模块作为一个热点，然后手机APP与它进行链接，从而实现MCU通过wifi与APP进行简单的通信数据连接。APP端主要是网络调试助手，通过对wifi模块的配置，设置好wifi名字、密码，以及TCP服务端口号。手机端需要先对wifi进行连接，然后进入网络调试助手，激活端口号建立好连接。本次设置的wifi名字是“ESP8266”，密码为“012345678”，ip及端口号分别是“192.168.4.1”、“5000”。

Wifi与终端进行连接，获取的数据为“sensor：26，78，696.05”，其中“sensor”代表的是传感器，“26”代表的是温度，“78”代表是湿度，“696.05”代表的数值为粉尘电压浓度比。

1.4系统调试

打开编写程序的软件keil,通过新建工程并导入相关的文件，为毕设所需的功能程序进行编写，同时编写完成之后，对程序进行编译，如果编译通过则说明程序没有问题，接着是将程序下载进单片机，观察其结果是否符合预期。

测试本次毕设的功能，包括了测量空气中PM2.5的浓度、温湿度的测量以及显示界面的正常显示，关于空气中PM2.5浓度是否超限，如果超限，则发出报警信号。继而开启净化模拟开关，进行净化操作。在APP端则是单片机与app 的简单通信进行数据传输。

把程序代码烧录进硬件之中，通过显示屏显示数据，图5-3所示为第一次烧录成功时显示屏显示的参数，按住DHT11模块和粉尘传感器，让它产生变化后查看显示屏参数是否发生变化，若无变化，则可能程序代码有问题，

本实用新型所提供一种基于无线控制的智能型家用空气净化器能够检测室内空气中PM2.5浓度、温湿度以及空气质量情况；当空气中PM2.5浓度超过一定的值，系统会发出报警信号；用户可以通过显示屏看到检测到的相关参数；户可以通过手机APP对系统进行观测室内空气质量情况等，另外，本申请利用 wifi通信，与MCU进行数据之间的传送，在移动端进行显示数值，还可以对系统进行一定的处理。以STM32F103系列单片机作为核心，接入相应的传感器以及控制电路，保证了硬件上可以跟得上设计的要求，由于本申请独特的结构和系统设计，有效的保障了空气净化的效果，给人们提供了干净卫生的空气质量，因此，具有极大的使用价值和经济价值。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，其特征在于：包括机壳主体，所述机壳主体由前壳体、与所述前壳体固定在一起的后壳体组成，所述前壳体上还设置有出风口、涡轮风叶组件、第一过滤网和第二过滤网，所述后壳体上进风口，所述涡轮风叶组件将空气经过所述进风口、第一过滤网、第二过滤网后，经所述出风口排出，所述涡轮风叶组件一侧还设置有紫外灭菌灯，所述前壳体另一侧还设置有喷雾装置，所述喷雾装置连接有供水装置，所述涡轮风叶组件、紫外灭菌灯、喷雾装置连接有单片机，所述前壳体上还设置有温湿度传感器、粉尘传感器、警报装置和显示组件，所述温湿度传感器、粉尘传感器和显示组件与所述单片机连接，并由所述单片机控制所述温湿度传感器、粉尘传感器和显示组件进行工作，所述单片机通过无线网络连接有移动终端App。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，其特征在于：所述第一过滤网包括静电无纺布层和夹在所述静电无纺布层之间的活性炭层，所述第二过滤网由纳米银离子滤网、HEPA滤网、活性炭滤网和纳米光触媒滤网组成。

3.根据权利要求1所述的一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，其特征在于：所述粉尘传感器中引脚1连接5V VCC，引脚2和地GND连接，引脚3和单片机IO口连接，主要通过它作为模拟输入来进行采集数据，引脚4接地GND，引脚5是为模拟输出口，通过与单片机进行AD转换，最后得到数据，引脚6是与VCC5V连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，其特征在于：所述温湿度传感器一个引脚VCC接电源VCC，一个引脚GND接地，一个引脚DATA接单片机IO口，引脚NC悬空，所述VCC引脚与DATA引脚之间接有4.7K的电阻。

5.根据权利要求1所述的一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，其特征在于：所述单片机上设置有WIFI模块、无线网络协议IEEE802.11B/G/N协议栈和TCP/IP协议栈，用于操作用户的串口或者TTL电平数据与无线网络之间的转换，使数据通过WIFI在局域网的无线传输操作。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线控制的智能型家用空气净化器，其特征在于：所述WIFI模块设有6个引脚，VCC引脚接电源，GND引脚和地相连，模块的TXD引脚作为串口发送脚，与MCU的RXD引脚连接，而模块的RXD引脚作为串口接受脚是与MCU的TXD连接，RESET是复位脚，低电平有效，IO_0用于固件烧写，默认状态下，低电平是烧写模式，高电平是运行模式。

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