本文介紹的智能家居空氣檢測及凈化系統(tǒng)是由桂林電子科技大學國際學院陳龍杰等人設(shè)計開發(fā)完成。通過使用機智云平臺、STM32等，實現(xiàn)室內(nèi)空氣監(jiān)測和排氣系統(tǒng)，實時監(jiān)控室內(nèi)空氣，采集室內(nèi)溫濕度、CO、CO2、PM2.5等各項指標，并將數(shù)據(jù)上報至APP客戶端，用戶可根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息動態(tài)控制凈化系統(tǒng)。

01

系統(tǒng)設(shè)計原理

氣體傳感器通過與stm32f767的模擬轉(zhuǎn)數(shù)字接口進行數(shù)據(jù)交互，MCU將獲取的數(shù)據(jù)通過WIFI模組進行智能家居氣體與機智云IOT平臺物聯(lián)，并實時上報至云端，用戶可根據(jù)APP客戶端來讀取傳感器的數(shù)據(jù)，用戶根據(jù)反饋開啟凈化系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計流程圖

02

溫濕度及氣體濃度獲取方法

根據(jù)各個傳感器的特性曲線得出電壓和氣體濃度的關(guān)系，利用線性回歸可以大致確定氣體的濃度值。◆MQ-7一氧化碳氣體濃度獲取方法 MQ-7靈敏度特性曲線（見圖2）。根據(jù)曲線表可以列出部分Rs/R0與ppm的對應值，如表1。Rs/R0與ppm的計算公式，如下（根據(jù)Excel生成的公式）：ppm=98.322f*pow(Rs/R0,-1.458f )。傳感器的表面電阻Rs，是通過與其串聯(lián)的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出而獲得的。二者之間的關(guān)系為： Rs/RL = (Vc - VRL) / VRL 。根據(jù)上述的分析即可得出一氧化碳的濃度。

圖2靈敏度特性曲線

?◆MG811二氧化碳濃度獲取如圖3濃度的對數(shù)成反比（EMF=a+b*log(ppm)。將相關(guān)的數(shù)值算對數(shù)之后，按線性關(guān)系來處理。ppm=10^((EMF-a)/b)。a和b通過對300ppm以上的數(shù)據(jù)做線性回歸得到。

圖3 MG811濃度與電壓的曲線

◆PM2.5濃度獲取PM2.5濃度與電壓的曲線如圖4所示。關(guān)于煙的檢出、判定值，可以檢出的范圍= 輸出電壓范圍：VoH(V)- 無塵時輸出電壓：Voc(V)。將此換算成粉塵濃度：檢出粉塵濃度范圍(mg/m3 )=檢出可能范圍 (輸出電壓可變范圍(V))÷檢出感濃度：K(V/(0.1mg/m3 )。因此，煙檢出的情況下，其判定值如下：判定值 = 檢出濃度(mg/m3)÷10×K(V/(0.1mg/m3)+無塵時輸出電壓(V)。

?圖4PM2.5濃度與電壓的曲線

◆DHT11溫濕度數(shù)據(jù)獲取

DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳輸4 0位數(shù)據(jù)，高位先出。

圖5 DHT11實物圖DHT11的總體通信流程如下：

*第一步：主機發(fā)送開始信號，從機返回一個信號進行應答

*第二步：主機信號線拉高準備接收數(shù)據(jù)

*第三步：開始接收數(shù)據(jù)（一次接收 40位）◆排氣系統(tǒng)控制方案確定利用STM32F767來實現(xiàn)排氣系統(tǒng)通斷的控制，使用電機驅(qū)動模塊和升壓模塊驅(qū)動電機工作。

03

Android應用開發(fā)

使用Android Studio進行APP應用開發(fā)通過APP客戶端實時讀取氣體和溫濕度數(shù)據(jù)和通過APP客戶端對設(shè)備進行動態(tài)控制。整體框架搭建如圖6所示。

圖6整體架構(gòu)搭建

04

程序設(shè)計

UI 遵循QMUI的設(shè)計原則，實現(xiàn)了良好的頁面響應以及基于機智云平臺的應用。◆主要界面

*閃屏頁：APP每次冷啟動過程中展示給用戶的過渡頁面

*WIFI登入界面：用戶需要通過登入WIFI查看云端返回到客戶端的數(shù)據(jù)

*主設(shè)備界面：顯示用戶創(chuàng)建的設(shè)備

*控制界面：用戶對數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和控制凈化系統(tǒng)的頁面

◆主要功能* 云端通信：使用機智云設(shè)備接入SDK來進行APP與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)透傳、設(shè)備的監(jiān)控和動態(tài)控制。用戶可以檢查控制界面返回的數(shù)據(jù)信息對終端設(shè)備進行動態(tài)控制或者自動控制。

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05

總結(jié)

本文設(shè)計了一種空氣質(zhì)量檢測和凈化設(shè)計，其關(guān)鍵是設(shè)計獲取傳感器電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應的值，同時將數(shù)據(jù)上報至APP，用戶可根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息動態(tài)控制凈化系統(tǒng)。本研究基于實驗的基礎(chǔ)上設(shè)置氣體和溫濕度的閾值。測試結(jié)果表明，本文設(shè)計可實現(xiàn)氣體的濃度檢測和凈化。

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