摘 要 傳統(tǒng)換氣扇需要用戶實(shí)時(shí)控制其開關(guān)和調(diào)速，不能滿足用戶對(duì)便捷化的需求?；诖耍疚奶岢鲆环N基于手機(jī)APP智能換氣扇的設(shè)計(jì)，該智能換氣扇不僅具有自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)開關(guān)、智能檢測(cè)等功能，而且還可以通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看室內(nèi)環(huán)境的檢測(cè)氣體濃度，提前設(shè)定換氣扇工作的閾值。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)換氣扇的智能化、便捷化、人性化。

【關(guān)鍵詞】智能換氣扇 無線通信 微控制器 傳感器 APP

針對(duì)傳統(tǒng)換氣扇存在的弊端。本文提出一種基于手機(jī)APP智能換氣扇。該智能換氣扇基于手機(jī)APP、傳感器單元、微控制器單元、無線通信單元等。通過溫濕度傳感器、煙霧濃度傳感器、有害氣體傳感器等探測(cè)室內(nèi)外的溫濕度、煙霧及有害氣體等，結(jié)合手機(jī)APP預(yù)先設(shè)定的工作閾值，做出相應(yīng)的選擇，最終實(shí)現(xiàn)換氣扇自動(dòng)改變百葉扇工作狀態(tài)的功能。

1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本換氣扇總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示，以微控制器為核心，通過各種檢測(cè)傳感器來判斷換氣扇的工作狀態(tài)和獲取必要數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)的工作，驅(qū)動(dòng)換氣扇工作。穩(wěn)壓電源為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。排氣扇的人機(jī)交互由手機(jī)APP來完成。通過手機(jī)APP，用戶能對(duì)換氣扇工作的閾值進(jìn)行設(shè)定，用戶也能通過APP實(shí)時(shí)查看溫濕度、轉(zhuǎn)速、CO濃度、CO2濃度、有害氣體濃度等基本信息。

2 硬件設(shè)計(jì)模塊

2.1 傳感器單元

傳感器單元采用溫濕度傳感器、有害氣體傳感器、煙霧檢測(cè)傳感器、CO濃度檢測(cè)傳感器、CO2濃度檢測(cè)傳感器等來實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)的溫濕度、氨氣、硫化物、苯系蒸汽等有害氣體濃度、煙霧濃度、CO濃度、CO2濃度等基本信息。

用于溫濕度檢測(cè)的傳感器采用DHT11溫濕度傳感器。其測(cè)量溫、濕度參數(shù)如表1所示。

該傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)字輸出。其測(cè)量范圍、測(cè)量誤差等參數(shù)可滿足智能換氣扇對(duì)于室內(nèi)溫濕度檢測(cè)的要求，并且具有體積小、成本低、數(shù)字輸出等優(yōu)點(diǎn)。故溫濕度傳感器采用DHT11溫濕度傳感器。

用于對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽等有害氣體濃度檢測(cè)的傳感器采用MQ-135 空氣質(zhì)量傳感器。其基本參數(shù)如表2所示。

該傳感器的電導(dǎo)率隨室內(nèi)有害氣體濃度的增加而增大。并可使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。而且該傳感器對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽等有害氣體的靈敏度極高，對(duì)煙霧和其它有害氣體的監(jiān)測(cè)也很理想。故該換氣扇選MQ-135空氣質(zhì)量傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)有害氣體的檢測(cè)。

CO濃度檢測(cè)傳感器采用ZE07-CO傳感器模組。利用電化學(xué)原理對(duì)室內(nèi)存在的CO氣體進(jìn)行探測(cè)，內(nèi)置溫度傳感器，可進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同時(shí)具有模擬電壓輸出和數(shù)字輸出，方便使用。其基本參數(shù)如表3所示。

ZE07-CO傳感器模組具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、量程大、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，提供多種輸出方式，適合于智能換氣扇對(duì)于CO濃度檢測(cè)的要求。

煙霧濃度傳感器采用MQ-2傳感器。其所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)室內(nèi)環(huán)境中有物體著火時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨室內(nèi)煙霧濃度的增加而增大。而且用戶用簡單的電路即可實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率的變化量轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。而且該傳感器對(duì)多種氣體都很敏感。其基本參數(shù)如表4所示。

CO2濃度檢測(cè)傳感器選用CO2氣體傳感器。其基本參數(shù)如表5所示。

CO2氣體傳感器具有數(shù)字輸出與PWM輸出兩種特性，內(nèi)置溫度補(bǔ)償電路，降低測(cè)量誤差，具有分辨率高，靈敏度高等特性，適合于智能換氣扇對(duì)于室內(nèi)CO2濃度的測(cè)量。

2.2 微控制器單元

微控制器選用增強(qiáng)型51單片機(jī)STC12C5A08S2。其特點(diǎn)是價(jià)格廉價(jià)，功能強(qiáng)大，核心控制單元引腳與51兼容。主要特性見表6。

2.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊

驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊包括直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、調(diào)速電路及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器等部分。步進(jìn)電機(jī)主要完成的工作是控制百葉窗開啟和關(guān)閉及調(diào)整百葉窗開啟角度，直流電機(jī)主要完成的工作是調(diào)整扇葉的轉(zhuǎn)向。調(diào)速電路的主要工作是根據(jù)手機(jī)預(yù)先設(shè)定的閾值來控制換氣扇的轉(zhuǎn)速。

2.4 Wi-Fi模塊

手機(jī)APP和微處理器之間采用Wi-Fi方式進(jìn)行通信。選用ESP8266 Wi-Fi模塊。其具有體積小、功能強(qiáng)大、開發(fā)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

3 軟件模塊

手機(jī)APP的程序采用Android studio語言進(jìn)行編寫。手機(jī)APP的主要功能主要是用戶可以實(shí)時(shí)查驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)氣體的濃度，也可設(shè)定換氣扇百葉扇開啟和關(guān)閉的閾值，實(shí)現(xiàn)人機(jī)的交互。設(shè)定換氣扇百葉扇的轉(zhuǎn)速與室內(nèi)溫濕度、煙霧濃度、CO濃度、CO2濃度、有害氣體濃度等的線性關(guān)系，轉(zhuǎn)速會(huì)隨著煙霧等檢測(cè)量的濃度增大而變快。具體見表7（以CO氣體和轉(zhuǎn)速的關(guān)系為例）。

4 結(jié)束語

基于手機(jī)APP智能換氣扇的設(shè)計(jì)與研究是一種便捷化、智能化的設(shè)計(jì)，性價(jià)比高，適合于多種場(chǎng)合；采用Wi-Fi方式進(jìn)行通信，便于在局域網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行控制；用戶可以提前設(shè)定換氣扇工作的閾值，極大改善了傳統(tǒng)換氣扇存在的諸多弊端，是今后換氣扇發(fā)展的一個(gè)方向，也是未來智能家居不可或缺的重要部分。

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作者簡介

郭茹博（1997-），男，河北省石家莊市人。大學(xué)本科學(xué)歷。西北民族大學(xué)。研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)工程。

作者單位

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 甘肅省蘭州市 730124