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期刊收錄:智能家居室內環境監測系統設計
雜志名稱:河南科技 投稿:河南科技雜志社

摘要 

研究了智能家居室內環境監測系統,在簡單介紹智能家居環境監測結構的基礎上,通過對溫濕度、光線、空氣清潔度等多種與人體舒適度密切相關的環境數據的控制,來實現智能家居室內環境監測系統的設計。

關鍵字:Zigbee;智能家居;環境監測

正文

近幾年來,隨著社會經濟的發展,人們生活水平的提高,人們對生活品質的要求也日益提高,他們對智能家居系統的需求不僅僅局限于只能提供自動控制,更希望還能提供舒適居家環境。家庭環境檢測系統作為智能家居系統功能的一個重要組成部分和基本條件,是提供用戶安全、舒適、便捷生活的手段[1]。所以,為了滿足更多人的需求,很有必要對智能家居的室內環境檢測系統進行研究,

1、系統總體設計

本文設計的室內環境檢測系統包含對溫濕度、光線、空氣清潔度等環境數據的控制。對應的有溫濕度控制模塊、光線控制模塊、空氣清潔度控制模塊三個ZigBee終端節點。為了能提供一個舒適的智能家居環境,各控制模塊通過傳感器采集的溫濕度、光線、空氣清潔度等多種與人體舒適度密切相關的環境數據,就必須傳送到智能家居主控制器中,通過智能家居內部網絡的控制,調節空調、燈、換氣系統等設備,來控制智能家居室內環境。

2、溫濕度控制

溫濕度的變化與人們生活息息相關,室內溫度與濕度過高或過低,都不利于人體健康。通過實驗測定,最適宜的室內溫度應是18℃ ,濕度應是40%至60% ,此時,人的精神狀態好,思維最敏捷,工作效率高[2]

溫濕度控制節點主要是由無線收發模塊CC2430、溫濕度數據采集模塊、紅外發射模塊、電源模塊和調試接口五個部分組成。室內溫濕度的控制過程是:溫濕度控制節點通過溫濕度數據采集模塊采集室內的溫濕度數據,利用室內無線網絡把數據傳輸到主控制器,主控制器接到數據后,對數據進行分析和比較,并利用模糊控制算法得出合適的控制量,再把此控制量發送給溫濕度控制節點,控制節點再通過紅外發射模塊把控制命令發給集降溫、升溫、加濕、除濕等功能于一體的空調設備,從而控制室內溫濕度。

本系統設計的溫濕度控制節點,溫濕度數據是通過SHT1x溫度傳感器來采集,SHT1x的SCK為時鐘信號,DATA雙向串行通信線可同時完成寫命令與讀數據的任務[3]。紅外發射模塊選用與空調設備里紅外接收芯片相對應的紅外發光二極管SE303。溫濕度控制是由溫濕度數據讀取、溫濕度控制量生成和溫濕度控制命令執行三個部分組成。

3、光線控制

室內光線效果是室內空間給人的第一感覺,光線不充足、暗淡的房間會使人感到壓抑、沉悶,光線充足的房間可以使人明朗、心情舒暢。光線不僅具有重要的實用功能,而且對于視覺環境有美學效果,對人生理、心理影響也很大[4]。研究表明,合適的室內光線對人的情緒、健康、行動都產生良好的影響,因此室內光線控制在智能家居系統的設計中顯得非常重要。

本設計的光線控制系統可以在全自動的狀態下工作,主控制器按時間預先設置各種普通場景,如白天、用餐、夜晚,這樣系統就會在對應的時間里自動的切換到各個場景,進行相應的控制。另外,系統也提供各種特殊的燈光場景,如晚會場景、家庭影院場景等。各種場景有各自的默認燈光設置,用戶也可以通過調節設置自己想要的,設置好后,用戶可以通過手動調節切換到想要的燈光場景。

整個系統的設計比較個性化,可以按照用戶需求,調節各自的偏好設置。通過合理利用自然光和自動關閉無人區域的照明燈,也達到了節能的要求。

4、空氣清潔度控制

要提高室內空氣清潔度最好的方法就是減少產生這些有害氣體的污染源,但有些材料的使用是其它材料所不能代替的,所以在選擇裝修材料時,一定要選擇低污染、高品質的材料。施工單位和監理單位要做好材料進場檢驗工作,禁止使用無出廠環境指標檢驗報告或者放射性指標、有害物體含量超標的產品[5]。另外可以在室內放置綠色花卉或常綠闊葉等可以消除室內多種有害物質的植物,不僅可以凈化空氣,還可營造愉悅、健康的室內環境,但是它們只能作為提高室內清潔度的一種輔助方法,而不能代替開窗通風、補充新鮮空氣。所以安裝良好的換氣設備,讓更多新鮮的空氣進入室內來改善室內空氣質量,是最有效、最方便的方法。

本課題設計的空氣清潔度控制系統,是從整體上考慮來控制室內空氣清潔度。在室內安裝帶有氣體傳感器的終端節點,傳感器進行室內空氣數據的采集,將氣體濃度的物理量轉化為電信號,再利用信號調理對采集的信號進行調理,調理好后送至CC2430的 A/D引腳進行模/數轉換,再通過終端節點把空氣質量數據發送給主控制器。主控制器對收到的數據與預先系統設置好的合格空氣質量數據進行比較和分析后,發送控制命令到空氣清潔度控制節點,節點通過打開或關閉換氣設備,在不影響用戶生活的情況下自動完成換氣過程,來保持室內空氣清潔度,使用戶隨時有健康、新鮮的室內空氣。

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