機(jī)智云云平臺(tái)+STM32的智能家居空氣檢測(cè)及凈化設(shè)計(jì)

本文介紹的智能家居空氣檢測(cè)及凈化系統(tǒng)是由桂林電子科技大學(xué)國(guó)際學(xué)院陳龍杰等人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)完成。通過(guò)使用機(jī)智云平臺(tái)、STM32等，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)和排氣系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)空氣，采集室內(nèi)溫濕度、CO、CO2、PM2.5等各項(xiàng)指標(biāo)，并將數(shù)據(jù)上報(bào)至APP客戶端，用戶可根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)控制凈化系統(tǒng)。

01

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

氣體傳感器通過(guò)與stm32f767的模擬轉(zhuǎn)數(shù)字接口 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，MCU將獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)WIFI模組進(jìn)行智能家居氣體與機(jī)智云IOT平臺(tái)物聯(lián)，并實(shí)時(shí)上報(bào)至云端，用戶可根據(jù)APP客戶端來(lái)讀取傳感器的數(shù)據(jù)，用戶根據(jù)反饋開(kāi)啟凈化系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

02

溫濕度及氣體濃度獲取方法

根據(jù)各個(gè)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?xì)怏w濃度獲取方法MQ-7靈敏度特性曲線（見(jiàn)圖2）。 根據(jù)曲線表可以列出部分Rs/R0與ppm的對(duì)應(yīng)值， 如表1。Rs/R0與ppm的計(jì)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(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)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(duì)數(shù)成反比（EMF=a+b*log(ppm)。將相關(guān)的數(shù)值算對(duì)數(shù)之后，按線性關(guān)系來(lái)處理。ppm=10^((EMF-a)/b)。a和b通過(guò)對(duì)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(wú)塵時(shí)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(wú)塵時(shí)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(shí)物圖DHT11的總體通信流程如下：

*第一步：主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，從機(jī)返回一個(gè)信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答

*第二步：主機(jī)信號(hào)線拉高準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)

*第三步：開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)排氣系統(tǒng)通斷的控制，使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和升壓模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。

03

Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)

使用Android Studio進(jìn)行APP應(yīng)用開(kāi)發(fā)通過(guò)APP客戶端實(shí)時(shí)讀取氣體和溫濕度數(shù)據(jù)和通過(guò)APP客戶端對(duì)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)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(jì)

UI 遵循QMUI的設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)了良好的頁(yè)面響應(yīng)以及基于機(jī)智云平臺(tái)的應(yīng)用。◆主要界面

*閃屏頁(yè)：APP每次冷啟動(dòng)過(guò)程中展示給用戶的過(guò)渡頁(yè)面

*WIFI登入界面：用戶需要通過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和控制凈化系統(tǒng)的頁(yè)面

◆主要功能* 云端通信：使用機(jī)智云設(shè)備接入SDK來(lái)進(jìn)行APP與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)透?jìng)?、設(shè)備的監(jiān)控和動(dòng)態(tài)控制。用戶可以檢查控制界面返回的數(shù)據(jù)信息對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制或者自動(dòng)控制。

05

總 結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種空氣質(zhì)量檢測(cè)和凈化設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵是設(shè)計(jì)獲取傳感器電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的值，同時(shí)將數(shù)據(jù)上報(bào)至APP，用戶可根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)控制凈化系統(tǒng)。本研究基于實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)置氣體和溫濕度的閾值。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)氣體的濃度檢測(cè)和凈化。