1、智能家居控制技术及应用第7章 空气质量监测系统l 空气质量监测系统介绍l 空气质量监测系统应用l 空气质量监测系统实训2 2l 空气质量监测系统介绍3 3空气质量监测系统介绍4 4u 智能人体感应系统功能简介u 随着生活条件的不断改善，许多人都拥有了自己的住房，住户在装修房子时不惜投入巨额费用，但各种家居材料的大量使用也产生了很严重的污染。很多装饰物中都含有甲醛、氨气、苯等有毒气体，厨房油烟里的苯并芘、一氧化碳；植物花粉、香烟、病菌、灰尘及各类异味等都使家居环境污染越来越严重。同时，各种家用电器产生的紫外线辐射、室内温度的改变、电磁辐射等污染也会对人们的健康构成巨大威胁。家居空气质量监测系统就
2、是在这种情况下应运而生，旨在监测室内环境空气状况，并及时预报当前的空气质量，为人们的健康生活提供服务。空气质量监测系统介绍5 5u 智能人体感应系统功能简介u 家居空气质量监测系统的工作基于半导体传感器，并结合当前比较成熟的电子信息技术来对室内污染气体的情况进行检测，最终实现室内空气中各项技术指标的自动监测。空气质量监测系统分为中央控制系统和空气监测子系统，如图所示。它们在硬件上都采用微型工作站对数据进行接收和分析。中央控制系统空气监测系统空气监测系统空气监测系统无线传输空气质量监测系统介绍u PM2.5传感器 PM2.5传感器主要应用于环境监测系统、PM2.5检测仪、新风系统、净化器及其他空
3、气净化领域。PM2.5激光粉尘传感器是数字式通用颗粒物浓度传感器，可以用来监测空气中单位体积内0.310m悬浮颗粒物的个数，即颗粒物浓度，并以数字接口形式输出，同时也可输出每种粒子的质量数据。可在PM2.5激光粉尘传感器中嵌入各种与空气中悬浮颗粒物浓度相关的仪器、仪表或其他环境改善设备，为其提供及时、准确的浓度数据。其主要特征有粒子计数精确，零错误报警率；小巧方便，安装位置随意，利于携带；磁浮风扇，超静音；实时响应；低功耗。PM2.5传感器的技术参数：可作为参考来测试环境的PM2.5，适用范围0999g/m；稳定时间短，无需传统的预热方式；使用光学原理，反应时间更快；传感器的结构考虑了空气动力
4、原理，采用的磁浮无刷电机可以长期使用；设计友好，方便拆卸清洁，使维护更简单；满足国家GB3095-2012环境空气质量标准和WHO（世卫组织）对于颗粒物的空气质量准则值所规定的数值范围测试要求。6 6u 空气质量监测系统传感器空气质量监测系统介绍u 气压传感器 气压传感器用于测量气体的绝对压强。主要应用于与气体压强相关的物理实验，如气体定律等，也可以在生物或化学实验中测量干燥、无腐蚀性的气体压强。有些气压传感器的主要传感元件是由一个对压强敏感的薄膜组成，这个薄膜可以连接一个柔性电阻器。当被测气体的压强发生降低或升高的变化时，会导致这个薄膜变形，该电阻器的阻值也会随之改变。从传感元件获得05V的
5、信号电压，经过A-D转换传递给数据采集器，数据采集器再以适当的形式把结果传送给计算机。某些气压传感器的主要部件为变容式硅膜盒。当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时，单晶硅膜盒随之发生弹性变形，从而使得硅膜盒平行板电容器电容量发生变化。7 7u 空气质量监测系统传感器8 8空气质量监测系统介绍u 目前现实生活中用于监测空气质量的传感器都有哪些？u 在智能家居系统中，PM2.5传感器、气压传感器、LCD显示器应该放置在室内还是室外？请说出原因。8 8u 拓展思考l 空气质量监测系统应用9 9空气质量监测系统应用1010u 空气质量监测系统应用技术 基于ZigBee技术的家居室内空气质量监测系统的提
6、出，主要是针对室内空气的信息采集、传输的实际情况，用来解决普通家居易发生火灾、室内空气质量差等问题。室内空气质量监测系统之所以采用ZigBee技术主要是因为它具有以下优势：它在进行数据传输时采用的是无线自组网设备，这种应用方式非常值得推荐，整个系统只需要装置PM2.5粉尘传感器和气压传感器（其他可用到的传感装置，例如温度传感器、湿度传感器也可以添加），就可以对室内的空气质量以及温湿度等进行检测。ZigBee技术具有高拓展性、低能耗、低成本等优点，基于ZigBee技术搭建的室内空气质量监测系统具有非常高的灵活性，能够满足现代智能家居空气质量监测的要求，同时实现了家居的智能化，为人们提供一个健康舒
7、适的生活环境，让居家生活更快捷、更方便。空气质量监测系统应用11 11u 空气质量监测系统应用场景u 家居室内空气质量监测系统 人们约有80%以上的时间是在室内度过的，是人们接触最密切、最频繁的空气环境。室内环境是一个系统的集成，是与建筑有关的、多性态银子的总和。体现了建筑装修、材料科学、通风空调、环境控制等多个专业的协调与配合，是由设计施工、监测、验收、维护运行与管理控制所形成。人们现在所接触到的室内环境都或多或少存在着空气质量的问题，问题来源如下图所示。空气质量监测系统应用1212u 空气质量监测系统应用场景u 生产工厂空气质量监测系统 很多产品在生产时对生产工厂的室内环境也有较高的要求，
8、例如，微型电子产品生产工厂对空气中的粉尘颗粒度要求极高，生产工人在进入生产车间之前都要进行消毒、穿防尘服，做到全面防护，避免粉尘进入车间，对产品的质量造成影响；药品生产工厂对生产环境的温湿度以及药品储存温湿度都有着严格的要求，稍有差池就有可能 导致药品失去药效，无法使用，下图分别是制药厂空气温湿度监控系统 和医药温湿度监控系统。空气质量监测系统应用1313u 空气质量监测系统应用场景u 大棚蔬菜种植 空气质量监测在现代人们的生产生活中举足轻重、不可或缺，除了上述室内家居环境、电子产品生产工厂需要空气质量监测系统进行空气质量的监测，储存粮食的仓库也需要安装空气质量监测系统，来防止粮食变质。目前流
9、行的蔬菜种植大棚同样需要空气质量监测系统，以保证种植的各种蔬菜的存活率及生长速度，下图分别为大棚蔬菜种植及大棚蔬菜环境监测。空气质量监测系统应用1414u 空气质量监测系统应用场景u 贝虎环境卫士 贝虎环境卫士是具备健康云计算功能的空气质量监测仪，实现了对传统空气质量检测仪的彻底颠覆。它能365天不间断收集用户家里的全部空气数据，包括PM2.5、有机污染物、噪声、温度、湿度、一氧化碳等。它还能将所有收集的环境数据上传到贝虎云平台进行分析、计算，让用户打开手机应用就能一目了然看到家里当前空气质量状况，并了解其是否威胁到家人的健康。贝虎环境卫士如下图所示。同时，通过云计算长期分析出的健康数 据，实
10、时提醒室内人员纠正对环境造成不良 影响的行为，给出有效的改善建议，让用户 和其家人始终生活在一个健康、舒适、安全 的环境里，预防及杜绝由不良环境导致的健 康问题。空气质量监测系统应用u 查找资料，整理出空气污染的主要污染物都有哪些？u 空气污染的主要来源都有哪些方面？可以采取哪些预防措施？u 请思考，在种植了蔬菜的大棚里面需要一个什么样的空气质量监测系统，这个空气质量监测系统中需要哪些传感器？两人或三人一组，设计一个合理的蔬菜大棚空气质量监测系统。1515u 拓展思考l 空气质量监测系统实训1616空气质量监测系统实训17 17u 空气质量监测系统模块介绍u 本实验模块由PM2.5传感器模块、
11、气压传感器模块和LCD显示器模块组成。PM2.5传感器如下图所示。PM2.5传感器空气质量监测系统实训1818u 空气质量监测系统模块介绍气压传感器和LCD显示模块分别如下图所示。气压传感器 LCD显示模块空气质量监测系统实训1919u 空气质量监测系统实训步骤u 步骤1：烧写代码。u 步骤2：打开配置工具 ，即上位机软件。u 步骤3：将USB串口线与PM2.5传感器连接，打开PM2.5传感器的电源开关，单击“查找可用端口”按钮，在右侧下拉菜单栏中可自动读取到系统现在可以使用的端口，选择USB串口线对应的端口（可在windows系统的“设备管理器”中，通过插拔USB串口线的方法，识别该线对应哪
12、一个端口），单击“打开选中端口”按钮，打开选中的端口。空气质量监测系统实训2020u 空气质量监测系统实训步骤u 步骤4：单击“读地址”按钮，可读取PM2.5传感器的地址，显示在按钮左侧的“地址”标签中；同时会自动读出PM2.5传感器采集到的PM2.5数值，显示在下方的文本框内，并在对话框右侧自动绘制PM2.5数值折线图，直观地反应PM2.5的变化情况，如图所示。空气质量监测系统实训2121u 空气质量监测系统实训步骤u 步骤5：单击“关闭选中端口”按钮，将USB串口线与气压传感器连接，打开气压传感器（开关置于“ON”），单击“打开选中端口”按钮打开选中的端口。然后单击“读地址”按钮，可读取气
13、压传感器的地址，显示在按钮左侧的“地址”标签中；同时会自动读出气压传感器采集到的气压数值，显示在下方的文本框内，并在对话框右侧自动绘制气压数值折线图，直观地反应气压的变化情况，如图所示。与PM2.5传感器的地址相比较，如果地址不一致，则可在“配置网络地址”选项组中重新配置气压传感器的地址，保持网络地址一致。具体方法是，将需要配置的地址输入至“配置地址”右侧的文本框中，然后单击“写地址”按钮，即可完成网络地址的配置。空气质量监测系统实训2222u 空气质量监测系统实训步骤u 步骤6：单击“关闭选中端口”，将USB串口线与LCD显示器连接，打开LCD显示器（开关置于“ON”），单击“打开选中端口”
14、按钮打开选中的端口。单击“读地址”按钮，可读取LCD显示器的地址，如图所示。与PM2.5传感器的地址相比较，如果地址不一致，则可在“配置网络地址”，选项组中重新配置LCD显示器的地址，保证网络地址一致。具体方法是，将需要配置的地址输入至“配置地址”右侧的文本框中，然后单击“写地址”按钮，即可完成网络地址的配置。空气质量监测系统实训2323u 空气质量监测系统实训步骤u 步骤7：观察实验现象：LCD显示器上的数据。p 说明：网络地址一致时PM2.5传感器、气压传感器和LCD显示器之间可以实现无线通讯。此时，PM2.5浓度值和气压值都会在LCD显示器上显示，如图所示。空气质量监测系统实训u 搜集资料，查出PM2.5和气压传感器的合理阈值是多少？2424u 拓展思考
