智能家居空氣檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)

于明玖 吳朝輝 姬瑞樺

摘 要：隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注度也隨之變高，又加之政府方面對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的要求，社會(huì)上智能家居良好發(fā)展趨勢(shì)，我們打算打造一套智能家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，來(lái)更好地營(yíng)造智能健康家居環(huán)境。

關(guān)鍵詞：智能家居;空氣檢測(cè);調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1.將家居環(huán)境中經(jīng)常使用的家庭空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀和凈化器集中整合升級(jí)為新的產(chǎn)品，使之能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)節(jié)的功能，保證家居空氣質(zhì)量的健康，為我們的健康家居提供更加便利的條件。

2.使用云服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和凈化實(shí)時(shí)進(jìn)程的數(shù)據(jù)上傳，全面動(dòng)態(tài)地反映多個(gè)家庭的空氣質(zhì)量情況。

3.順應(yīng)未來(lái)智能家居普遍化的趨勢(shì)，完善智能家居系統(tǒng)。雖然目前智能家居系統(tǒng)有了一定的發(fā)展并且市場(chǎng)上也開(kāi)始出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品但從總體的發(fā)展來(lái)看不容樂(lè)觀，特別是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)威產(chǎn)品的缺乏，嚴(yán)重影響了家居智能化的發(fā)展。

隨著科技的快速發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平不斷提高，對(duì)家居環(huán)境的要求也越來(lái)越高，作為家居智能化的核心部分智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要，家居智能化控制的開(kāi)發(fā)和建設(shè)是未來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，智能家居系統(tǒng)可以智能地為住戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)好空氣的濕度、溫度、空氣污染物（如有害氣體、PM2.5等）并提供智能調(diào)節(jié)方案，進(jìn)行調(diào)節(jié)，為用戶營(yíng)造一個(gè)綠色健康的家居環(huán)境。

（一）研究?jī)?nèi)容

智能家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是集傳感技術(shù)，短距離無(wú)線通信技術(shù)（包括zigbee技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等），語(yǔ)音合成技術(shù)（TTS技術(shù)），微處理器控制技術(shù)，空氣質(zhì)量智能分析與調(diào)節(jié)技術(shù)為一體的24小時(shí)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它主要對(duì)室內(nèi)的空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，分析和報(bào)警提示，并智能開(kāi)啟空氣調(diào)節(jié)器，給家人一個(gè)健康的空氣環(huán)境。

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)行業(yè)起步較早，一些歐美國(guó)家在空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始了，像美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)家更是推出了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)實(shí)踐的研究設(shè)計(jì)來(lái)解決空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的生活功能問(wèn)題。

美國(guó)和德國(guó)的兩款檢測(cè)系統(tǒng)，雖然有諸多優(yōu)點(diǎn)，但都不具備良好的人機(jī)交互界面，無(wú)法實(shí)時(shí)查看氣體的濃度。英國(guó)GMI的PS200四合一氣體檢測(cè)儀和日本理研的GX-8000四合一檢測(cè)儀[1]，雖能同時(shí)檢測(cè)4種氣體，但氣體的數(shù)量還可以擴(kuò)展的更多，而且加入無(wú)線傳輸技術(shù)，比如ZigBee技術(shù)或WIFI技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線檢測(cè)。

國(guó)內(nèi)的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大多具有價(jià)格昂貴、檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)、信號(hào)傳輸不穩(wěn)定、檢測(cè)精度不高、響應(yīng)不迅速、操作方法復(fù)雜等缺點(diǎn)[2]。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析，本文設(shè)計(jì)了一款智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以檢測(cè)多種室內(nèi)有害氣體，具有簡(jiǎn)單易操作，信號(hào)傳輸穩(wěn)定，檢測(cè)精度高，響應(yīng)迅速等特點(diǎn)[3]。設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣體的狀態(tài)，遠(yuǎn)程查看室內(nèi)空氣質(zhì)量的參數(shù)。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，一旦有氣體超標(biāo)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)立馬報(bào)警，提醒用戶有氣體超標(biāo)，并通過(guò)ZigBee組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)加濕器、空氣凈化器等設(shè)備的控制，來(lái)改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

目前，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)包括以下四個(gè)方面：第一，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等應(yīng)用在室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，讓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)變得更加多功能化、智能化。在測(cè)量過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程將不需要人為的手動(dòng)選擇量程，開(kāi)啟和關(guān)閉監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由微處理器完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等。第二，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在測(cè)量精度、穩(wěn)定性以及響應(yīng)速度方面都有很大改善，同時(shí)還增加了數(shù)據(jù)處理功能。如果用到微處理器還可以結(jié)合軟件的功能，軟件可以完成硬件完不成的功能，還能夠增加很多附加功能，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能更加完善，使用起來(lái)更加方便。第三，檢測(cè)儀將朝著小型化和智能化方向發(fā)展，結(jié)合當(dāng)下比較流行的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。第四，人機(jī)交互界面將會(huì)更加友好，用戶可以實(shí)時(shí)查看室內(nèi)的空氣質(zhì)量，并且一旦有氣體超標(biāo)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)立馬報(bào)警，提醒用戶做出相應(yīng)的應(yīng)急措施，來(lái)改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

（二）創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高以及對(duì)空氣質(zhì)量的關(guān)注，尤其是在家居環(huán)境中，家庭空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，凈化器成為家庭必需品。但是現(xiàn)階段的產(chǎn)品大多只是對(duì)空氣質(zhì)量的某一方面進(jìn)行調(diào)節(jié)，比如：加濕器、空調(diào)、空氣凈化器等，并且少有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)相結(jié)合的功能。本項(xiàng)目將二者合二為一，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)并適時(shí)調(diào)節(jié)，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)，能夠上傳數(shù)據(jù)。

此外市面上大多數(shù)智能家居的造型和界面交互并不能帶給人們舒適連貫的交互體驗(yàn)，導(dǎo)致人們?cè)趧傞_(kāi)始的新鮮感過(guò)去之后就不再使用其智能功能，只能發(fā)揮該產(chǎn)品的普通功能，造成了產(chǎn)品的浪費(fèi)。所以我們打算在產(chǎn)品的造型和手機(jī)app的交互設(shè)計(jì)上進(jìn)行創(chuàng)新，帶給人們便捷舒適的交互體驗(yàn)，使人們能夠頻繁地使用其智能功能，發(fā)揮產(chǎn)品的全部?jī)r(jià)值。

同時(shí)根據(jù)用戶使用情況，結(jié)合數(shù)據(jù)分析對(duì)用戶進(jìn)行個(gè)性化空氣環(huán)境的制定。

政府層面也需要了解相關(guān)數(shù)據(jù)，從而制定相關(guān)政策，現(xiàn)在的手段是每個(gè)城市抽取幾個(gè)學(xué)校，抽取一個(gè)班的幾個(gè)學(xué)生填表，到時(shí)相關(guān)工作人員上門(mén)當(dāng)場(chǎng)測(cè)試，這種方法，數(shù)據(jù)量太小，不全面，不能體現(xiàn)整個(gè)城市家庭的整個(gè)空氣質(zhì)量，而且僅能獲取當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)，不能動(dòng)態(tài)反應(yīng)。本項(xiàng)目提出的方案基于云服務(wù)平臺(tái)，具有大數(shù)據(jù)特點(diǎn)，能夠全面動(dòng)態(tài)反映多個(gè)家庭的環(huán)境狀況。普適性高。

（三）技術(shù)路線、擬解決的問(wèn)題及預(yù)期成果

1技術(shù)路線

分析市場(chǎng)上現(xiàn)有的空氣質(zhì)量方面的產(chǎn)品，利用我們?cè)诒O(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)已經(jīng)大數(shù)據(jù)采集方面的創(chuàng)新，對(duì)其進(jìn)行整合、優(yōu)化和改造，同時(shí)進(jìn)行外觀和人機(jī)交互的設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)品用戶體驗(yàn)及對(duì)現(xiàn)有智能家居市場(chǎng)進(jìn)行融合，并用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模分析，找到最佳可行的方案，最后制造出實(shí)物，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的落地。

使用Axure、PS、AI等進(jìn)行UI交互設(shè)計(jì)，接著使用微信小程序平臺(tái)編程 實(shí)現(xiàn)在手機(jī)上的操作并能夠收集分析監(jiān)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。

2擬解決問(wèn)題：

1.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需要同步調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)空氣進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，解決市面上空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)在效率和智能化上的缺陷，設(shè)計(jì)最優(yōu)解決方案。

2.對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到有用的信息。

3.對(duì)現(xiàn)有的空氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與家用電器功能性單一的問(wèn)題提出一個(gè)新的解決方案。

4.將智能空氣系統(tǒng)與智能家居結(jié)合，一方面對(duì)我們的產(chǎn)品功能性進(jìn)行創(chuàng)新，另一方面對(duì)已來(lái)的智能家居系統(tǒng)的對(duì)人生活方式上涵蓋了新的內(nèi)容。

5.整合空氣監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)和大數(shù)據(jù)的新產(chǎn)品的研發(fā)。

6.產(chǎn)品與智能家居系統(tǒng)進(jìn)行融合。

7.采用微信小程序的開(kāi)發(fā)，解決傳統(tǒng)智能家居模式下不同品牌不同app之間數(shù)據(jù)不互通導(dǎo)致用戶不得不同時(shí)安裝多個(gè)智能家居控制app的問(wèn)題。

8.在產(chǎn)品及手機(jī)界面的交互問(wèn)題上，對(duì)系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到適宜不同用戶使用的通用化設(shè)計(jì)，解決不同年齡階段，不同身體狀況的用戶擁有得到保障的操作體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉迪. 智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].安徽理工大學(xué)，2019.

[2]徐爽，易東.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2016（11）：43-46.

[3]《2016-2020年中國(guó)空氣凈化器市場(chǎng)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》.中投顧問(wèn)研究產(chǎn)業(yè)中心.2016.