室內智能環控舒適度控制器設計

【摘? 要】隨著人們對環境、生活品質的要求提升，室內空氣質量顯得越發重要。針對此現象，我們提出了基于STM32F429單片機的室內智能環控舒適度控制器，根據環境質量標準對比得出此時的人體所在環境是否安全舒適并生成舒適值，根據實際環境智能調控室內環境。該系統設計是以STM32F429單片機為控制核心，通過檢測室內PM2.5粉塵濃度、甲烷氣體濃度、C02氣體濃度、溫度、濕度以及室外噪音強度等值，綜合計算舒適度。并設置合理閾值控制步進電機做直線運動開關門窗和窗簾，并根據有害氣體成分含量的多少控制新風系統做出相應處理，以此實現室內智能環控。

【關鍵詞】STM32F429;舒適度;智能環控

引言

隨著城市化建設的加快，人們的生活水平不斷提高，對美好的生活、環境品質均提出了提高的要求。但重經濟輕環保的觀念，使得空氣污染逐漸成為嚴重的問題。空氣中的PM2.5、甲醛、CO2濃度上升、城市噪音污染等，開始嚴重影響人們的生活。設計一款室內智能環控舒適度控制器，進行有害氣體的濃度、周邊噪音的監測，并根據舒適度的標準，自動對室內環境進行調節，提高室內空氣質量，存在著很大的實用性和必要性。

1.方案設計

室內智能環控舒適度控制器的設計如圖1所示，由STM32F429單片機控制、各類傳感器采集模塊、電機驅動控制電路、LCD觸摸屏模塊、電源電路等組成。

單片機為其核心元件，采集傳感器的數據，進行分析處理，并控制步進電機工作狀態，也通過繼電器控制新風系統工作狀態。PM2.5傳感器測量粉塵濃度，氣體傳感器監測甲烷、CO2濃度，噪音傳感器監測噪音強度，溫濕度傳感器監測室內溫濕度，監測電路將采集到的數據傳輸到單片機中進行處理，在觸摸屏上顯示各環境參數的指標，并支持用戶設置各種舒適度參考值，以及手動對室內設備的控制。

2.部分硬件設計

2.1 PM2.5傳感器電路

該電路中采用的PM2.5傳感器直接與單片機的串口連接。PM2.5傳感器負責把凈化器處理后的粉塵濃度數值采集起來通過串口傳輸給單片機。

2.2噪音傳感器電路

噪音傳感器電路是用來檢測室外噪音大小的，便于控制系統進行關窗等調節功能。本模塊利用LM386傳感器，依據芯片文檔設計了電壓增益電路、數模轉換電路。可以實現增益調節、數字和模擬量同時輸出，使該噪音傳感器模塊具有了功耗低、增益可調、失真小的優點。

3.環境指標舒適度調節設計

在本設計方案中，需要采集的有噪音、溫度、濕度、甲醛、CO2等參數，對于每個指標參數均在線整定設置一個RCI，通過所測量到的參數值，實時計算該指標當前的CI，并與預先所整定的該指標的RCI進行比較，如果越限，則進行打開窗或啟動新風系統的工作，來調節CI，進而達到讓人感覺最為舒適的目標。以溫度舒適度調節為例，為計算出當前溫度CI，室內平均溫度與CI之間是線性關系，則CI可表示為：CI=T-TA，其中為室內溫度實時采集值，TA為舒適度為0（對應于最舒適）下的理想溫度值，簡稱臨界溫度，該溫度值可以通過進行在線設定。為判斷CI是否發生越限，需要將CI與RCI進行比較，其越限判斷標準如下：假定溫度CI在-3與3之間，當|CI-RCI|<0.5時，人們感覺舒適，即大于0.5或小于-0.5都會使人們感覺不舒適，都被稱作CI越限，其中大于0.5會使得人們感覺過熱，此時需要啟動新風系統，開始通風;小于-0.5會使得人們感覺太冷，此時關閉新風系統，停止通風。以此類推，當室外噪音CI越限，智能控制器啟動步進電機進行開窗動作;當濕度CI越限、或甲醛CI越限、或CO2濃度越限，智能控制器啟動新風系統進行換氣。

4.控制器實物與總結

本設計制作的實物系統能在觸摸屏上設置各指標參考值，通過連接各類傳感器，實現了對室內環境的檢測和智能控制，對室內空氣質量進行自動調節。用戶也可以通過手動控制，來改變此時室內的空氣，具有很高的實際使用價值。

參考文獻

[1]戚裕敏，高娃，武莉.面向室內生態環境健康的智能家居產品客戶端交互設計[J].設計，2018（17）：136-138.

[2]許有軍，宋思綺，張程皓，王玉媛，胡鵬飛.室內環境智能監控系統的設計[J].福建電腦，2016，32（04）：36+44.

[3]劉明棲，韓星宇.一種室內環境智能監控系統的設計[J].城市建設理論研究（電子版），2019（02）：156.

[4]任春喜. 智能家居室內環境監控系統設計與實現[D].北京工業大學，2016.

[5]張靜，石煜，楊繼森，彭強，薛亮.室內環境智能控制系統設計[J].實驗室研究與探索，2016，35（07）：65-69.

基金名稱：浙江機電職業技術學院現代交通技術專群建設基金（Y-0204-17-200）、浙江機電職業技術學院高教研究項目高職“雙創”人才培養理念下的職業技能與職業精神融合研究 （編號：A-0282-18-010）。

作者介紹：高雄（1989-），男，碩士，助教，研究方向為電氣工程。