基于Zigbee通信的智能通風系統(tǒng)

韋章濱 黃飛鵬 付小豪 劉智慧

摘要：惡劣的空氣環(huán)境導致人們產(chǎn)生各種各樣的疾病，影響我們的生活，使學習和工作效率低下，生產(chǎn)力的下降……智能通風系統(tǒng)的出現(xiàn)使得宿舍家庭的空氣能夠得到及時的通風優(yōu)化，使空氣清新凈化，讓我們擁有個健康舒適的生活環(huán)境，生活更加美好。

關(guān)鍵詞：環(huán)境惡劣;自然通風;空氣;生活;智能通風

中圖分類號：TU834.1? TU998.1? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0226-02

Abstract：Bad air environment leads to people to produce various diseases， affect our life， is low learning and work efficiency， the decline of productivity ... the emergence of intelligent ventilation system makes the air of dormitory families can be timely ventilation optimization， make the air fresh and purified， let us have a healthy and comfortable living environment， life is better.

Key words： Harsh environment; Natural ventilation; Air; Life; Intelligent ventilation

1 引言

在日常生活中，細菌、病毒無時無刻不在入侵我們的身體，尤其是當我們生活在一個長期密閉的環(huán)境中，細菌和病毒就更加容易入侵我們的身體，從而導致我們患病，影響我們的工作狀態(tài)和學習狀態(tài)。其中的罪魁禍首就是空氣無法流動，使人長期生活在污濁的空氣中。針對以上情況，本次研究的課題就如何使室內(nèi)通風更加智能化做出了詳細說明。

2 國內(nèi)外室內(nèi)通風的研究及發(fā)展

2.1 國內(nèi)室內(nèi)通風的研究現(xiàn)狀

目前，有研究人員就如何改變建筑朝向來增加室內(nèi)自然通風展開了深入研究。研究結(jié)果表明：建筑朝向設(shè)計對于室內(nèi)自然通風有很大影響，因建筑設(shè)計的不同，自然通風有多種形式如：被動風井通風、穿堂風、風塔、拔風井等。建筑及氣候特點的合理設(shè)計，能更多地利用自然通風來改善室內(nèi)的熱舒適環(huán)境，從而達到舒適、溫馨、健康的室內(nèi)環(huán)境。但利用建筑的朝向來改變室內(nèi)的通風卻并不實用，一個完美的建筑不僅要考慮室內(nèi)通風，更重要的是要考慮土地性質(zhì)及建筑修建完成后的采光度。

2. 2 國外防遠光燈的研究現(xiàn)狀

北歐斯堪的那維亞地區(qū)在講究質(zhì)量和能源節(jié)約的國家里，中央新風系統(tǒng)（VMC）存在至今已有50年歷史了。

70年代西班牙90%以上的新建住宅中裝用VMC（可控制的通風機械）中央新風系統(tǒng)。在德國，住宅新風系統(tǒng)已經(jīng)與建筑物融為一體，成為不可缺少的重要組成部分。 德國標準化組織（DIN）早在20世紀中葉就發(fā)表了DIN1964第二部分“通風和空調(diào)：技術(shù)衛(wèi)生要求”的修訂案，在德國住宅通風系統(tǒng)已經(jīng)于建筑物融為一體，成為不可或缺的重要組成部分。

1989年美國ASHRAE制定了“室內(nèi)空氣品質(zhì)通風規(guī)范”，中央新風系統(tǒng)成為美國人的生活必需品。

1977至1999年，新風系統(tǒng)在英國的銷售量已經(jīng)突破7500萬臺，97.81%的家庭都已經(jīng)安裝上了新風系統(tǒng)。

中央新風系統(tǒng)與目前的中央空調(diào)較為相似，它是通過新風機抽入室外的空氣進行離心過濾在排進室內(nèi)達到凈化室內(nèi)空氣的目的。不可否認這是一個十分先進的通風系統(tǒng)，它近乎完美地解決了室內(nèi)通風差的問題。但是與之相應的是它的使用成本也很高昂。

2.3 室內(nèi)通風的研究發(fā)展趨勢

二十一世紀，網(wǎng)絡(luò)成為人們生活中不可或缺的一部分。無論是上班、上課、外賣點餐、抑或是線上支付對于二十一世紀的新生們來說都算是一些基礎(chǔ)技能。 由此誕生了一些新的名詞——宅男（宅女），關(guān)緊房門窗戶、打開空調(diào)、打開電腦后如此待上一天。對于他們而言，室內(nèi)空氣不好是次要的，主要是待得舒適就好。然而事實上，長時間凝滯的空氣經(jīng)過人體及微生物的加工早已渾濁不堪，再加上外賣食物的氣味就更加難聞。長時間處在這種環(huán)境中的人對這種氣味已經(jīng)麻木，并不會覺得有何奇怪。但對于某些細菌而言這卻是一個理想的生活環(huán)境，它們會以平均22分鐘分裂一次的速度進行繁殖，進而入侵你早已虛弱的身體。

由此可見，未來的生活品質(zhì)必定是人們對生活要求的第一要素，畢竟誰也不想失去“革命”的本錢。健康的生活是人們的必然選擇，但如果有健康、環(huán)保、節(jié)能、智能的通風環(huán)境那必然是人們生活的必然選擇。

3 研究方向

作為21世紀的新一代大學生，長期待在宿舍的我對宿舍的空氣問題是深有體會。宿舍作為學生除上課以外的常駐場所，衛(wèi)生情況一直是學生及老師關(guān)注的重點。老師不想學生因生病耽誤了學業(yè)，學生不想每天一打開宿舍的大門就有一股奇怪的氣味撲面而來。如何解決這令人作嘔的氣味問題成為我們最主要的研究方向。首先我們想到的就是打開窗戶進行通風，但很快我們就將這個方案否決了。細想而知，打開窗戶確實是可以進行通風，緩解室內(nèi)的氣味。但開窗通風的不確定因素太大。首先，窗戶開啟后天降大雨該如何處理？其次，如何就能確定室外空氣剛好會比宿舍更好？就算這些都已經(jīng)解決，你就能確定你在急急忙忙上課前就一定能夠記得開窗？很顯然，這些東西都無法保證。那我們將窗戶進行改造會怎么樣呢？但這一點很快也被我們給否決了，傳統(tǒng)窗戶發(fā)展導入今已經(jīng)盡可能地完善了，貿(mào)然改變其構(gòu)造不僅會影響人們原有的審美，還有可能會引起一些非必要的危險。于是，我們將目光盯在了相對顯得不重要的窗戶亮子部分。亮子部分日常的作用只是進行室內(nèi)的采光，作用并不大。而我們只要將其形狀進行改造，不改變其物理材料便不會影響它本身的作用。于是我們便對其進行了改造以達到我們追求的通風效果。

4智能通風系統(tǒng)的功能

智能通風系統(tǒng)是將窗戶的亮子部分改造為類似于百葉窗形式的直條狀玻璃，閉合時正常透光。同時它也可以處于半閉合狀態(tài)，半閉合狀態(tài)時葉片的角度是可以調(diào)節(jié)的，通過調(diào)節(jié)角度使擊打在葉片上的雨水流至窗外。而這些操作都是由手機來操控。

我們將控制電機通過Zigbee技術(shù)進行同一宿舍樓之間的組網(wǎng)，組網(wǎng)完成后通過轉(zhuǎn)換器接入學校的局域網(wǎng)內(nèi)。這樣校內(nèi)的IP主機便可以對所有宿舍進行一體化控制，及時是校內(nèi)沒有學生也能在晴空萬里時打開成千上萬個宿舍的窗戶進行透氣。不僅如此，我們將通過專網(wǎng)將此局域網(wǎng)并入到公用網(wǎng)絡(luò)中，再將其進行逐一的授權(quán)，從而達到學生也可以用手機對自己宿舍的通風系統(tǒng)進行控制。即使是人不在宿舍也可以正常通風，下雨天也不用擔心開窗會有雨淋入宿舍。

同時，宿舍內(nèi)的控制器上裝有傳感器，傳感器會對室內(nèi)空氣進行檢測，當室內(nèi)空氣質(zhì)量達到所設(shè)定的危險值時，即使沒人操作它也會自動打開它所綁定的系統(tǒng)窗戶。并且傳感器會記錄室內(nèi)一周的空氣質(zhì)量，再將其進行合理分析最終發(fā)送至宿舍管理人員。由宿管人員對衛(wèi)生質(zhì)量較差宿舍進行監(jiān)督改造。

智能通風系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對窗戶的智能控制，進而達到家居智能化。使人們的生活更加快捷，更加健康。這是人們生活的共同追求。

5技術(shù)支持及其可行性

我們將窗戶的亮子部分進行拆解，將原有的單塊玻璃換成由多條玻璃片組成的類似于百葉窗式的扇葉。然后我們將每一片扇葉與可以進行三百六十度旋轉(zhuǎn)的齒輪進行連接，再將齒輪交由一個小型電機進行控制。值得一提的是，為了用電安全同時也是因為該裝置耗電量不大，我們給電機外接的是一支電壓只有24V的低壓電。之后，我們在窗戶外加裝了濕度傳感器、溫度傳感器以及光敏傳感器。濕度傳感器用于感知是否為陰雨天氣，當戶外處于陰雨天氣時處理器會接到傳感器的信號，通過判斷雨量大小執(zhí)行特定的控制程序。控制信號會傳遞給電機，電機將控制窗戶扇葉向外側(cè)進行不同角度的傾斜。這樣即使雨很大，電機也會合理調(diào)整扇葉角度使打落在扇葉上的雨水滑落到窗外。即保持了通風又不會使雨水進入室內(nèi)。溫度傳感器用于判斷室內(nèi)與室外的溫差，在溫差較大時不會自動打開窗戶，防止溫度的突然變化影響人們身體的健康。光敏傳感器用于感知晝夜變化，將感光信息傳遞給控制中樞，以便在后期對感光判斷控制窗戶的開關(guān)。處理器對傳感器傳遞過來的信息進行判斷，之后做出初步判斷處理控制電機進行合理角度開關(guān)。同時會將傳感器信息與處理結(jié)果通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳遞給組建的局域網(wǎng)，最后通過局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳遞給控制中樞。控制中樞將收到的所有數(shù)據(jù)進行對比判斷，找出其中可能出錯的機器進行最高權(quán)限的控制，同時將可能出錯的機器報于管理人員進行二次判斷與維修。為了方便房間使用人員的操作，我們還將局域網(wǎng)加入了萬維網(wǎng)路并配備了相應的控制App，只要輸入正確的賬號密碼就會獲得相應的控制權(quán)限，更加便于操作，凸顯智能生活。

6結(jié)論

智能通風系統(tǒng)在市場應用方面更加適用于學校、工廠類宿舍中。在這些場所中人們的生活相對比較忙碌，無法時刻照顧到宿舍的環(huán)境的變化，智能的通風系統(tǒng)可以完美地照顧到環(huán)境的變化。智能通風系統(tǒng)結(jié)合了智能、便捷、節(jié)能于一體，是陪伴人們健康生活的絕佳選擇。隨著科技的發(fā)展，智能通風系統(tǒng)一定會變得更加先進。

參考文獻：

[1] 夏俊，徐丹.建筑朝向?qū)κ覂?nèi)自然通風影響的數(shù)值模擬[J].江蘇建筑，2020（5）：113-116.

[2] 張軍. 高層建筑樓梯井煙氣流動特性和控煙技術(shù)研究[D].合肥：中國科學技術(shù)大學，2020.

[3] 李文婧. 面向自然通風的建筑績效評價研究[D].北京：中國礦業(yè)大學（北京），2019.

[4] 張惟佳，張偉榮.非均勻室內(nèi)環(huán)境的營造——需求導向型通風方式研究進展[A].中冶建筑研究總院有限公司.2020年工業(yè)建筑學術(shù)交流會論文集（下冊）[C].中冶建筑研究總院有限公司：工業(yè)建筑雜志社，2020：10.

【通聯(lián)編輯：梁書】