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基本信息
- 項目名稱：
- 室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 建筑物通風(fēng)不良、建筑的裝飾裝修和建筑物維護等諸多因素造成的室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為21世紀(jì)人類社會面臨的新環(huán)境問題。 由我們所研究的“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”力圖通過設(shè)計開發(fā)一套全新的室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來智能控制室內(nèi)外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質(zhì)的室內(nèi)空氣質(zhì)量的需求，倡導(dǎo)健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質(zhì)生活。
- 詳細(xì)介紹：
- 室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品說明 一、前言 建筑物通風(fēng)不良、建筑的裝飾裝修、建筑物維護和使用不善、各類室內(nèi)化學(xué)用品的增多以及人們不良生活習(xí)慣等諸多因素造成的室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為21世紀(jì)人類社會面臨的新環(huán)境問題。 當(dāng)前國內(nèi)室內(nèi)通風(fēng)市場主流產(chǎn)品實現(xiàn)“雙向換新風(fēng)”、“AIP電離凈化”、“健康負(fù)離子”等功能是通過使用高電壓將空氣進行電離，負(fù)離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負(fù)離子等手段來人為制造室內(nèi)“新鮮”空氣。 但由此產(chǎn)生的電磁輻射、室內(nèi)空氣高氧化、能耗高等問題又會給人類健康和環(huán)境保護帶來新的威脅。 由我們所研究的“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”力圖通過設(shè)計開發(fā)一套全新的室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來智能控制室內(nèi)外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質(zhì)的室內(nèi)空氣質(zhì)量的需求，倡導(dǎo)健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質(zhì)生活。 二、產(chǎn)品功能 1.實現(xiàn)實時監(jiān)測對比分析室內(nèi)外空氣質(zhì)量狀況的功能； 2.實現(xiàn)智能控制窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備開與關(guān)的功能； 3.實現(xiàn)數(shù)字顯示室內(nèi)外空氣質(zhì)量檢測結(jié)果的功能； 4.設(shè)置春夏秋冬四種運行模式，人性化設(shè)計突出； 5.具有電動與手動輕松切換的功能； 6.具備綠色健康，節(jié)能安全，功能強大，設(shè)計先進等眾多技術(shù)優(yōu)點。 三、用途及使用范圍 本產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于公司辦公室、家庭、賓館、工廠、車間等生活和辦公場所。 四、市場前景 據(jù)問卷調(diào)查顯示：16%的受訪者表示居住區(qū)周邊空氣質(zhì)量較差，高達(dá)67%受訪者表示居住區(qū)周邊空氣質(zhì)量一般。他們迫切希望自己現(xiàn)在居住環(huán)境的空氣質(zhì)量得到改善。 同時，高達(dá)78%受訪者表示如果本系統(tǒng)研發(fā)成功進入市場，他們會考慮購買本產(chǎn)品，顯示出本系統(tǒng)的研發(fā)具有重大的市場價值。 五、樣品圖片展示 產(chǎn)品機電執(zhí)行器示意圖 產(chǎn)品系統(tǒng)模型解析圖 六、產(chǎn)品參數(shù)說明 機電部分： 1.額定輸出功率：30W-120W 2.電機額定轉(zhuǎn)速：1800-3200（rpm） 3.工作電壓：直流12V 4.開啟窗戶重量：10KG 20KG 電子監(jiān)控部分： （1）DS18B20溫度傳感器 測溫范圍：－55℃～＋125℃ 測溫分辨率：0.5℃ 工作電壓: 3-5V/DC （2）MQ-2參數(shù) 回路電壓小于等于15V 使用溫度-10℃～50℃ 探測濃度范圍：液化氣和丙烷100ppm-10000 ppm 3.STC90C516單片機工作電壓：5.5V - 3.8V（5V 單片機） 工作頻率范圍：0-40MHz 用戶應(yīng)用程序空間32K 室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)模型介紹 一、產(chǎn)品介紹 1.1產(chǎn)品功能闡述 本系統(tǒng)通過實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來判斷是否達(dá)到通風(fēng)條件。自動協(xié)調(diào)控制窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備的開與關(guān)，進而促使室內(nèi)外空氣自然流通。 1.1.1室內(nèi)外空氣質(zhì)量自動檢測及分析處理功能 本作品在對室內(nèi)外空氣質(zhì)量的自動檢測的設(shè)計上采用了DS18B20溫度傳感器、MQ-2氣體傳感器以及90C516單片機。 在室內(nèi)外溫度的檢測功能上產(chǎn)品采用了精度高、穩(wěn)定性好、電路簡單、控制方便的DS18B20溫度傳感器，它依據(jù)單片機發(fā)送的指令進行檢測和信息反饋。 在檢測室內(nèi)氣體質(zhì)量的濃度方面，產(chǎn)品采用了可檢測多種可燃性氣體，在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好靈敏度的MQ-2氣體傳感器。它能夠很好地反映室內(nèi)外空氣質(zhì)量，對空氣流通功能的處理上更加精確。 傳感器檢測到的信息通過1602液晶顯示屏明晰顯示。 1.1.2窗、扇設(shè)施的智能控制功能 單片機接收到DS18B20溫度傳感器、MQ-2氣體傳感器傳輸?shù)目諝赓|(zhì)量信息，經(jīng)過信息處理智能控制是否需要進行開關(guān)窗（扇）動作。通過檢測空氣質(zhì)量、溫度等參數(shù)對比分析處理來進一步實現(xiàn)自動通風(fēng)換氣等改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的功能。 1.1.3系統(tǒng)軟件優(yōu)先級設(shè)置 本系統(tǒng)的軟件開窗部分共設(shè)立了三個高優(yōu)先級： 1、有害氣體濃度監(jiān)測模塊為最高優(yōu)先級 只要檢測到室內(nèi)的有害氣體濃度達(dá)到一定的數(shù)值，即便室外空氣質(zhì)量狀況不佳，也會立即產(chǎn)生報警器報警、窗戶開窗、排氣扇排氣的動作； 最高優(yōu)先級檢測模塊運行圖 次高優(yōu)先級檢測模塊運行圖 2、甲醛、煙霧、濕度、二氧化碳濃度檢測模塊為次最高優(yōu)先級 傳感器檢測到室內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況不佳，需要進行室內(nèi)外的空氣流通，此時通過對比室內(nèi)外的參數(shù)發(fā)現(xiàn)，室外的空氣質(zhì)量狀況亦不佳，進行室內(nèi)外的空氣流通無助于改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況時，也不會發(fā)出控制相應(yīng)的通風(fēng)升降溫設(shè)備做出開啟動作的指令。 室外溫度檢測（℃） 氣體檢測 ( mg/m3) 窗戶 室內(nèi) 室外 16-23 <1.20 <1.20 開 <16或>23 <1.20 <1.20 關(guān) ------- ≥1.20 <1.20 關(guān) ------- <1.20 >1.20 開 高優(yōu)先級檢測模塊運行圖 優(yōu)先級實驗數(shù)據(jù)一覽表 3、為使開窗動作與升降溫動作協(xié)調(diào)配合工作，對于溫度測控模塊同樣設(shè)置了高優(yōu)先級。 以夏季為例，系統(tǒng)內(nèi)置的溫度參數(shù)為早六點或晚十八點的一個小的溫度范圍（即系統(tǒng)認(rèn)為此時的溫度適宜進行開窗換氣），當(dāng)室外溫度達(dá)到這個范圍時，單片機發(fā)出開窗指令；當(dāng)室外溫度不在這個范圍時，則窗戶關(guān)閉；當(dāng)處于正午室內(nèi)需要降溫時，不會出現(xiàn)通風(fēng)與降溫設(shè)備動作不協(xié)調(diào)的情況發(fā)生。 1.1.4檢測結(jié)果數(shù)字顯示功能 通過將數(shù)字溫度傳感器和氣體傳感器檢測到的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字信號，并在1602液晶屏上加以顯示，從而不僅能夠達(dá)到智能控制室內(nèi)外空氣流通的目的，而且還可以讓使用者隨時了解到自己所處室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量狀況，并促使其通過自己的行動改善所處環(huán)境的空氣質(zhì)量。 1.1.5手動控制功能 使用者可進行自主操作，同時增強了本產(chǎn)品在應(yīng)對突發(fā)情況時的可靠性。 1.2數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖 二、產(chǎn)品工作原理 2.1工作原理概述 本產(chǎn)品通過系統(tǒng)CPU模塊智能分析控制的功能，自動控制驅(qū)動1602液晶顯示模塊、數(shù)字溫度傳感器和氣體傳感器檢測模塊及機電執(zhí)行器模塊執(zhí)行其相應(yīng)模塊的功能，達(dá)到自動協(xié)調(diào)控制窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備開與關(guān)，促使室內(nèi)外空氣自然流通，有效消除室內(nèi)空氣污染，促進人體健康的目的。 2.2電路組成 該產(chǎn)品主要由以下四大模塊組成：CPU模塊、1602液晶顯示模塊、數(shù)字溫度傳感器和氣體傳感器模塊、機電執(zhí)行器模塊。 2.3工作原理解析 2.3.1工作原理圖 2.3.2工作原理分析 1、CPU及1602液晶顯示模塊（電路原理圖如下：）： 我們選擇STC公司生產(chǎn)的90C516 作為本系統(tǒng)的CPU主要是該單片機擁有32K的超大空間可以滿足程序的正常下載并且這款單片機和最初的8051單片機完全兼容。 1602液晶屏共16個管腳，其中7-14管腳分別和單片機的P0口連接用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。其它管腳用于傳輸數(shù)據(jù)的控制和顯示屏亮度的控制。 2、數(shù)字溫度傳感器模塊： 我們選用的DS18B20作為數(shù)字溫度傳感器擁有獨特的單線借口方式，即DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊并且DS18B20在使用中不需要任何外圍元件。 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)，使用極為方便且編程容易。 DS18B20將采集到的室外數(shù)字信號在單片機內(nèi)部時鐘的控制下經(jīng)IO口輸送到單片機內(nèi)存中經(jīng)C程序處理后將溫度顯示到1602液晶屏上。同時單片機及時更新溫度值并分析其大小，來控制直流電機的正反轉(zhuǎn)以實現(xiàn)自動打開窗戶和關(guān)閉窗戶的動作。 3、氣體傳感器模塊： 我們選用的MQ-2氣體傳感器在較寬的濃度范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度較高是家用氣體泄露檢測的首選傳感器。 其基本測試電路如圖。 氣體傳感模塊 該傳感器需要施加2個電壓：加熱器電壓（VH）和測試電壓（VC）。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。 VC 則是用于測定與傳感器串聯(lián)的負(fù)載電阻（RL）上的電壓（VRL）。這種傳感器具有輕微的極性，VC 需用直流電源。在滿足傳感器電性能要求的前提下，VC 和VH 可以共用同一個電源電路。為更好利用傳感器的性能，需要選擇恰當(dāng)?shù)腞L值。 本樣品中RL選用10K電阻和AB串聯(lián)，將VRL輸出的電壓信號作為TLC549(AD轉(zhuǎn)換芯片)的數(shù)據(jù)輸入信號，經(jīng)過一定的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換成室內(nèi)外空氣質(zhì)量的數(shù)值。 因此程序中我們設(shè)定當(dāng)室外氣體（如煙霧）濃度比室內(nèi)氣體（如煙霧）濃度高時無動作，而當(dāng)室內(nèi)氣體（如煙霧）濃度較高并且測得數(shù)據(jù)達(dá)到臨界值室即觸發(fā)相應(yīng)的繼電器閉合從而帶動機電執(zhí)行模塊執(zhí)行相應(yīng)的動作。 4、機電執(zhí)行器模塊 機電執(zhí)行器模塊 一般當(dāng)直流電機的一個引腳固定接高電壓時，另一端接地時就只能朝一個方向旋轉(zhuǎn)。本模塊的創(chuàng)新之處就是實現(xiàn)了自控控制一個直流電機的正反轉(zhuǎn)。模塊的核心是4個型號為PC817的光耦器。光耦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖示： 光耦的1、2引腳分別為發(fā)光二極管的正負(fù)端，當(dāng)發(fā)光二極管正向?qū)òl(fā)光時激發(fā)右端三極管使其由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。這樣就實現(xiàn)了自動開閉的目的。 本產(chǎn)品我們將四個光耦的1腳（二極管的正極）接5V電壓，2腳分別接單片劫P1.0、P1.1、P1.2、P1.5引腳。通過控制這四個引腳輸出電平的高低有選擇地使其中兩個光耦同時工作實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)（反轉(zhuǎn)）。 本產(chǎn)品驅(qū)動窗戶開關(guān)的模塊為機電執(zhí)行器。 該執(zhí)行器主要由兩個5V繼電器、ULN2003達(dá)林頓管和直流電機組成。選擇達(dá)林頓管主要是控制和驅(qū)動繼電器的通斷。 當(dāng)繼電器1通電時線圈閉合給直流電機1管腳通直流正電壓驅(qū)動直流電機正轉(zhuǎn)執(zhí)行開窗動作。同理，繼電器2通電閉合后直流電機反轉(zhuǎn)關(guān)閉窗戶。 該設(shè)計實現(xiàn)了直流電機自動正反轉(zhuǎn)的功能，能很容易控制窗戶的打開和關(guān)閉。 2.2.3編程代碼 TLC549AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理程序源代碼： /*********************************************************************** * 名 稱: Average() * 功 能: 中位值平均濾波法，取一共三十個數(shù)據(jù)，最大和最小的五個數(shù)據(jù)不要 對中間的二十個數(shù)據(jù)求平均值 * 輸 入: 三十個待處理的值 * 輸 出：得到一個中位的平均值 ***********************************************************************/ uint Average(uint buffer[30])//功能: 中位值平均濾波法，取一共三十個數(shù)據(jù)，最大和最小的五個數(shù)據(jù)不要對中間的二十個數(shù)據(jù)求平均值 { uchar i,j; uint temp; for(i=1; i<30; i++) //先對整個數(shù)組的三十個值進行從小到大的排列 for(j=29; j>=i; --j) { if(buffer[j-1] > buffer[j]) { temp = buffer[j-1]; buffer[j-1] = buffer[j]; buffer[j] = temp; } }//對數(shù)組進行處理，去掉一個最大值和一個最小值，中間的二十個值再來求平均值 temp = 0; for(i=5; i<25; i++) { temp += buffer[i]; } temp = (uint)(((float)temp) / 20 + 0.5); return(temp); } uint AD_Filter()//功 能: 進行AD采集30次，并進行濾波處理 { uint Date_Buffer[30] = {0}, temp; uchar i; for(i=0; i<30; i++) { Date_Buffer[i] = AD_Change(); Delay(1); //延時1毫秒采集一次。這里可以根據(jù)工作需要調(diào)整時間。 } temp = Average(Date_Buffer); return(temp); } 室內(nèi)外空氣質(zhì)量濃度及室外溫度數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系處理程序： if(j >= 120&&j1<=120&&num==0) { num++; pwm0=0; pwm1=0; pwm2=1; pwm5=1; Delay(15);// pwm0=1; pwm1=1; } else if(temp>=16&&temp<=23&&num==0) { num++; pwm0=0; pwm1=0; pwm2=1; pwm5=1; Delay(15);// pwm0=1; pwm1=1; } else if(num!=0&&j<120&&&j1<120&&(temp<16||temp>24)) { num=0; pwm0=1; pwm1=1; pwm2=0; pwm5=0; Delay(15);// pwm2=1; pwm5=1; } pwm0=1; pwm1=1; pwm2=1; pwm5=1; } DS18B20讀寫源代碼： uchar read_byte(void)//功能 : 從DS18B20讀一個字節(jié) { uchar i,m,receive_data; m = 1; receive_data = 0; for(i=0; i<8; i++) { if(read_bit()) { receive_data = receive_data + (m << i); } delay1(6); } return(receive_data); } void write_byte(uchar val)//功能 : 向DS18B20寫一個字節(jié) { uchar i,temp; for(i=0; i<8; i++) { temp = val >> i; temp = temp & 0x01; write_bit(temp); delay1(5); } } 三、產(chǎn)品的創(chuàng)意創(chuàng)新 3.1產(chǎn)品理念創(chuàng)新 通過融合傳感器智能檢測技術(shù)、單片機數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、繼電器控制技術(shù)以及通風(fēng)設(shè)備控制技術(shù)等多項先進技術(shù)，完全實踐了“科技引領(lǐng)生活，綠色攜手健康”的設(shè)計理念。 3.1.1產(chǎn)品人性化設(shè)計理念突出 設(shè)置了春夏秋冬四種運行模式、電動與手動輕松切換的功能。 3.2產(chǎn)品原理創(chuàng)新 3.2.1室內(nèi)通風(fēng)的“智能化、自動化” 通過實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來綜合判斷是否達(dá)到通風(fēng)條件，并自動協(xié)調(diào)控制窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備，促使室內(nèi)外空氣流通，達(dá)到有效消除室內(nèi)空氣污染，保障人體健康的目的。 3.2.2設(shè)置優(yōu)先級 由于產(chǎn)品在實際應(yīng)用中會遇到多種影響空氣質(zhì)量的因素，而難以評定在何種條件下室內(nèi)外空氣質(zhì)量是否良好，即單片機如何判斷通風(fēng)條件。 為有效解決這一問題，我們引入了“設(shè)置空氣質(zhì)量因素優(yōu)先級”這一概念，設(shè)置優(yōu)先級判定指令，由單片機高效開展空氣質(zhì)量智能分析工作，進一步智能控制空氣流通設(shè)備。 3.3選材創(chuàng)新 3.3.1采用集成電路或芯片 內(nèi)部多采用體積較小的集成電路或芯片組成，不僅檢測速度快而且準(zhǔn)確，同時還具有智能分析、處理、控制的特點，性能可靠且耐用。 產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于公司辦公室、家庭、工廠、賓館、車間等。 3.3.2綠色環(huán)保，節(jié)能健康 本產(chǎn)品主要是依靠促使室內(nèi)外空氣自然流通來達(dá)到改善室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況的目的。因此與傳統(tǒng)的人為制造室內(nèi)“新鮮”空氣的通風(fēng)設(shè)備相比具有自然健康、綠色環(huán)保、能耗低、成本小、應(yīng)用廣的優(yōu)點，能有效解決室內(nèi)空氣污染問題，為大家創(chuàng)造一個好的生活環(huán)境。 四、產(chǎn)品實驗檢測評估 4.1產(chǎn)品實驗測試步驟 1、第一步，接入電源。 在電源開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時給產(chǎn)品通入5V直流電壓，在確保電源正負(fù)極連接正確的情況下按下電源開關(guān)。 2、第二步，檢測開窗動作。 接通電源后，傳感器即開始檢測，如果此時檢測到的室外溫度處于16℃-23℃（包括這兩個數(shù)值）之間時，相應(yīng)的繼電器觸點閉合，機電執(zhí)行器模塊開始執(zhí)行開窗動作。 延時500ms后，繼電器觸點斷開，開窗動作執(zhí)行完畢。本實驗步驟成功驗證了本作品實現(xiàn)了智能監(jiān)測分析室外溫度的功能； 3、第三步，檢測關(guān)窗動作。 在開窗動作完成后，通過降低室外溫度（酒精擦拭DS18B20）或升高室外溫度（用手捏緊DS18B20），當(dāng)溫度值小于16℃或大于24℃時，與關(guān)窗動作相應(yīng)的繼電器觸點閉合，機電執(zhí)行器模塊開始執(zhí)行關(guān)窗動作，延時500ms后，繼電器觸點斷開，關(guān)窗動作執(zhí)行完畢。本實驗步驟成功驗證了本作品實現(xiàn)了智能監(jiān)測控制室內(nèi)溫度的功能； 4、第四步，檢測氣體傳感器的控制功能。 當(dāng)1602液晶屏上顯示的室外空氣質(zhì)量濃度大于1.20mg/m3時（此數(shù)值經(jīng)過多次實驗測得。室外空氣質(zhì)量不佳，不宜開窗），此時若檢測到窗戶處于關(guān)閉狀態(tài)不執(zhí)行任何動作，否則執(zhí)行關(guān)窗動作； 當(dāng)室外信號電壓值小于1.20mg/m3時（室外空氣成分正常），室內(nèi)信號電壓值小于1.20mg/m3時（室內(nèi)空氣成分正常），保持當(dāng)前狀態(tài)（窗戶的打開和關(guān)閉狀態(tài)保持）； 當(dāng)室外信號電壓值小于1.20mg/m3時（室外空氣成分正常），而室內(nèi)信號電壓值大于等于1.20mg/m3時，此時無論室外溫度值是多少，機電執(zhí)行器模塊都執(zhí)行開窗動作。 本實驗步驟成功驗證本作品實現(xiàn)了智能檢測并對比分析室內(nèi)外的空氣質(zhì)量，進而實現(xiàn)智能控制室內(nèi)空氣質(zhì)量以及顯示檢測結(jié)果的功能，同時也說明煙霧檢測優(yōu)先級最高； 5、第五步，檢測手動開關(guān)動作。 接通電源后，摁下手動開按鈕執(zhí)行開窗動作，同時發(fā)綠光的二極管點亮；摁下手動關(guān)按鈕執(zhí)行關(guān)窗動作，發(fā)藍(lán)光的二極管點亮。本實驗步驟成功驗證本作品實現(xiàn)了自主操作的功能。 4.2產(chǎn)品實驗測試步驟圖解 1.第一步，接入電源。 圖為給系統(tǒng)正確通入5V直流電壓 圖為用手指給溫度傳感器加熱 2.第二步檢測開窗動作。 圖為機電執(zhí)行器模塊執(zhí)行開窗動作 3.第三步檢測關(guān)窗動作。 在開窗動作完成后，通過降低室外溫度（酒精擦拭DS18B20）或升高室外溫度。 圖為機電執(zhí)行器模塊執(zhí)行關(guān)窗動作 4.第四步檢測氣體傳感器的控制功能。 圖為系統(tǒng)檢測室內(nèi)外氣體質(zhì)量畫面 室外氣體傳感器檢測到煙霧信號，單片機發(fā)送指令智能控制窗戶關(guān)閉。 室內(nèi)氣體傳感器檢測到煙霧信號，單片機發(fā)送指令智能控制窗戶打開。 5.第五步，檢測手動開關(guān)動作。 自動檢測 手動開窗 手動關(guān)窗 接通電源后，摁下發(fā)綠光二極管下方的開關(guān)執(zhí)行開窗動作；摁下發(fā)藍(lán)光二極管下方的開關(guān)時執(zhí)行關(guān)窗動作。（未與繼電器連接）本實驗步驟成功驗證本作品實現(xiàn)了自主操作的功能。 4.3產(chǎn)品實驗測試結(jié)果分析 本作品經(jīng)過200次試驗，以96.33%的成功率驗證證實本作品工作性能達(dá)到了預(yù)期設(shè)計要求，實現(xiàn)了智能檢測、對比分析室內(nèi)外溫度、氣體濃度的功能，并根據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)了自動控制窗戶的開與關(guān)。 室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)研究報告 一、前言 1.1研究背景 建筑物通風(fēng)不良、建筑的裝飾裝修、各類室內(nèi)化學(xué)用品的增多、建筑物維護和使用不善，以及人們不良生活習(xí)慣等諸多因素造成的室內(nèi)環(huán)境污染已經(jīng)成為21世紀(jì)人類社會面臨的新環(huán)境問題。特別是非典、禽流感、甲型H1N1等流行病帶來的影響，使得室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和公眾健康成為人們倍加關(guān)注的重要問題。 而當(dāng)前國內(nèi)室內(nèi)通風(fēng)市場主流的產(chǎn)品理念如“雙向換新風(fēng)”、“AIP電離凈化”、“健康負(fù)離子”等功能都是通過使用高電壓將空氣進行電離，負(fù)離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負(fù)離子等手段來人為制造室內(nèi)的“新鮮”空氣，但由此產(chǎn)生的電磁輻射、室內(nèi)空氣高氧化、能耗高等問題又會給人類健康和環(huán)境保護帶來新的威脅。 由我們所研究的“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”力圖通過設(shè)計開發(fā)一套全新的室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來智能控制室內(nèi)外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質(zhì)的室內(nèi)空氣質(zhì)量的需求，倡導(dǎo)健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質(zhì)生活。 1.2研究的意義和目的 1.2.1研究目的 流通本項目力圖通過設(shè)計開發(fā)一套全新的基于“實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來控制室內(nèi)外空氣自然流通”理念的室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到有效消除室內(nèi)空氣污染，促進人體健康的目的。 1.2.2研究意義 1.本項目與現(xiàn)行主流的制造室內(nèi)“新鮮”空氣的理念不同，不會產(chǎn)生諸如室內(nèi)電磁輻射高、室內(nèi)空氣高氧化、家電使用能耗高等影響人類健康和環(huán)境保護方面的隱性問題； 2.本項目為我國智能家居的研發(fā)方向提出了一條新的發(fā)展思路，對于促進我國社區(qū)智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高人民生活水平，改善室內(nèi)空氣質(zhì)量等方面，具有長遠(yuǎn)的經(jīng)濟效益和社會效益。 二、課題簡介和研究方法 2.1課題簡介 2.1.1本課題的來源 本課題為河南省黃淮學(xué)院大學(xué)生科研立項校級立項項目，校電子科學(xué)與工程系對該項目的研制和調(diào)試方面的工作給予了大力支持。 2.1.2課題綜述 本課題是與現(xiàn)行主流的制造室內(nèi)“新鮮”空氣的理念（如利用高電壓將空氣電離，使用負(fù)離子發(fā)生器制造負(fù)離子等）不同，而是全新的基于“實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來控制室內(nèi)外空氣自然流通”理念開發(fā)設(shè)計的一套室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)； 通過融合傳感器智能檢測技術(shù)、單片機數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、繼電器控制技術(shù)以及通風(fēng)設(shè)備控制技術(shù)等多項先進技術(shù)，完全實踐了“科技引領(lǐng)生活，綠色攜手健康”的設(shè)計理念。 本產(chǎn)品通過氣體檢測模塊實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況，包括溫度、煙霧濃度、濕度、二氧化碳濃度、一氧化碳濃度、甲醛濃度等影響室內(nèi)空氣質(zhì)量狀況的因素，進而由單片機進行檢測結(jié)果的分析、處理，并由通風(fēng)升降溫設(shè)備等執(zhí)行單片機發(fā)出的處理信息。 2.2研究方法 2.2.1文獻(xiàn)分析法 據(jù)相關(guān)研究表明，經(jīng)常開窗通風(fēng)換氣，可增加室內(nèi)空氣中負(fù)離子的含量，減少有害氣體對人體的危害。開窗10分鐘后，就能把一間80平方米的房間的空氣換一遍；陽光還可直接射入室內(nèi)，其中的紫外線有消毒殺菌的作用，可減少居室內(nèi)的病菌量，因此，窗戶的開與關(guān)是室內(nèi)通風(fēng)有效進行的重要環(huán)節(jié)。 據(jù)相關(guān)研究機構(gòu)調(diào)查表明，目前窗戶的開與關(guān)主要有三類情形： （1）在少部分具有開窗意識的人群中，占絕大多數(shù)是根據(jù)自己主觀感覺判斷室內(nèi)外空氣狀況是否適合開窗； （2）還有部分具有開窗意識的人群，不管室外空氣狀況如何，只要不刮風(fēng)下雨，就打開窗戶； （3）忙碌的上班族，根本沒有開窗意識，室內(nèi)窗戶常年不開。但即使是情形（1），也存在著無法探知室外空氣中粉塵、無味有毒污染氣體等潛在的污染物，或者遭遇氣象條件突變無法及時關(guān)閉窗戶從而造成室內(nèi)空氣不但沒有改善反而污染加重的現(xiàn)象。 2.2.2資料收集法 借助學(xué)校圖書館、互聯(lián)網(wǎng)的獨特而豐富的資源優(yōu)勢，收集各方面關(guān)于室內(nèi)各種氣體檢測的方法和相關(guān)資料。并將對本系統(tǒng)開發(fā)有用的信息加以整理、改進、實驗，最后實現(xiàn)實際應(yīng)用，并將相關(guān)的說明性資料以文本形式加以引用。 2.2.3模型試驗法 運用已掌握的知識，先制作出智能系統(tǒng)局部的單元模塊，對所做出的模塊進行調(diào)試，使其能實現(xiàn)預(yù)期的功能。模塊預(yù)期功能的實現(xiàn)對所研究的智能系統(tǒng)有重大的指導(dǎo)意義。 2.2.4問卷調(diào)查法 1.調(diào)查目的：通過調(diào)查來了解此研究的實際可行性 2.調(diào)查任務(wù)：通過問卷調(diào)查的方式進行，為力爭實現(xiàn)比較全面的反映出社會各階層對本系統(tǒng)的觀點和看法的目標(biāo)，保證本調(diào)查的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，我們的調(diào)查對象十分廣泛，主要為黃淮學(xué)院建筑設(shè)計院、駐馬店市逸泉置業(yè)、駐馬店市藍(lán)天裝飾公司、駐馬店市小區(qū)居民、黃淮學(xué)院電子科學(xué)與工程系、建筑工程系、護理系等系專業(yè)老師、高校在校生等。調(diào)查完畢后，我們將調(diào)查結(jié)果以數(shù)據(jù)和圖表的形式加以統(tǒng)計、分析、處理，繼而以此調(diào)查結(jié)果分析所研究的智能窗戶通風(fēng)系統(tǒng)的實際可行性。 3.調(diào)查時間：2010年10月—2011年2月 4.調(diào)查地點：駐馬店地區(qū) 5.調(diào)查對象：黃淮學(xué)院建筑設(shè)計院、駐馬店市逸泉置業(yè)、駐馬店市藍(lán)天裝飾公司、駐馬店市小區(qū)居民、黃淮學(xué)院電子科學(xué)與工程系、建筑工程系、護理系等系專業(yè)老師、高校在校生等 6.調(diào)查對象職業(yè)范圍：相關(guān)專業(yè)老師、保健醫(yī)師、學(xué)生、工人、公司職員等 7.問卷來源：團隊成員和相關(guān)專業(yè)老師共同參與問卷的設(shè)計 8.編制依據(jù)：本智能通風(fēng)系統(tǒng)的市場需求分析 三、研究內(nèi)容 3.1問卷調(diào)查 室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)的市場價值，為此我們專門作了關(guān)于室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)市場需求的問卷調(diào)查； 3.2傳感器檢測模塊的設(shè)計開發(fā)工作 3.3監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析處理技術(shù) 3.4智能控制程序的編寫開發(fā) 3.5機電執(zhí)行器模塊的制作和調(diào)試 3.6模型的設(shè)計和調(diào)試工作 四、研究步驟及過程 4.1研究原則 本課題總體是按照先易后難的原則開展研究工作的，并嚴(yán)格執(zhí)行“自然健康、綠色環(huán)保、能耗低、成本小、應(yīng)用廣”的設(shè)計原則，追求作品健康、節(jié)能、環(huán)保、智能的特性。 4.2研究步驟 1.課題首先進行智能檢測對比分析室內(nèi)外溫度的溫度測控模塊的研究工作； 2.開發(fā)了由室內(nèi)外煙霧濃度對比分析檢測的煙霧測控模塊和室內(nèi)可燃性氣體智能測控模塊； 3.設(shè)計開發(fā)出了繼電器控制模塊，用來接收單片機發(fā)過來的控制指令，并向機電執(zhí)行器模塊發(fā)出控制命令，控制通風(fēng)系統(tǒng)的開閉； 4.將各個模塊整合在一起由單片機統(tǒng)一控制，并將相應(yīng)模塊設(shè)立為高優(yōu)先級，進而形成一套完整的系統(tǒng)； 5.擴展系統(tǒng)的控制范圍使之包括風(fēng)扇、空調(diào)、換氣扇等室內(nèi)通風(fēng)設(shè)備，進而形成一套功能完備、健康環(huán)保的智能家居。 4.3研究的預(yù)期目標(biāo) 1.撰寫完成“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”研究報告； 2.撰寫完成并發(fā)表關(guān)于“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”專業(yè)論文； 3.撰寫完成關(guān)于“室內(nèi)空氣自動通風(fēng)系統(tǒng)”的創(chuàng)業(yè)計劃書； 4.設(shè)計完成并調(diào)試成功“室內(nèi)空氣自動通風(fēng)系統(tǒng)”的樣品模型。 五、研究結(jié)果和分析 5.1研究結(jié)果 5.1.1問卷調(diào)查方面 通過對駐馬店地區(qū)消費市場的隨機抽樣調(diào)查分析，主要得出以下三條結(jié)論： 空氣質(zhì)量調(diào)查 產(chǎn)品意義調(diào)查 1.據(jù)問卷調(diào)查顯示，16%的受訪者表示居住區(qū)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量較差，高達(dá)67%的受訪者表示居住區(qū)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量一般。他們迫切希望自己現(xiàn)在居住環(huán)境的空氣質(zhì)量得到改善。僅17%的受訪者表示居住區(qū)周邊環(huán)境空氣質(zhì)量良好。 2.據(jù)產(chǎn)品意義問卷調(diào)查分析顯示，67%的受訪者表示本系統(tǒng)的研發(fā)工作非常有意義，10%的受訪者表示具有重大意義，顯示了本系統(tǒng)的研發(fā)具有良好的社會價值。 產(chǎn)品市場前景調(diào)查 3.據(jù)產(chǎn)品購買欲調(diào)查分析顯示，高達(dá)78%的受訪者表示如果本系統(tǒng)研發(fā)成功并進入市場，他們會考慮購買本產(chǎn)品，顯示出本系統(tǒng)的研發(fā)具有重大的市場價值。 5.1.2實驗結(jié)果 本作品經(jīng)過50次試驗，以93.33%的成功率驗證證實本作品工作性能達(dá)到了預(yù)期設(shè)計要求，實現(xiàn)了智能檢測、對比分析室內(nèi)外溫度、氣體濃度的功能，并根據(jù)分析結(jié)果實現(xiàn)了自動控制窗戶的開與關(guān)。 5.2研究成果 1.完成了對“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)市場需求”的問卷調(diào)查（共發(fā)放問卷1000份，其中有效問卷達(dá)895份），并完成了對調(diào)查結(jié)果的統(tǒng)計分析。 據(jù)我們的調(diào)查顯示：有83%的受訪者表示自己生活、工作環(huán)境的空氣質(zhì)量不好，有70%的受訪者表示愿意嘗試改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的產(chǎn)品，表明本產(chǎn)品具有良好的社會應(yīng)用價值和市場價值； 2.已成功完成智能通風(fēng)系統(tǒng)核心傳感器電路圖、單片機軟件程序的設(shè)計開發(fā)、單片機硬件部分的焊接與調(diào)試以及主要驅(qū)動機構(gòu)等核心部件的設(shè)計以及模型制作工作； 3.在設(shè)計中積極采納了黃淮學(xué)院建筑設(shè)計院、保健醫(yī)師等專業(yè)老師關(guān)于窗戶設(shè)計、室內(nèi)空氣流通和人體適宜的室內(nèi)空氣質(zhì)量等方面的意見，使得本系統(tǒng)的設(shè)計方案更加具有科學(xué)性、實用性。 5.3研究成果的作用和價值 1.課題研究成果實現(xiàn)了“實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來控制室內(nèi)外空氣自然流通”的設(shè)計理念，通過對窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備和空調(diào)等升降溫設(shè)備的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，讓具有“科技引領(lǐng)生活，綠色攜手健康”理念的智能家居變成了現(xiàn)實； 2.課題研究成果可被各大型家電生產(chǎn)廠家采用，從而轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用的產(chǎn)品； 3.通過產(chǎn)品的應(yīng)用推廣，本系統(tǒng)將極大地改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，達(dá)到促進人體健康的目的，進而產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 隨著我國社會工業(yè)化進程不斷推進，室內(nèi)空氣污染問題越來越嚴(yán)重，嚴(yán)重地侵害了人類健康，引起了公眾的特別關(guān)注。 我們研究的“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”，通過實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來智能控制室內(nèi)外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質(zhì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的需求，倡導(dǎo)健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質(zhì)生活。 創(chuàng)新點： 1.產(chǎn)品人性化設(shè)計理念。設(shè)置了春夏秋冬四種工作運行模式、電動與手動輕松切換的功能。 2.室內(nèi)通風(fēng)的“智能化、自動化”。高精度、自動檢測?！笆覂?nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”通過實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來自動判斷是否達(dá)到合適通風(fēng)條件。 3.設(shè)置優(yōu)先級。多方位、智能調(diào)控。根據(jù)不同的環(huán)境因素對窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備進行智能協(xié)調(diào)控制，保證空氣質(zhì)量。 4.采用集成電路和芯片。低耗能、操作簡便、環(huán)保健康,適用范圍廣。 5.綠色環(huán)保，節(jié)能健康。 本項目的技術(shù)關(guān)鍵 1.傳感器檢測模塊的設(shè)計開發(fā)； 2.單片機對監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析處理； 3.智能控制程序的編寫； 4.模型的設(shè)計和調(diào)試工作； 5.機電執(zhí)行器模塊的設(shè)計與調(diào)試等。 主要技術(shù)指標(biāo) 1.“室內(nèi)空氣質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)”需接上5V直流電源； 2.實時監(jiān)測對比分析室內(nèi)外空氣質(zhì)量狀況； 3.智能控制窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備開與關(guān)； 4.室內(nèi)外空氣質(zhì)量檢測結(jié)果的數(shù)字化顯示； 5.設(shè)置了春夏秋冬四種運行模式； 6.電動與手動控制輕松切換；
科學(xué)性、先進性
- 一、現(xiàn)行的室內(nèi)“新鮮”空氣制造的原理，大多是通過使用高電壓將空氣進行電離，由負(fù)離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負(fù)離子等手段來制造“新鮮”空氣。例如市場流行的“雙向換新風(fēng)”、“AIP電離凈化”、“健康負(fù)離子”空氣制造設(shè)備等。 但由此原理工作的設(shè)備產(chǎn)生高電磁輻射、室內(nèi)空氣高氧化、能耗高等問題又會給人類健康和環(huán)境保護帶來新的威脅。 二、 本系統(tǒng)通過實時監(jiān)測室內(nèi)外空氣狀況來判斷是否達(dá)到通風(fēng)條件。智能協(xié)調(diào)控制窗戶、風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備的開與關(guān)，進而促使室內(nèi)外空氣自然流通，具有自然健康、綠色環(huán)保、能耗低、成本小、應(yīng)用廣的優(yōu)點
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本項目被評為黃淮學(xué)院校級科研項目優(yōu)秀成果獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)讓或技術(shù)授權(quán)方式
作品可展示的形式
- ■模型 ■現(xiàn)場演示 ■圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 一、 使用說明簡介如下： 1.在電源開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時給產(chǎn)品通入5V直流電壓，在確保電源正負(fù)極連接正確的情況下按下電源開關(guān)。 2.檢測開窗動作，如果此時檢測到室外溫度處于16℃-23℃（包括這兩個數(shù)值）之間時，與開窗動作相應(yīng)的繼電器觸點閉合，機電執(zhí)行器模塊執(zhí)行開窗動作。 3.檢測關(guān)窗動作，當(dāng)溫度值小于16℃或大于23℃時，與關(guān)窗動作相應(yīng)的繼電器觸點閉合，機電執(zhí)行器模塊開始執(zhí)行關(guān)窗動作。 4.檢測氣體傳感器的控制功能 5.檢測手動開關(guān)動作 二、本產(chǎn)品實現(xiàn)了室內(nèi)空氣質(zhì)量智能分析處理、智能控制、檢測結(jié)果數(shù)字顯示等功能，具有綠色環(huán)保，節(jié)能減排，功能強大，設(shè)計先進等眾多技術(shù)優(yōu)點。 三、我們做的對于本產(chǎn)品市場預(yù)估價為350元。 問卷調(diào)查顯示：有83%的受訪者表示自己生活、工作環(huán)境的空氣質(zhì)量不好，有70%的受訪者表示愿意嘗試改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的產(chǎn)品，表明本產(chǎn)品具有良好的社會價值和市場價值。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前國內(nèi)室內(nèi)通風(fēng)市場主流產(chǎn)品實現(xiàn)“雙向換新風(fēng)”、“AIP電離凈化”、“健康負(fù)離子”等功能是通過使用高電壓將空氣進行電離，負(fù)離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負(fù)離子等手段來人為制造室內(nèi)“新鮮”空氣。 但由此產(chǎn)生的電磁輻射、室內(nèi)空氣高氧化、能耗高等問題又會給人類健康和環(huán)境保護帶來新的威脅。
