基本信息
- 項目名稱：
- 室內空氣質量智能監(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空氣污染已經成為21世紀人類社會面臨的新環(huán)境問題。 由我們所研究的“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)”力圖通過設計開發(fā)一套全新的室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測室內外空氣狀況來智能控制室內外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質的室內空氣質量的需求，倡導健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質生活。
- 詳細介紹：
- 室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)產品說明 一、前言 建筑物通風不良、建筑的裝飾裝修、建筑物維護和使用不善、各類室內化學用品的增多以及人們不良生活習慣等諸多因素造成的室內空氣污染已經成為21世紀人類社會面臨的新環(huán)境問題。 當前國內室內通風市場主流產品實現(xiàn)“雙向換新風”、“AIP電離凈化”、“健康負離子”等功能是通過使用高電壓將空氣進行電離，負離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負離子等手段來人為制造室內“新鮮”空氣。 但由此產生的電磁輻射、室內空氣高氧化、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“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)”力圖通過設計開發(fā)一套全新的室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測室內外空氣狀況來智能控制室內外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質的室內空氣質量的需求，倡導健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質生活。 二、產品功能 1.實現(xiàn)實時監(jiān)測對比分析室內外空氣質量狀況的功能； 2.實現(xiàn)智能控制窗戶、風扇等通風設備開與關的功能； 3.實現(xiàn)數(shù)字顯示室內外空氣質量檢測結果的功能； 4.設置春夏秋冬四種運行模式，人性化設計突出； 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，設計先進等眾多技術優(yōu)點。 三、用途及使用范圍 本產品可廣泛應用于公司辦公室、家庭、賓館、工廠、車間等生活和辦公場所。 四、市場前景 據(jù)問卷調查顯示：16%的受訪者表示居住區(qū)周邊空氣質量較差，高達67%受訪者表示居住區(qū)周邊空氣質量一般。他們迫切希望自己現(xiàn)在居住環(huán)境的空氣質量得到改善。 同時，高達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 產品機電執(zhí)行器示意圖 產品系統(tǒng)模型解析圖 六、產品參數(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 用戶應用程序空間32K 室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)模型介紹 一、產品介紹 1.1產品功能闡述 本系統(tǒng)通過實時監(jiān)測室內外空氣狀況來判斷是否達到通風條件。自動協(xié)調控制窗戶、風扇等通風設備的開與關，進而促使室內外空氣自然流通。 1.1.1室內外空氣質量自動檢測及分析處理功能 本作品在對室內外空氣質量的自動檢測的設計上采用了DS18B20溫度傳感器、MQ-2氣體傳感器以及90C516單片機。 在室內外溫度的檢測功能上產品采用了精度高、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。 在檢測室內氣體質量的濃度方面，產品采用了可檢測多種可燃性氣體，在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好靈敏度的MQ-2氣體傳感器。它能夠很好地反映室內外空氣質量，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|量信息，經過信息處理智能控制是否需要進行開關窗（扇）動作。通過檢測空氣質量、溫度等參數(shù)對比分析處理來進一步實現(xiàn)自動通風換氣等改善室內空氣質量的功能。 1.1.3系統(tǒng)軟件優(yōu)先級設置 本系統(tǒng)的軟件開窗部分共設立了三個高優(yōu)先級： 1、有害氣體濃度監(jiān)測模塊為最高優(yōu)先級 只要檢測到室內的有害氣體濃度達到一定的數(shù)值，即便室外空氣質量狀況不佳，也會立即產生報警器報警、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 傳感器檢測到室內的空氣質量狀況不佳，需要進行室內外的空氣流通，此時通過對比室內外的參數(shù)發(fā)現(xiàn)，室外的空氣質量狀況亦不佳，進行室內外的空氣流通無助于改善室內的空氣質量狀況時，也不會發(fā)出控制相應的通風升降溫設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 室外 16-23 <1.20 <1.20 開 <16或>23 <1.20 <1.20 關 ------- ≥1.20 <1.20 關 ------- <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)調配合工作，對于溫度測控模塊同樣設置了高優(yōu)先級。 以夏季為例，系統(tǒng)內置的溫度參數(shù)為早六點或晚十八點的一個小的溫度范圍（即系統(tǒng)認為此時的溫度適宜進行開窗換氣），當室外溫度達到這個范圍時，單片機發(fā)出開窗指令；當室外溫度不在這個范圍時，則窗戶關閉；當處于正午室內需要降溫時，不會出現(xiàn)通風與降溫設備動作不協(xié)調的情況發(fā)生。 1.1.4檢測結果數(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變?yōu)橄鄳臄?shù)字信號，并在1602液晶屏上加以顯示，從而不僅能夠達到智能控制室內外空氣流通的目的，而且還可以讓使用者隨時了解到自己所處室內環(huán)境的空氣質量狀況，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，同時增強了本產品在應對突發(fā)情況時的可靠性。 1.2數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖 二、產品工作原理 2.1工作原理概述 本產品通過系統(tǒng)CPU模塊智能分析控制的功能，自動控制驅動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)行其相應模塊的功能，達到自動協(xié)調控制窗戶、風扇等通風設備開與關，促使室內外空氣自然流通，有效消除室內空氣污染，促進人體健康的目的。 2.2電路組成 該產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。 全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內，使用極為方便且編程容易。 DS18B20將采集到的室外數(shù)字信號在單片機內部時鐘的控制下經IO口輸送到單片機內存中經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以實現(xiàn)自動打開窗戶和關閉窗戶的動作。 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對可燃氣體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?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轉換芯片)的數(shù)據(jù)輸入信號，經過一定的線性轉換關系轉換成室內外空氣質量的數(shù)值。 因此程序中我們設定當室外氣體（如煙霧）濃度比室內氣體（如煙霧）濃度高時無動作，而當室內氣體（如煙霧）濃度較高并且測得數(shù)據(jù)達到臨界值室即觸發(fā)相應的繼電器閉合從而帶動機電執(zhí)行模塊執(zhí)行相應的動作。 4、機電執(zhí)行器模塊 機電執(zhí)行器模塊 一般當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。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。模塊的核心是4個型號為PC817的光耦器。光耦的內部結構如下圖示： 光耦的1、2引腳分別為發(fā)光二極管的正負端，當發(fā)光二極管正向導通發(fā)光時激發(fā)右端三極管使其由截止狀態(tài)轉變?yōu)閷顟B(tài)。這樣就實現(xiàn)了自動開閉的目的。 本產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（反轉）。 本產品驅動窗戶開關的模塊為機電執(zhí)行器。 該執(zhí)行器主要由兩個5V繼電器、ULN2003達林頓管和直流電機組成。選擇達林頓管主要是控制和驅動繼電器的通斷。 當繼電器1通電時線圈閉合給直流電機1管腳通直流正電壓驅動直流電機正轉執(zhí)行開窗動作。同理，繼電器2通電閉合后直流電機反轉關閉窗戶。 該設計實現(xiàn)了直流電機自動正反轉的功能，能很容易控制窗戶的打開和關閉。 2.2.3編程代碼 TLC549AD轉換數(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)工作需要調整時間。 } temp = Average(Date_Buffer); return(temp); } 室內外空氣質量濃度及室外溫度數(shù)據(jù)的邏輯關系處理程序： 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、產品的創(chuàng)意創(chuàng)新 3.1產品理念創(chuàng)新 通過融合傳感器智能檢測技術、單片機數(shù)據(jù)分析處理技術、繼電器控制技術以及通風設備控制技術等多項先進技術，完全實踐了“科技引領生活，綠色攜手健康”的設計理念。 3.1.1產品人性化設計理念突出 設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產品原理創(chuàng)新 3.2.1室內通風的“智能化、自動化” 通過實時監(jiān)測室內外空氣狀況來綜合判斷是否達到通風條件，并自動協(xié)調控制窗戶、風扇等通風設備，促使室內外空氣流通，達到有效消除室內空氣污染，保障人體健康的目的。 3.2.2設置優(yōu)先級 由于產品在實際應用中會遇到多種影響空氣質量的因素，而難以評定在何種條件下室內外空氣質量是否良好，即單片機如何判斷通風條件。 為有效解決這一問題，我們引入了“設置空氣質量因素優(yōu)先級”這一概念，設置優(yōu)先級判定指令，由單片機高效開展空氣質量智能分析工作，進一步智能控制空氣流通設備。 3.3選材創(chuàng)新 3.3.1采用集成電路或芯片 內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。 產品可廣泛應用于公司辦公室、家庭、工廠、賓館、車間等。 3.3.2綠色環(huán)保，節(jié)能健康 本產品主要是依靠促使室內外空氣自然流通來達到改善室內空氣質量狀況的目的。因此與傳統(tǒng)的人為制造室內“新鮮”空氣的通風設備相比具有自然健康、綠色環(huán)保、能耗低、成本小、應用廣的優(yōu)點，能有效解決室內空氣污染問題，為大家創(chuàng)造一個好的生活環(huán)境。 四、產品實驗檢測評估 4.1產品實驗測試步驟 1、第一步，接入電源。 在電源開關處于關閉狀態(tài)時給產品通入5V直流電壓，在確保電源正負極連接正確的情況下按下電源開關。 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），當溫度值小于16℃或大于24℃時，與關窗動作相應的繼電器觸點閉合，機電執(zhí)行器模塊開始執(zhí)行關窗動作，延時500ms后，繼電器觸點斷開，關窗動作執(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)測控制室內溫度的功能； 4、第四步，檢測氣體傳感器的控制功能。 當1602液晶屏上顯示的室外空氣質量濃度大于1.20mg/m3時（此數(shù)值經過多次實驗測得。室外空氣質量不佳，不宜開窗），此時若檢測到窗戶處于關閉狀態(tài)不執(zhí)行任何動作，否則執(zhí)行關窗動作； 當室外信號電壓值小于1.20mg/m3時（室外空氣成分正常），室內信號電壓值小于1.20mg/m3時（室內空氣成分正常），保持當前狀態(tài)（窗戶的打開和關閉狀態(tài)保持）； 當室外信號電壓值小于1.20mg/m3時（室外空氣成分正常），而室內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外的空氣質量，進而實現(xiàn)智能控制室內空氣質量以及顯示檢測結果的功能，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；摁下手動關按鈕執(zhí)行關窗動作，發(fā)藍光的二極管點亮。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)檢測室內外氣體質量畫面 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閉。 室內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，檢測手動開關動作。 自動檢測 手動開窗 手動關窗 接通電源后，摁下發(fā)綠光二極管下方的開關執(zhí)行開窗動作；摁下發(fā)藍光二極管下方的開關時執(zhí)行關窗動作。（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產品實驗測試結果分析 本作品經過200次試驗，以96.33%的成功率驗證證實本作品工作性能達到了預期設計要求，實現(xiàn)了智能檢測、對比分析室內外溫度、氣體濃度的功能，并根據(jù)分析結果實現(xiàn)了自動控制窗戶的開與關。 室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)研究報告 一、前言 1.1研究背景 建筑物通風不良、建筑的裝飾裝修、各類室內化學用品的增多、建筑物維護和使用不善，以及人們不良生活習慣等諸多因素造成的室內環(huán)境污染已經成為21世紀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，使得室內環(huán)境質量和公眾健康成為人們倍加關注的重要問題。 而當前國內室內通風市場主流的產品理念如“雙向換新風”、“AIP電離凈化”、“健康負離子”等功能都是通過使用高電壓將空氣進行電離，負離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負離子等手段來人為制造室內的“新鮮”空氣，但由此產生的電磁輻射、室內空氣高氧化、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“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)”力圖通過設計開發(fā)一套全新的室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測室內外空氣狀況來智能控制室內外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質的室內空氣質量的需求，倡導健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質生活。 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計開發(fā)一套全新的基于“實時監(jiān)測室內外空氣狀況來控制室內外空氣自然流通”理念的室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)，達到有效消除室內空氣污染，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“新鮮”空氣的理念不同，不會產生諸如室內電磁輻射高、室內空氣高氧化、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)智能化產業(yè)發(fā)展，提高人民生活水平，改善室內空氣質量等方面，具有長遠的經濟效益和社會效益。 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院大學生科研立項校級立項項目，校電子科學與工程系對該項目的研制和調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“新鮮”空氣的理念（如利用高電壓將空氣電離，使用負離子發(fā)生器制造負離子等）不同，而是全新的基于“實時監(jiān)測室內外空氣狀況來控制室內外空氣自然流通”理念開發(fā)設計的一套室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)； 通過融合傳感器智能檢測技術、單片機數(shù)據(jù)分析處理技術、繼電器控制技術以及通風設備控制技術等多項先進技術，完全實踐了“科技引領生活，綠色攜手健康”的設計理念。 本產品通過氣體檢測模塊實時監(jiān)測室內外空氣狀況，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空氣質量狀況的因素，進而由單片機進行檢測結果的分析、處理，并由通風升降溫設備等執(zhí)行單片機發(fā)出的處理信息。 2.2研究方法 2.2.1文獻分析法 據(jù)相關研究表明，經常開窗通風換氣，可增加室內空氣中負離子的含量，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，其中的紫外線有消毒殺菌的作用，可減少居室內的病菌量，因此，窗戶的開與關是室內通風有效進行的重要環(huán)節(jié)。 據(jù)相關研究機構調查表明，目前窗戶的開與關主要有三類情形： （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，只要不刮風下雨，就打開窗戶； （3）忙碌的上班族，根本沒有開窗意識，室內窗戶常年不開。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閉窗戶從而造成室內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 借助學校圖書館、互聯(lián)網的獨特而豐富的資源優(yōu)勢，收集各方面關于室內各種氣體檢測的方法和相關資料。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)實際應用，并將相關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試，使其能實現(xiàn)預期的功能。模塊預期功能的實現(xiàn)對所研究的智能系統(tǒng)有重大的指導意義。 2.2.4問卷調查法 1.調查目的：通過調查來了解此研究的實際可行性 2.調查任務：通過問卷調查的方式進行，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，保證本調查的科學嚴謹性，我們的調查對象十分廣泛，主要為黃淮學院建筑設計院、駐馬店市逸泉置業(yè)、駐馬店市藍天裝飾公司、駐馬店市小區(qū)居民、黃淮學院電子科學與工程系、建筑工程系、護理系等系專業(yè)老師、高校在校生等。調查完畢后，我們將調查結果以數(shù)據(jù)和圖表的形式加以統(tǒng)計、分析、處理，繼而以此調查結果分析所研究的智能窗戶通風系統(tǒng)的實際可行性。 3.調查時間：2010年10月—2011年2月 4.調查地點：駐馬店地區(qū) 5.調查對象：黃淮學院建筑設計院、駐馬店市逸泉置業(yè)、駐馬店市藍天裝飾公司、駐馬店市小區(qū)居民、黃淮學院電子科學與工程系、建筑工程系、護理系等系專業(yè)老師、高校在校生等 6.調查對象職業(yè)范圍：相關專業(yè)老師、保健醫(yī)師、學生、工人、公司職員等 7.問卷來源：團隊成員和相關專業(yè)老師共同參與問卷的設計 8.編制依據(jù)：本智能通風系統(tǒng)的市場需求分析 三、研究內容 3.1問卷調查 室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)的市場價值，為此我們專門作了關于室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)市場需求的問卷調查； 3.2傳感器檢測模塊的設計開發(fā)工作 3.3監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析處理技術 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試 3.6模型的設計和調試工作 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，并嚴格執(zhí)行“自然健康、綠色環(huán)保、能耗低、成本小、應用廣”的設計原則，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外溫度的溫度測控模塊的研究工作； 2.開發(fā)了由室內外煙霧濃度對比分析檢測的煙霧測控模塊和室內可燃性氣體智能測控模塊； 3.設計開發(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，并將相應模塊設立為高優(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扇、空調、換氣扇等室內通風設備，進而形成一套功能完備、健康環(huán)保的智能家居。 4.3研究的預期目標 1.撰寫完成“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)”研究報告； 2.撰寫完成并發(fā)表關于“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)”專業(yè)論文； 3.撰寫完成關于“室內空氣自動通風系統(tǒng)”的創(chuàng)業(yè)計劃書； 4.設計完成并調試成功“室內空氣自動通風系統(tǒng)”的樣品模型。 五、研究結果和分析 5.1研究結果 5.1.1問卷調查方面 通過對駐馬店地區(qū)消費市場的隨機抽樣調查分析，主要得出以下三條結論： 空氣質量調查 產品意義調查 1.據(jù)問卷調查顯示，16%的受訪者表示居住區(qū)周邊環(huán)境空氣質量較差，高達67%的受訪者表示居住區(qū)周邊環(huán)境空氣質量一般。他們迫切希望自己現(xiàn)在居住環(huán)境的空氣質量得到改善。僅17%的受訪者表示居住區(qū)周邊環(huán)境空氣質量良好。 2.據(jù)產品意義問卷調查分析顯示，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。 產品市場前景調查 3.據(jù)產品購買欲調查分析顯示，高達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實驗結果 本作品經過50次試驗，以93.33%的成功率驗證證實本作品工作性能達到了預期設計要求，實現(xiàn)了智能檢測、對比分析室內外溫度、氣體濃度的功能，并根據(jù)分析結果實現(xiàn)了自動控制窗戶的開與關。 5.2研究成果 1.完成了對“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)市場需求”的問卷調查（共發(fā)放問卷1000份，其中有效問卷達895份），并完成了對調查結果的統(tǒng)計分析。 據(jù)我們的調查顯示：有83%的受訪者表示自己生活、工作環(huán)境的空氣質量不好，有70%的受訪者表示愿意嘗試改善室內空氣質量的產品，表明本產品具有良好的社會應用價值和市場價值； 2.已成功完成智能通風系統(tǒng)核心傳感器電路圖、單片機軟件程序的設計開發(fā)、單片機硬件部分的焊接與調試以及主要驅動機構等核心部件的設計以及模型制作工作； 3.在設計中積極采納了黃淮學院建筑設計院、保健醫(yī)師等專業(yè)老師關于窗戶設計、室內空氣流通和人體適宜的室內空氣質量等方面的意見，使得本系統(tǒng)的設計方案更加具有科學性、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)測室內外空氣狀況來控制室內外空氣自然流通”的設計理念，通過對窗戶、風扇等通風設備和空調等升降溫設備的系統(tǒng)協(xié)調控制，讓具有“科技引領生活，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廠家采用，從而轉化為實際應用的產品； 3.通過產品的應用推廣，本系統(tǒng)將極大地改善室內空氣質量，達到促進人體健康的目的，進而產生巨大的社會效益和經濟效益。
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設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 隨著我國社會工業(yè)化進程不斷推進，室內空氣污染問題越來越嚴重，嚴重地侵害了人類健康，引起了公眾的特別關注。 我們研究的“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)”，通過實時監(jiān)測室內外空氣狀況來智能控制室內外空氣的自然流通，進一步滿足公眾對真正優(yōu)質室內空氣質量的需求，倡導健康、環(huán)保、節(jié)能的高品質生活。 創(chuàng)新點： 1.產品人性化設計理念。設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.室內通風的“智能化、自動化”。高精度、自動檢測?！笆覂瓤諝赓|量智能監(jiān)控系統(tǒng)”通過實時監(jiān)測室內外空氣狀況來自動判斷是否達到合適通風條件。 3.設置優(yōu)先級。多方位、智能調控。根據(jù)不同的環(huán)境因素對窗戶、風扇等通風設備進行智能協(xié)調控制，保證空氣質量。 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。 本項目的技術關鍵 1.傳感器檢測模塊的設計開發(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.模型的設計和調試工作； 5.機電執(zhí)行器模塊的設計與調試等。 主要技術指標 1.“室內空氣質量智能監(jiān)控系統(tǒng)”需接上5V直流電源； 2.實時監(jiān)測對比分析室內外空氣質量狀況； 3.智能控制窗戶、風扇等通風設備開與關； 4.室內外空氣質量檢測結果的數(shù)字化顯示； 5.設置了春夏秋冬四種運行模式； 6.電動與手動控制輕松切換；
科學性、先進性
- 一、現(xiàn)行的室內“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，由負離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負離子等手段來制造“新鮮”空氣。例如市場流行的“雙向換新風”、“AIP電離凈化”、“健康負離子”空氣制造設備等。 但由此原理工作的設備產生高電磁輻射、室內空氣高氧化、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)測室內外空氣狀況來判斷是否達到通風條件。智能協(xié)調控制窗戶、風扇等通風設備的開與關，進而促使室內外空氣自然流通，具有自然健康、綠色環(huán)保、能耗低、成本小、應用廣的優(yōu)點
獲獎情況及鑒定結果
- 本項目被評為黃淮學院校級科研項目優(yōu)秀成果獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 知識產權轉讓或技術授權方式
作品可展示的形式
- ■模型 ■現(xiàn)場演示 ■圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 一、 使用說明簡介如下： 1.在電源開關處于關閉狀態(tài)時給產品通入5V直流電壓，在確保電源正負極連接正確的情況下按下電源開關。 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.檢測關窗動作，當溫度值小于16℃或大于23℃時，與關窗動作相應的繼電器觸點閉合，機電執(zhí)行器模塊開始執(zhí)行關窗動作。 4.檢測氣體傳感器的控制功能 5.檢測手動開關動作 二、本產品實現(xiàn)了室內空氣質量智能分析處理、智能控制、檢測結果數(shù)字顯示等功能，具有綠色環(huán)保，節(jié)能減排，功能強大，設計先進等眾多技術優(yōu)點。 三、我們做的對于本產品市場預估價為350元。 問卷調查顯示：有83%的受訪者表示自己生活、工作環(huán)境的空氣質量不好，有70%的受訪者表示愿意嘗試改善室內空氣質量的產品，表明本產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
- 當前國內室內通風市場主流產品實現(xiàn)“雙向換新風”、“AIP電離凈化”、“健康負離子”等功能是通過使用高電壓將空氣進行電離，負離子發(fā)生器向空氣中釋放大量負離子等手段來人為制造室內“新鮮”空氣。 但由此產生的電磁輻射、室內空氣高氧化、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。
