基于树莓派与yeelink平台的智能空气净化器

张宇翔，黄茂云，顾海军

（江苏省徐州市中国矿业大学徐海学院 江苏 徐州 221008）

1 引言

随着中国城镇化、工业化程度的不断加深以及当前室内化学装修用品的增多，使得室内pm2.5，甲醛等含量超标。因此，本文从理论和实践方面相互结合设计了一种智能化空气净化器系统，来帮助改善室内空气质量。并以目前市面上出现的空气净化器作为基础，然后设计一款集空气净化显示和控制于一体的硬件设备，并基于物联网技术设计并开发出一种可行的软件方案来达到可以有效的改善室内空气质量的目的。

2 硬件部分

2.1 树莓派

本文是以树莓派2代B型作为上位机，树莓派是由英国的慈善组织“Raspberry Pi基金会”开发的，一开始作为价格低廉的卡片电脑给学生计算机编程设计的。树莓派的本质是基于Linux操作系统，其优点是接口多并且可操作性强，所以树莓派在物联网和自动控制系统方面有着很大用处。

2.2 激光型pm2.5传感器

针对市面上出现的空气净化器，了解到有激光型和红外型，对于这两种传感器进行分析。红外型不能灵敏采集空气中 PM2.5浓度值。激光型将频谱窄并且能量强的激光作为光源，从而能灵敏采集空气中PM2.5浓度值。因此选用激光型的传感器可以精确地检测当前室内中的空气质量。激光型PM2.5传感器读取到值后与上位机的数据进行比较，从而通过树莓派的各个接口来自动控制不同继电器的转化，达到电机转速的自动调整的目的。此外还将温湿度传感器等传感器加入到该设备中，可以将当前室内中pm2.5，温湿度以及甲醛含量显示出来。

2.3 温湿度模块

该模块的传感器采用DHT11可以检测周围环境的温度和湿度且湿度测量范围：20%～95%，温度测量范围：0度～50度，传感器的工作电压3.3V～5V并且以数字形式输出。其中VCC外接3.3V～5V；GND外接GND；DO小板开关数字量输出接口接树莓派IO口

2.4 电机驱动模块

该设计中电机驱动模块选用了继电器配合电容来控制空气净化器的电机转动，该继电器模块模块采用了贴片光耦隔离，具有稳定性好驱动力强的优点。并且可容错，控制线即使断开，继电器不会动作。高低电平触发选择端：S1-S4依次为继电器高低电平触发选择的4路。低电平触发：对应的com与low端短接，高电平触发：com与high端短接。

3 设备的主要研究方面

3.1 硬件系统平台搭建

本设计将采用树莓派作为上位机。通过配置系统并和外部多种传感器相连接方便后期数据采集。根据读取到的PM2.5 浓度，用树莓派的不同接口配合继电器来实现自动调节电机转速的目的，从而让空气从滤网中过滤，可以智能化的对空气进行自动净化。并且采用LCD1602液晶显示屏模块，可以直接将当前空间中PM2.5的浓度、温湿度显示在液晶屏幕上。如图1所示为该设计的流程图。

图1 所示为该设计的流程图

由图1可知智能化空气净化器系统通过PM2.5传感器采集室内PM2.5浓度数据，然后上位机通过采集到的PM2.5数据进行分析判断，并控制空气净化器的输出档位，以达到最佳空气净化和节能的效果，最后wifi模块将采集的PM2.5数据上传给物联网云平台，以达到实时监控的目的。

3.2 数据采集和利用

此设计是通过编程技术，将Raspberry Pi强大的数据处理功能加以利用，对传感器上传数据进行分类记录。一方面可以实时作为监测数据输出显示，同时也奠定了智能控制的数据基础。将激光型pm2.5传感器与继电器通过树莓派的GPIO接口相连，传感器获取的数据读取并传到上位机中，继而通过电机状态来控制空气净化器的继电器的开／关来控制。该设计采用4路5V继电器模块光耦隔离，并将电机分为4个档位，其中PM2.5＞301强风档；PM2.5＞201 中风档；PM2.5＞101弱风档；PM2.5＞0低风档。

3.3 智能控制方法的实现

利用Raspberry Pi配合外部控制器，以采集的数据作为基础，设计一套高效率的控制流程以实现空气净化器的智能自动控制，即自动识别室内空气质量的优良程度并自动地调整工作强度。

3.4 与移动平台互联

为满足物联网和智能家居的需要，该设备可以与yeelink实现信息互传，可以让用户通过网页或者手机APP在线实时监控当前室内中空气质量。在移动设备上开发客户端用于实现对控制系统的远程连接，数据监测以及状态控制等功能。如图2所示为互联网平台读取的数据。

图2 所示为互联网平台读取的数据

4 结语

该设计是基于树莓派的高性能系统作为上位机，通过PM2.5传感器实时读取室内中的PM2.5含量上传到上位机中，实时检测数据并通过继电器的不同档位自动对空气净化器进行控制。经实验验证，该设计可在90秒内迅速将小范围空气PM2.5的值下降到正常值。

此外通过yeelink平台可以使智能移动设备配合客户端，实现对空气净化器远程连接，实时监测室内PM2.5/PM10浓度以及甲醛含量；并进行智能控制及运行状态查看，工作状态记录等功能。

利用此系统基本可以满足用户对空气净化器无线控制、智能控制的需要，并且可以对室内空气质量以及空气净化效果实时查看，更好地帮助家人和朋友抵御雾霾、甲醛对身体的侵害。同时此设计进过扩展改进后也可广泛应用于医院、商场、写字楼及厂房等多种室内环境中，具有良好的商业前景。

[1]汤云峰.空气净化器智能化系统的设计与实现.

[2]崔燕燕.智能空气净化器项目开发中的交互设计与实现.

[3]霍昕泽.基于树莓派的智能监控系统 现代工业经济和信息化2017年11期.