智能家居空气检测与调节系统

于明玖 吴朝辉 姬瑞桦

摘 要：随着人们生活质量的提高，对空气质量的关注度也随之变高，又加之政府方面对相关数据的要求，社会上智能家居良好发展趋势，我们打算打造一套智能家居空气质量监测与调节系统，来更好地营造智能健康家居环境。

关键词：智能家居;空气检测;调节系统

1.将家居环境中经常使用的家庭空气质量监测仪和净化器集中整合升级为新的产品，使之能够实现实时监测和智能调节的功能，保证家居空气质量的健康，为我们的健康家居提供更加便利的条件。

2.使用云服务平台，通过实时监测和净化实时进程的数据上传，全面动态地反映多个家庭的空气质量情况。

3.顺应未来智能家居普遍化的趋势，完善智能家居系统。虽然目前智能家居系统有了一定的发展并且市场上也开始出现相应的产品但从总体的发展来看不容乐观，特别是统一标准和权威产品的缺乏，严重影响了家居智能化的发展。

随着科技的快速发展，人们的物质生活水平不断提高，对家居环境的要求也越来越高，作为家居智能化的核心部分智能家居控制系统也越发显得重要，家居智能化控制的开发和建设是未来国家经济发展的必然趋势，智能家居系统可以智能地为住户实时监测好空气的湿度、温度、空气污染物（如有害气体、PM2.5等）并提供智能调节方案，进行调节，为用户营造一个绿色健康的家居环境。

（一）研究内容

智能家居空气质量监测与调节系统，是集传感技术，短距离无线通信技术（包括zigbee技术、蓝牙技术等），语音合成技术（TTS技术），微处理器控制技术，空气质量智能分析与调节技术为一体的24小时实时在线监测与调节系统。它主要对室内的空气质量进行检测，分析和报警提示，并智能開启空气调节器，给家人一个健康的空气环境。

国内外研究现状

国外的空气质量监测行业起步较早，一些欧美国家在空气质量监测方面的研究早在20世纪80年代就开始了，像美国、德国、英国和日本等国家更是推出了有自主知识产权的设计方案，并通过实践的研究设计来解决空气质量监测中的生活功能问题。

美国和德国的两款检测系统，虽然有诸多优点，但都不具备良好的人机交互界面，无法实时查看气体的浓度。英国GMI的PS200四合一气体检测仪和日本理研的GX-8000四合一检测仪[1]，虽能同时检测4种气体，但气体的数量还可以扩展的更多，而且加入无线传输技术，比如ZigBee技术或WIFI技术，可以实现无线检测。

国内的室内空气质量监测系统，大多具有价格昂贵、检测耗时长、信号传输不稳定、检测精度不高、响应不迅速、操作方法复杂等缺点[2]。

通过对国内外室内空气质量监测系统的分析，本文设计了一款智能家居室内空气质量监测系统，可以检测多种室内有害气体，具有简单易操作，信号传输稳定，检测精度高，响应迅速等特点[3]。设计的上位机监测界面，可以实时监测气体的状态，远程查看室内空气质量的参数。本监测系统作为智能家居系统的一个子系统，一旦有气体超标，监测系统会立马报警，提醒用户有气体超标，并通过ZigBee组网实现对加湿器、空气净化器等设备的控制，来改善室内的空气质量。

目前，室内空气质量监测系统的主要发展趋势包括以下四个方面：第一，将计算机技术、嵌入式技术、传感器技术等应用在室内空气质量监测系统中，让监测系统变得更加多功能化、智能化。在测量过程中，整个系统的测量过程将不需要人为的手动选择量程，开启和关闭监测系统，由微处理器完成数据采集、数据传输、数据处理等。第二，监测系统在测量精度、稳定性以及响应速度方面都有很大改善，同时还增加了数据处理功能。如果用到微处理器还可以结合软件的功能，软件可以完成硬件完不成的功能，还能够增加很多附加功能，使监测系统的功能更加完善，使用起来更加方便。第三，检测仪将朝着小型化和智能化方向发展，结合当下比较流行的物联网技术。第四，人机交互界面将会更加友好，用户可以实时查看室内的空气质量，并且一旦有气体超标，监测系统会立马报警，提醒用户做出相应的应急措施，来改善室内的空气质量。

（二）创新点与项目特色

随着人们对生活质量要求的提高以及对空气质量的关注，尤其是在家居环境中，家庭空气质量检测仪，净化器成为家庭必需品。但是现阶段的产品大多只是对空气质量的某一方面进行调节，比如：加湿器、空调、空气净化器等，并且少有实时监测与实时调节相结合的功能。本项目将二者合二为一，能够实时检测并适时调节，并结合互联网特点，能够上传数据。

此外市面上大多数智能家居的造型和界面交互并不能带给人们舒适连贯的交互体验，导致人们在刚开始的新鲜感过去之后就不再使用其智能功能，只能发挥该产品的普通功能，造成了产品的浪费。所以我们打算在产品的造型和手机app的交互设计上进行创新，带给人们便捷舒适的交互体验，使人们能够频繁地使用其智能功能，发挥产品的全部价值。

同时根据用户使用情况，结合数据分析对用户进行个性化空气环境的制定。

政府层面也需要了解相关数据，从而制定相关政策，现在的手段是每个城市抽取几个学校，抽取一个班的几个学生填表，到时相关工作人员上门当场测试，这种方法，数据量太小，不全面，不能体现整个城市家庭的整个空气质量，而且仅能获取当时的数据，不能动态反应。本项目提出的方案基于云服务平台，具有大数据特点，能够全面动态反映多个家庭的环境状况。普适性高。

（三）技术路线、拟解决的问题及预期成果

1技术路线

分析市场上现有的空气质量方面的产品，利用我们在监测调节系统已经大数据采集方面的创新，对其进行整合、优化和改造，同时进行外观和人机交互的设计，优化产品用户体验及对现有智能家居市场进行融合，并用三维设计软件进行建模分析，找到最佳可行的方案，最后制造出实物，实现产品的落地。

使用Axure、PS、AI等进行UI交互设计，接着使用微信小程序平台编程 实现在手机上的操作并能够收集分析监检测到的数据。

2拟解决问题：

1.监测系统对空气质量进行实时监测需要同步调节系统对空气进行实时调节，解决市面上空气调节系统在效率和智能化上的缺陷，设计最优解决方案。

2.对监测系统采集的大数据进行分析，得到有用的信息。

3.对现有的空气监测系统与家用电器功能性单一的问题提出一个新的解决方案。

4.将智能空气系统与智能家居结合，一方面对我们的产品功能性进行创新，另一方面对已来的智能家居系统的对人生活方式上涵盖了新的内容。

5.整合空气监测、调节和大数据的新产品的研发。

6.产品与智能家居系统进行融合。

7.采用微信小程序的开发，解决传统智能家居模式下不同品牌不同app之间数据不互通导致用户不得不同时安装多个智能家居控制app的问题。

8.在产品及手机界面的交互问题上，对系统控制的复杂程度进行优化，以达到适宜不同用户使用的通用化设计，解决不同年龄阶段，不同身体状况的用户拥有得到保障的操作体验。

参考文献：

[1]刘迪. 智能家居室内空气质量监测系统的研究与实现[D].安徽理工大学，2019.

[2]徐爽，易东.基于物联网的智能家居空气质量监测系统设计[J].电子制作，2016（11）：43-46.

[3]《2016-2020年中国空气净化器市场深度调研及投资前景预测报告》.中投顾问研究产业中心.2016.