一种室内空气净化装置的研制及其控制方法*

贾丽斯

（广西大学行健文理学院 电气工程系，广西 南宁530005）

随着国民经济的不断发展和生活水平的不断提高，人们对住宅和办公室内的空气质量要求越来越高，特别是现代化的室内空气污染，包含装修材料所释放的甲醛、苯等有害气体，可吸入颗粒物PM10、可入肺颗粒物PM2.5 和各种细菌等[1-3]。由于空气中的气体种类多、成分复杂，需要多种传感器进行检测、分析，根据分析结果做出相应的控制决策。所以这类控制问题是一个多变量输入和多变量选择输出系统的控制问题。在实际中存在着许多这类系统，例如交通流量的控制也是分道进行的。这类控制的共同点是信息的来源是同时的和多方面的，因此，解决这类控制问题首先要用多种传感器对信息进行检测，然后对检测结果进行分析和信息融合，根据融合的结果决定控制输出。将多传感信息融合技术应用于智能空气净化装置可以获得比单一传感器对周围环境更准确、更全面的信息，从而降低信息的不确定性，提高智能净化装置系统的互补性和可靠性。

目前的空气净化装置[4-6]中的传感器或检测系统多为可以检测空气中酒精、香烟、氨气、硫化物等各种污染源，由于检测的污染源种类较多及传感器本身误差率等因素，导致空气检测系统在检测过程中存在着较大的失误率。在误差出现的情况下，人们在室内就难免会呼吸到有害气体，长时间导致身体不适。针对空气检测系统或传感器等智能化检测设备存在的失误率现象[7-9]，本文拟设计一种室内空气净化装置及其控制方法，通过在空气净化装置中添加记录存储模块、随机数发生模块和比对模块，实现即使在检测设备发生误差的情况下，也会根据室内人员的生活习惯来控制空气净化模块对室内空气进行净化。

1 空气净化装置总体构造

图1 室内空气净化装置总体结构图

室内空气净化装置（以下简称装置）的总体结构如图1 所示，装置主要由空气净化模块、检测模块、控制模块、记录存储模块、随机数发生模块、比对模块、电源等组成。其中本文设计的装置创新之处在于检测模块中含有VOC 传感器、颗粒物传感器中的一种或两种。随机数发生模块为Monte Carlo 随机数发生器。记录存储模块能够记录7 天的运行数据。

电源分别与空气净化模块、检测模块、控制模块、记录存储模块、随机数发生模块、比对模块电连接；空气净化模块、控制模块、记录存储模块、随机数发生模块和比对模块分别设有信号输入端和信号输出端，检测模块设有信号输出端；空气净化模块的信号输出端与记录存储模块的信号输入端连接，检测模块的信号输出端分别与控制模块、记录存储模块的信号输入端连接，控制模块的信号输出端与空气净化模块的信号输入端连接，记录存储模块的信号输出端分别与随机数发生模块、比对模块的信号输入端连接，随机数发生模块的信号输出端与比对模块的信号输入端连接，比对模块的信号输出端与控制模块的信号输入端连接。

2 室内空气净化控制方法设计

本文拟采取以下控制方法实现即使在检测设备发生误差的情况下，也会根据室内人员的生活习惯来控制空气净化模块对室内空气进行净化。控制方法流程图见图2。

图2 控制流程图

装置的控制方法，包括以下a 到f 一共6 个步骤：

步骤a：开启电源，转至步骤b

步骤b：检测模块检测室内空气，转至步骤c

步骤c：检测模块判断是否需要净化空气

若检测模块判断需要净化，则检测模块发送信号给控制模块，转至步骤e；若检测模块判断不需要净化，这种情况存在检测模块发生失误的可能，则检测模块发送信号给记录存储模块，转至步骤d。

步骤d：比对模块根据空气净化模块前N 天的工作记录来判断是否需要净化空气

记录存储模块发送信号给随机数发生模块和比对模块，随机数发生模块生成1 个数字m（0≤m≤1），比对模块计算前N 天的记录中该时刻空气净化模块为运行状态的概率p，随机数发生模块发送信号给比对模块，比对模块计算m 与p 的大小，若m≤p，则比对模块发送信号给控制模块，转至步骤e；若m＞p，则比对模块发送信号给控制模块，转至步骤f。

步骤e：运行空气净化模块

控制模块发送运行信号给空气净化模块，空气净化模块发送记录信号给记录存储模块，记录存储模块记录空气净化模块的运行时间，转至步骤b。

步骤f：关闭空气净化模块

控制模块发送关闭信号给空气净化模块，空气净化模块停止运行，转至步骤b。

3 实验测试与结果

本文采用现有的含有VOC 传感器、颗粒物传感器的空气净化装置和本文所设计的装置实施例进行具体实验测试，并对比净化效果。实验测试的室内环境工况与空气质量接近。

3.1 对比例

对比例采用两台现在比较流行的含有VOC 传感器、颗粒物传感器的空气净化装置作为与本文设计的装置进行对室内检测结果的对比，该对比例装置还包括控制单元和空气净化单元，通过上述传感器定时检测空气中的污染源，当检测到污染源时，则发送信号给控制单元，控制单元控制空气净化单元启动；当未检测到污染源时，则不发生信号给控制单元。本对比例中设定传感器的检测时间间隔为2 小时，在相同的实验条件下将两台传感器分别设置在室内的两个相对的墙体上，分别编号为1 和2，对室内的检测后的运行记录如表1 所示。

3.2 实施例

实施例采用的是本文设计的装置及控制方法。并设定传感器的检测时间间隔为2 小时。装置对室内检测后的运行记录如表2 所示。

表1 和表2 中的“√”表示空气净化模块工作，空白表示空气净化模块不工作。本文设计的控制方法与对比例相比，通过在空气净化装置中添加记录存储模块、随机数发生模块和比对模块，实现了即使在两个检测设备检测结果不统一的情况下（即检测设备发生误差的情况下），也会根据室内人员的生活习惯来控制空气净化模块对室内空气进行净化，降低室内人员呼吸有害气体的风险。

表1 现有的空气净化装置对室内检测后的运行记录

表2 实施例采用的室内空气净化装置对室内检测后的运行记录

4 结束语

本文立足于实际问题，设计了一种室内空气净化装置及其控制方法。采用了添加含有VOC 传感器、颗粒物传感器的检测模块，Monte Carlo 随机数发生器的随机数发生模块和对比模块。经过实验测试最终实现了设计要求，通过多次实验测试表明，该控制方法完全达到设计要求。装置对各种各样的室内场所都具有很强的适用性，具有一定的创新性和实际应用价值，并对室内空气净化研究有一定的现实意义。同时该装置为室内空气净化提供实验数据支持。