基于Android静电智能空气净化器系统设计
随着电子、通信、自动控制等技术的快速发展和人们物质精神生活的改善，家用电器的智能控制已成为取代传统控制的总体趋势。随着智能手机的快速普及，基于智能手机的快速普及Android智能控制平台在电气控制中起着重要作用。工业化水平提高的同时,也给环境造成很大破坏,环境污染问题日趋严重[1]。特别是室内空气污染严重影响人体健康，改善室内空气环境已成为迫切需要。人们采取措施净化空气，但效果往往不理想。
国内外对静电技术除尘的研究较多，但大多种植在工业上。本文设计了一个基础Android高效家用静电智能空气净化设备无线控制。以STM32F103RCT6为了控制核心，室内空气数据通过传感器模块自动检测，过滤网、紫外线灯和静电技术根据监测数据净化空气。结合红外遥控和手动模式，可以设置每个模块Android该设备实现了空气净化器的智能控制，并预设睡眠模式在低噪声、低功耗下工作。高速模式快速净化空气，大大提高了用户的感觉。
1 总体设计系统
如图1所示。
图1 系统整体架构图Fig 1 The system architecture diagram 下载原图
净化器的工作原理如图2所示。
2 系统硬件设计
该系统的主控芯片基于32个意法半导体ARM核心微控制器STM32F103RCT6.硬件的整体结构如图3所示。
图2 空气净化器工作原理图Fig 2 Working principle of air purifier 下载原图
图3 系统硬件总体结构图Fig 3 Overall architecture diagram of system hardware 下载原图
2.1 传感器模块电路
该模块主要负责室内环境检测，包括温湿度传感器模块、灰尘传感器模块和空气质量传感器模块三个子模块。
数字温湿度传感器DHT11采用单总线温度传感探头，包括一个电阻感湿元件和一个NTC并与测温元件STM32的PA0脚相连如图4所示。
图4 传感器模块电路Fig 4 Sensor module circuit 下载原图
灰尘传感器SM—PWM—01A香烟、灰尘、孢子等。传感器采用粒子计数原理，加热器设置在模块中，加热使气流上升，外部空气进入模块，如粉尘等粒子通过，阻断LED如果光源和光电探测器无法检测到光源，则低电位输出；如果没有颗粒通过，则高电位输出PMW放大输出信号。传感器的低脉冲率与粉尘粒子数成线性关系。只要计算低脉冲率，就可以参照特征曲线检测粒子数，然后计算PM2.5参数[2]。
MQ135传感器主要监测氨、硫化物、苯蒸汽、烟雾等有害气体。在清洁空气中，电导率较低。当环境中有污染气体时，电导率随着污染气体浓度的增加而增加。使用简单的电路将电导率的变化转换为与气体浓度对应的输出信号[3]。其电路连接如图4所示。
系统采集温湿度、粉尘、气体传感器信号，采用信息集成算法，充分利用不同时间和空间的多传感器数据资源，在一定算法下进行分析、控制、使用和综合，根据评价结果制定相应的控制策略（如调节风速、净化装置控制等）。通过信息集成技术，更准确地判断空气质量，提高控制系统的性能[1]。
2.2 紫外线、静电和风扇调速控制模块
该模块是整个系统净化功能的重要组成部分。风扇通过静电装置和紫外线灯对室内空气进行除尘和灭菌。根据需求风速设置4个等级，通过芯片TA8428K控制,IN1脚接STM32的PA利用其复用功能产生6脚PWM通过调整波PWM调节风速。紫外线灯和静电装置的电源为220V交流电，因此控制电路如图5所示，采用继电器控制通断。继电器和STM光耦加在32之间。
图5 紫外线灯、静电和风扇调速控制电路Fig 5 UV lamp,electrostatic and fan speed control circuit 下载原图
2.3 高压控制模块
高压控制在净化器运行中起着至关重要的作用化器运行中起着至关重要的作用，
高压发生器输入电压为18~240 V,最大输入电流为70 m A,额定功率15W,最高输出值分别为5和12 k V。通过MCU对湿度传感器采集的数据进行分析,依据不同湿度对应的电压经过数字电位器X9241反馈调节LM2596的FB端，达到控制输出电压的目的[4]。如图6所示，高压控制电路，P1为MCU与高压电路相连I2C接口,P7为AC180~240V转为恒定DC15V的接口,P2.高压发生部分由湿度控制在1.23~15 V范围内变化，高压输出可达300 V~12 k V之间变化。
图6 高压控制电路Fig 6 High voltage control circuit 下载原图
2.4 LCD显示模块
设计采用LCD12864带字库的汉字图形液晶显示器与MCU有两种连接方式：8位并行和串行，以节省IO资源,本系统采用串行连接,MCU的PA1,PA2,PA3口分别于CS,SID,SCLK相连接。为了提高LCD显示效果可以在一个页面上显示所有信息，而不是使用自己的字库，而是通过模具软件制作较小的中文字库。最终,LCD显示状态如图7所示[5]。
图7 LCD显示界面Fig 7 Interface of LCD display 下载原图
3 软件设计
软件设计主要包括两部分：MCU控制程序和Android客户端。
3.1 MCU控制程序设计
净化器上电后，程序开始执行。首先，参数初始化，然后进入主循环，读取传感器信息量，并息在LCD显示并更新状态。主程序然后扫描按钮。系统设计了6个独立功能键，实现了电源开关、风速调节、模式选择、紫外线开关、定时和滤网计时复位功能。如果在手动模式下按下按钮，程序将处理相应的按钮程序，改变净化器的工作状态。红外遥控信息以中断的形式切入主程序，并通过不同的键执行不同的动作。Android根据收到的信号，客户端控制信号通过串口传输。传感器采集数据自动控制风速等模块在自动模式下的工作状态。
3.2 Android客户端设计
根据空气净化器的需要和软件的特点，客户端的设计如图8所示。
图8 客户端功能结构Fig 8 Client function structure 下载原图
本客户端由登录模块和遥控模块组成Android集成系统本身SQLite,提供一些新的API来使用SQLite实现数据库操作的数据库。如图9所示(a)先调Wifi Manager服务，检查手机，确定打开Wi Fi,再通过WebService如图9所示，将帐号和密码输入遥控界面(b),同时需要Android Mainfest.xml文件中设置获取Wi Fi[6]权限和网络权限。如代码所示：。
图9 客户端界面图Fig 9 Client interface diagram 下载原图
移动平台的接收端是服务器端，主要用于打开端口，等待客户端的数据输入，并在界面中显示接收到的数据。在与收集端通信的过程中使用UDP通信相对TCP通信简单，无需事先建立连接，只需创建接收和发送的套接字即可实现数据处理和发送。UDP如图10所示。
图1 0 UDP通信流程Fig 10 UDP communication process 下载原图
4 系统测试
系统测试分为对控制系统的测试和对净化功能的测试。其中对控制系统的测试是通过按键或遥控方式(红外和Wi Fi)操作净化系统，观察其状态变化。净化功能测试是通过测试仓库中不同时间段的空气质量来验证净化器的净化效果。空气净化器的实物如图11所示。
图1 1 空气净化器实物图Fig 11 Physical map of air purifier 下载原图
测试控制系统功能正常，净化器运行正常，物理按钮信号识别准确，红外和Wi Fi与距离相关的信号识别。
净化功能由两个学生宿舍测试，房间体积约30个 m3.房间结构完全相同。净化器放在一个房间里，净化器不放在另一个房间里作为对比环境[7]。蚊香和烟雾被用作颗粒物的来源，油漆被用作挥发性有机物的来源。为保证一致性，使用PM2.检测器记录了两个房间内的两个房间PM2.5与TVOC数据如图12所示。
图1 2 室内污染物浓度变化Fig 12 Concentration changes of indoor pollutants 下载原图
5 结论
本文不仅将工业除尘技术应用于室内空气净化，还结合智能家居Android智能手机控制使空气净化器不仅具有良好的净化效果，而且具有良好的用户体验。通过对净化器的测试，控制系统相对稳定，净化功能也满足了设计要求，室内空气净化效果明显。