本实用新型涉及电子技术应用领域，尤其是涉及一种室内换气装置及系统。
背景技术：
目前在实验室，尤其是化学化工、生物染剂等实验室，在实验过程中容易产生刺鼻、辣眼的有毒气体及一些无色无味的有毒气体。这些有毒气体对实验者身心健康会造成严重的损害。由于无色无味的有毒气体难以被察觉到，造成的后果往往更为严重。
从目前看，降低局部环境有害气体浓度有以下两种方法，但都是简单传统方法，效果不理想。第一种方法，就是在实验过程中人为有意识的打开门窗，形成空气自然对流，保证局部环境有害气体浓度不会过高；第二种方法就是安装换气扇，同样在实验过程中人为有意识的打开换气扇，加快局部环境与外界空气对流速度，从而有效降低室内有害气体浓度。这两种方法随成本低、简单易行，但都存在人为意识的控制，尤其人的嗅觉存在适应环境的现象，容易造成忽视更新室内空气的问题，对实验者的身心健康造成损害。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种室内换气装置及系统，以减少室内有毒气体对人体健康的损害。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种室内换气装置，包括依次连接的传感电路、控制电路和换气执行机构；传感电路用于采集室内空气中设定气体的浓度参数，将浓度参数对应的信号发送至控制电路；换气执行机构用于对室内空气进行换气；控制电路用于接收浓度参数对应的信号，向换气执行机构发送启动或休眠信号。
结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，传感电路包括相互连接的气体浓度传感器和第一无线微控制器；气体浓度传感器用于采集室内空气中设定气体的浓度参数；第一无线微控制器用于将浓度参数对应的信号发送至控制电路。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，控制电路包括依次连接的第二无线微控制器、光电耦合器、驱动电路和继电器。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，第一无线微控制器和第二无线微控制器的无线通信协议相互匹配；无线通信协议包括ZigBee、WI-FI或LORA。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，第一无线微控制器和所述第二无线微控制器包括CC2530芯片。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，传感电路包括多个气体浓度传感器和第一无线微控制器；多个气体浓度传感器分别与述第一无线微控制器连接。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，继电器包括分别与驱动电路连接的启动继电器和方向继电器；启动继电器用于控制换气执行机构的开启或休眠；方向继电器用于控制换气执行机构的工作模式。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，光电耦合器包括第一光耦单元和第二光耦单元；驱动电路包括第一驱动单元和第二驱动单元；第一光耦单元和第二光耦单元分别与第二无线微控制器连接；第一光耦单元、第一驱动单元和启动继电器依次连接；第二光耦单元、第二驱动单元和方向继电器依次连接；启动继电器和方向继电器分别与换气执行机构连接。
结合第一方面的第一至七种可能的实施方式中的任意一种，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，换气执行机构包括换气扇。
第二方面，本实用新型实施例还提供一种室内换气系统，系统包括上述第一方面的室内换气装置，还包括供电电源。
本实用新型实施例提供的一种室内换气装置及系统，其传感电路可采集室内空气中设定气体的浓度参数，将浓度参数对应的信号发送至控制电路，控制电路识别该信号传达的信息，控制换气执行机构对室内的空气进行换气或者进入休眠。该装置可以实时监测实验室空气中的设定气体的浓度，自动进行换气，有利于净化实验室内空气，保护实验室人员身体健康。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本实用新型的上述技术即可得知。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种室内换气装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的另一种室内换气装置的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种室内换气方法流程图；
图4为本实用新型实施例提供的室内换气装置的局域网络星状拓扑结构图；
图5为本实用新型实施例提供的一种传感电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
生化或化学实验室在实验过程中会产生有毒气体，危害实验人员的身体健康。基于此，本实用新型实施例提供的一种室内换气装置、系统及方法，可以用于实验室空气中有毒气体含量的检测及换气，也可用于其他需要检测空气中某些气体的含量并需要换气的场所。
为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种室内换气装置进行详细介绍。
参见图1所示的一种室内换气装置的结构示意图，该装置包括依次连接的传感电路100、控制电路102和换气执行机构104；传感电路100用于采集室内空气中设定气体的浓度参数，将浓度参数对应的信号发送至控制电路102，换气执行机构104用于对室内空气进行换气；控制电路12用于接收浓度参数对应的信号，向换气执行机构104发送启动或休眠信号。
上述传感电路可以包括多种传感器件，用于探测各种气体的浓度；例如，用于检测CO、H2S、NO、NO2、CL2、HCN、NH3、PH3等气体的传感器件等；上述控制电路可以通过单片机、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程逻辑门阵列)等处理芯片实现；上述换气执行机构可以为换气扇、通风系统等。
本实用新型实施例提供的一种室内换气装置，其传感电路可采集室内空气中设定气体的浓度参数，将浓度参数对应的信号信号发送至控制电路；控制电路识别该信号传达的信息，控制换气执行机构对室内的空气进行换气或者进入休眠。该装置可以实时监测实验室空气中的设定气体的浓度，自动进行换气，有利于净化实验室内空气，保护实验室人员身体健康。
参见图2所示的另一种室内换气装置的结构示意图，该装置在图1中所示装置基础上实现；该装置中，传感电路包括相互连接的气体浓度传感器和第一无线微控制器201，该气体浓度传感器用于采集室内空气中设定气体的浓度参数；第一无线微控制器201用于将浓度参数对应的信号发送至控制电路；上述控制电路包括依次连接的第二无线微控制器202、光电耦合器、驱动电路和继电器。
其中，为了使传感电路和控制电路实现无线通信，上述第一无线微控制器和第二无线微控制器的无线通信协议相互匹配；该无线通信协议包括ZigBee(紫蜂协议)、WI-FI(WIreless-FIdelity，无线保真)或LORA(Long Range Wireless，远程无线通讯)。
考虑到需要同时监测多种有害气体，上述传感电路包括多个气体浓度传感器和第一无线微控制器；多个气体浓度传感器分别与第一无线微控制器连接。图2中，以三个气体浓度传感器与第一无线微控制器连接进行说明，分别为气体浓度传感器200a、气体浓度传感器200b和气体浓度传感器200c。
进一步地，上述继电器包括分别与驱动电路连接的启动继电器207和方向继电器208；该启动继电器207用于控制换气执行机构的开启或休眠；方向继电器208用于控制换气执行机构的工作模式。
例如，该换气执行机构的工作模式可以包括排气模式和送气模式；当该换气执行机构为换气扇时，该工作模式可以为正向旋转和反向旋转，以实现送气或者排气的目的。
上述光电耦合器包括第一光耦单元203和第二光耦单元204；驱动电路包括第一驱动单元205和第二驱动单元206；第一光耦单元203和第二光耦单元204分别与第二无线微控制器202连接；第一光耦单元203、第一驱动单元205和启动继电器207依次连接；第二光耦单元204、第二驱动单元206和方向继电器208依次连接；启动继电器207和方向继电器208分别与换气扇209连接。
上述光电耦合器可以将系统中的弱电电路和强电电路隔离开，以保证系统的电路安全。
本实用新型实施例提供的上述室内换气装置，可以实时监测实验室空气中的设定气体的浓度，自动进行换气，有利于净化实验室内空气，保护实验室人员身体健康。
本实用新型实施例还提供了一种室内换气系统，该系统包括本实用新型实施例提供的室内换气装置，同时还包括供电电源。
对应于上述室内换气装置和系统，参见图3所示的一种室内换气方法流程图，该方法应用于上述室内换气装置，包括以下步骤：
步骤S300，传感电路实时采集室内空气中设定气体的浓度参数，判断所述浓度参数是否大于或等于设定阈值，如果是，所述传感电路向控制电路发送“报警”信号；
具体地，气体传感器测量空气中设定气体的浓度，判断该气体浓度大于或者等于设定阈值时，向第一无线微处理器发送“报警信号”，第一无线微处理器通过无线信号将该“报警”信号发送给控制电路；
步骤S302，控制电路接收到“报警”信号后，向换气执行机构发送启动信号；
步骤S304，换气执行机构启动，对室内空气进行换气；
步骤S306，当传感电路采集到的室内空气中设定气体的浓度参数小于设定阈值时，传感电路向控制电路发送“正常”信号；
步骤S308，控制电路接收到“正常”信号后，换气执行机构发送休眠信号，换气执行机构继续工作设定的时间后，停止换气。
本实施例提供的换气方法能自动感应检测室内有毒气体浓度高低；在有毒气体浓度超过阈值时，能自动打开和关闭换气系统，避免了忘开、忘关换气系统的情况，高效保证了人体身心健康。
本实用新型实施例中，首先要在实验室的各重要位置处，如易产生有毒气体的实验台等，分别安装传感电路，包括气体传感器和第一微控制器；然后，选取合适位置安装换气执行机构，如换气扇；最后安装控制电路，其中的第二无线微处理器接收第一无线传感器的信号，与光电耦单元、驱动电路和电磁继电器依次连接，并控制换气执行机构。
具体地，上述气体传感器可以实时测量某一特定或者某些特定的有毒气体的浓度，且灵敏度可调；一个第一无线微处理器可以和多个气体传感器相连接组成一个传感电路；气体传感器的种类和数量可依据实际调整；实验室内根据需求可以安装多个传感电路。
参见图4所示的室内换气装置的局域网络星状拓扑结构图，各处的传感电路的第一无线微处理器与控制电路的第二无线微处理器形成星状拓扑结构，组成一个局域网络，能根据各第一无线微处理器传输的数据自动控制换气系统。
进一步，可采用CC2530芯片作为第一无线微控制器和第二无线微控制器。CC2530芯片适合于短距离无线通信(实验室室内相对距离不超过50米)，具有低功耗的特点。作为第一无线微控制器和第二无线微控制器的CC2530芯片之间采用相互匹配的无线通信协议，如ZigBee协议。Zigbee是一种短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接，适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求。除此之外，还可使用WI-FI，LORA等进行无线通信。
参见图5所示的一种传感电路的结构示意图，一个CC2530芯片与多个气体浓度传感器相连，放置在实验室的设定位置。图5中，以三个气体浓度传感器与一个CC2530芯片连接为例进行说明，分别为气体浓度传感器50a、气体浓度传感器50b和气体浓度传感器50c。图5中的CC2530芯片右侧的三叉标识代表该芯片可进行无线通讯。
该室内换气装置具体工作过程如下：气体传感器实时检测室内某种或者某些设定气体的浓度；当气体浓度低于设定的阈值时，第一无线微控制器及控制电路处于休眠状态，换气执行机构不工作；当测得的气体浓度值等于或高于阈值时，第一无线微控制器向第二无线微控制器发送“报警”信号，第二无线微控制器收到“报警”信号后控制换气执行机构开始工作；当气体传感器再次检测到设定气体的浓度正常后，第一无线微控制器向第二无线微控制器发送“正常”信号，并进入休眠状态；第二无线微控制器收到“正常”信号后，控制换气扇工作特定的时间后停止转动并进入休眠状态。
进一步地，可人为设定决定第一无线微控制器是否发出“报警”信号的气体浓度阈值。第二无线微控制器可同时接收多个第一无线微控制器发送的信号。当任一第一无线微控制器发送“报警”信号的时候，第二无线微控制器控制换气扇进行工作。当所有第一无线微控制器均不发送“报警”信号时，第二无线微控制器将控制换气扇工作特定的时间后停止转动，并进入休眠状态。
本实施例提供的室内换气装置可实时监测室内有毒气体的浓度情况，更新室内空气，有效地保护实验人员免受有毒气体的毒害。
本实用新型实施例所提供的室内换气装置、系统以及方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括各种可以存储程序代码的介质。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。