分布式自适应空气净化系统的制作方法

本实用新型涉及一种空气净化系统，尤其涉及一种分布式自适应空气净化系统，属于智能家居技术领域。

背景技术：

近年来，随着我国环境空气污染问题的爆发，人们对自己所处环境的空气质量越来越关注。早在2011年世界卫生组织就指出：室内空气已经高出室外空气污染5-10倍。如空气中悬浮的细菌、病毒、异味、化学气体等都会威胁到人体健康。尤其是刚装修完的新房，对于抵抗力差的老人、幼儿、孕妇等易感人群来说更是危害甚大。作为改善空气质量最有效的产品，空气净化器成为不少家庭的标配。

空气净化器的功能和肺十分相似，第一步是吸进去气体，第二步是进行吸附和过滤处理，第三步就是把处理后的气体释放出去。

目前的空气净化器控制系统，往往是集中控制的，也就是说要工作一起工作，否则都不工作，不能根据污染源产生的地点和污染程度选择合适的净化方案，造成净化时消耗的功率高，能源浪费，不环保。同时缺乏远程监控能力。由于建筑物的内部结构不一，空气流动情况复杂。采用集中净化，就必需采用大功率净化器，造成净化时消耗的功率高，能源浪费。因此，研制一种分布式净化系统解决上述问题具有重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种分布式自适应空气净化系统的硬件电路，针对建筑物内部结构复杂，空气流通不好的情况下，设计一种由若干分布式净化节点组成，能根据空间结构、空气流通状况，方便扩展节点的分布式自适应空气净化系统的硬件电路。本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：

一种分布式自适应空气净化系统，包括远程组态监控计算机1、以太网络2、中央控制器3、模拟量模块4、分布式净化节点5，所述分布式净化节点5有多个，所述分布式净化节点5包括PM2.5采集单元6和净化机7，所述远程组态监控计算机1通过以太网络2与中央控制器3通信连接，所述模拟量模块4与中央控制器3连接，多个PM2.5采集单元6与模拟量模块4连接，将采集的信号传送至模拟量模块4，所述中央控制器3与多个净化机7分别连接，控制净化机7的工作。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述分布式自适应空气净化系统，其中中央控制器3是型号为DVP-12SE的台达PLC，模拟量模块4的型号为DVP04AD-S。

前述分布式自适应空气净化系统，其中PM2.5采集单元6包括型号为ATmega328的单片机U1，型号为夏普GP2Y1010AU0F的粉尘传感器U2，型号为LCD1602的液晶显示屏U3，所述粉尘传感器U2、液晶显示屏U3与单片机U1相连，所述粉尘传感器U2采集PM2.5值传输至单片机U1，所述液晶显示屏U3显示PM2.5值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.采用分布式空气净化系统可以监控不同区域位置污染状态，依据有污染则工作，污染重则功率提高，无污染则不工作的原则，有针对性的控制，有利于净化效率的提高，达到环保节能的目的。

2.本系统没有采用通信传输的方式传输PM2.5检测值。因为采用通信方式电路结构需要增加通信管理模块，数值传递相对复杂，实时性不好。而选用DVP04AD-S模拟量模块，把数值转化成电压，通过电信号传输，传输速度快，实时响应好。

3.PC管理中心通过以太网与PLC模块通信，能够实时监控各个分布式节点的运行状态。

4.系统扩展方便，由于本系统采用分布式净化节点结构，通过增加节点，能够比较方便的根据控制建筑物扩展系统。

附图说明

图1是本实用新型的分布式自适应空气净化系统结构图；

图2是本实用新型的模糊规则自适应配置算法流程图；

图3是本实用新型的PLC控制程序流程图；

图4是本实用新型的PM2.5空气检测电路图；

图5是本实用新型的PM2.5检测程序流程图；

图6是本实用新型的系统整体电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的分布式自适应空气净化系统由三层网络结构组成：设备层、控制层、监控管理层。设备层即为分布式净化节点，控制层为中央控制器PLC，监控管理层为远程组态监控系统。设备层通过电压模拟值传递和中央控制器PLC通信，监控管理层和中央控制器通过以太网通信。

一、组态监控系统(PC)

组态监控系统由上位PC机和组态监控软件构成，负责整个系统的运行状态监测。

二、分布净化节点控制原理

如图2所示，分布式自适应空气净化系统的控制方法，包括：

建立一个初始的模糊规则库，把输入污染程度分成无污染、轻、中等、重度四级，输出的净化机功率分为不工作、弱、强、最强四级；模糊规则库为4×n模糊控制矩阵，n为节点个数，模糊控制矩阵如下：

其中，m(i，j)的i行下标表示污染程度，i＝1对应“无污染”；i＝2对应“轻”；i＝3对应“中”；i＝4对应“重度”；m(i，j)的j列下标表示节点位置，m(i，j)表示对应节点输出控制量；

工作时，先配置一个初始的模糊规则库，然后每隔一段时间⊿t检测某节点PM2.5值，计算当前时刻(t时刻)PM2.5值与前一时刻(t-1时刻)PM2.5值之差⊿PM2.5，如果⊿PM2.5为负，说明m(i，j)对应节点输出控制量适当，净化有效果，PM2.5在减少；如果⊿PM2.5为负值但绝对值很小，说明净化效果不理想；如果⊿PM2.5为正，PM2.5在增加，说明m(i，j)对应节点输出控制量偏小，净化效果差，需要增加m(i，j)；如果单位时间⊿PM2.5下降比较少，如⊿PM2.5/⊿t>-0.2(0.2数值根据系统实际工作需要设定)，则

m(i，j)t＝m(i，j)t-1+⊿m。

本实施例的控制器选择台达PLC：DVP12SE，主要考虑到分布式净化系统，分布范围广，需要远程控制。台达DVP12SE带有以太网口，便于利用已有家庭、办公区的Internet。同时DVP12SE输出为晶体管输出，可以输出高速脉冲，而净化机使用的是直流电机，能比较方便的控制直流电机。

PLC控制程序设计如图3所示：

PLC控制器开始运行时，先通过组态监控系统配置初始模糊规则库，对硬件模拟量模块初始化，延时⊿t，然后读取模拟量模块(DVP04AD-S)各个通道输入电压值(CH1-CHn)的电压值，转换成当前PM2.5(t)值，根据输入通道与各个分布式节点一一对应关系，判断污染分布区域既污染节点J，再根据当前PM2.5(t)值判断污染程度i。接着根据污染位置J和污染程度i查询模糊控制规则库输出控制信号m(i，j)，控制相应节点净化机工作，然后计算当前值PM2.5(t)-前一刻值PM2.5(t-1)，判断⊿PM2.5/⊿t>-0.2吗？如果是说明净化效果不好，则m(i，j)t＝m(i，j)t-1+⊿m，实时修改模糊控制规则库对应的m(i，j)值，否则不修改。最后再读取模拟量模块(DVP04AD-S)通道电压值(CH1-CHn)进行下一次测量。

三、PM2.5空气检测

PM2.5采集单元使用单片机采集系统，采集PM2.5空气质量传感器检测的数据并显示，如果采用PLC控制器，PM2.5数据显示不太容易实现，所以本系统直接用单片机ATmega328。

PM2.5采集单元如图4所示，该PM2.5采集单元采用Arduino-UNO控制板，U1选用ATmega328，U2为夏普GP2Y1010AU0F粉尘传感器，显示U3选用LCD1602液晶显示屏。

PM2.5测量系统先配置硬件，既硬件初始化，自动校准PM2.5传感器，因为PM2.5空气检测系统也是电子仪器，也会受到测量环境如温度、湿度因素影响。测量前，需要进行校准。再读取传感器测量值，转换成PM2.5值，显示并转换成电压值输出到PLC模拟量模块，延时一段时间⊿t，再进行下一次测量。PM2.5空气检测程序设计如图5所示。

四、PM2.5检测传输

本系统没有采用通信传输的方式传输PM2.5检测值。因为采用通信方式电路结构相对需要增加通信管理模块，数值传递相对复杂，实时性不好。故选用DVP04AD-S模拟量模块，改成模拟值传递方法。单片机把采集到的pm2.5数值转化成电压模拟量，再输入到模拟量模块，控制DVP12SE根据模拟值控制净化机净化功率，即控制电机转速。

本实用新型实施例的系统整体电路图如图6所示。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。