摘 要 传统换气扇需要用户实时控制其开关和调速，不能满足用户对便捷化的需求。基于此，本文提出一种基于手机APP智能换气扇的设计，该智能换气扇不仅具有自动调速、自动开关、智能检测等功能，而且还可以通过手机APP实时查看室内环境的检测气体浓度，提前设定换气扇工作的阈值。进而实现换气扇的智能化、便捷化、人性化。

【关键词】智能换气扇 无线通信 微控制器 传感器 APP

针对传统换气扇存在的弊端。本文提出一种基于手机APP智能换气扇。该智能换气扇基于手机APP、传感器单元、微控制器单元、无线通信单元等。通过温湿度传感器、烟雾浓度传感器、有害气体传感器等探测室内外的温湿度、烟雾及有害气体等，结合手机APP预先设定的工作阈值，做出相应的选择，最终实现换气扇自动改变百叶扇工作状态的功能。

1 总体系统设计

本换气扇总体系统设计如图1所示，以微控制器为核心，通过各种检测传感器来判断换气扇的工作状态和获取必要数据，进而控制步进电机的工作，驱动换气扇工作。稳压电源为整个系统提供稳定的电源。排气扇的人机交互由手机APP来完成。通过手机APP，用户能对换气扇工作的阈值进行设定，用户也能通过APP实时查看温湿度、转速、CO浓度、CO2浓度、有害气体浓度等基本信息。

2 硬件设计模块

2.1 传感器单元

传感器单元采用温湿度传感器、有害气体传感器、烟雾检测传感器、CO浓度检测传感器、CO2浓度检测传感器等来实时检测室内的温湿度、氨气、硫化物、苯系蒸汽等有害气体浓度、烟雾浓度、CO浓度、CO2浓度等基本信息。

用于温湿度检测的传感器采用DHT11温湿度传感器。其测量温、湿度参数如表1所示。

该传感器采用单总线数据格式进行数字输出。其测量范围、测量误差等参数可满足智能换气扇对于室内温湿度检测的要求，并且具有体积小、成本低、数字输出等优点。故温湿度传感器采用DHT11温湿度传感器。

用于对氨气、硫化物、苯系蒸汽等有害气体浓度检测的传感器采用MQ-135 空气质量传感器。其基本参数如表2所示。

該传感器的电导率随室内有害气体浓度的增加而增大。并可使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。而且该传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽等有害气体的灵敏度极高，对烟雾和其它有害气体的监测也很理想。故该换气扇选MQ-135空气质量传感器实现对室内有害气体的检测。

CO浓度检测传感器采用ZE07-CO传感器模组。利用电化学原理对室内存在的CO气体进行探测，内置温度传感器，可进行温度补偿，同时具有模拟电压输出和数字输出，方便使用。其基本参数如表3所示。

ZE07-CO传感器模组具有灵敏度高、响应时间短、量程大、分辨率高等优点，提供多种输出方式，适合于智能换气扇对于CO浓度检测的要求。

烟雾浓度传感器采用MQ-2传感器。其所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当室内环境中有物体着火时，传感器的电导率随室内烟雾浓度的增加而增大。而且用户用简单的电路即可实现电导率的变化量转换为与该气体浓度相对应的输出信号。而且该传感器对多种气体都很敏感。其基本参数如表4所示。

CO2浓度检测传感器选用CO2气体传感器。其基本参数如表5所示。

CO2气体传感器具有数字输出与PWM输出两种特性，内置温度补偿电路，降低测量误差，具有分辨率高，灵敏度高等特性，适合于智能换气扇对于室内CO2浓度的测量。

2.2 微控制器单元

微控制器选用增强型51单片机STC12C5A08S2。其特点是价格廉价，功能强大，核心控制单元引脚与51兼容。主要特性见表6。

2.3 驱动电机模块

驱动电机模块包括直流电机、步进电机、调速电路及相应的驱动器等部分。步进电机主要完成的工作是控制百叶窗开启和关闭及调整百叶窗开启角度，直流电机主要完成的工作是调整扇叶的转向。调速电路的主要工作是根据手机预先设定的阈值来控制换气扇的转速。

2.4 Wi-Fi模块

手机APP和微处理器之间采用Wi-Fi方式进行通信。选用ESP8266 Wi-Fi模块。其具有体积小、功能强大、开发简单等优点。

3 软件模块

手机APP的程序采用Android studio语言进行编写。手机APP的主要功能主要是用户可以实时查验室内检测气体的浓度，也可设定换气扇百叶扇开启和关闭的阈值，实现人机的交互。设定换气扇百叶扇的转速与室内温湿度、烟雾浓度、CO浓度、CO2浓度、有害气体浓度等的线性关系，转速会随着烟雾等检测量的浓度增大而变快。具体见表7（以CO气体和转速的关系为例）。

4 结束语

基于手机APP智能换气扇的设计与研究是一种便捷化、智能化的设计，性价比高，适合于多种场合；采用Wi-Fi方式进行通信，便于在局域网环境下进行控制；用户可以提前设定换气扇工作的阈值，极大改善了传统换气扇存在的诸多弊端，是今后换气扇发展的一个方向，也是未来智能家居不可或缺的重要部分。

参考文献

[1]王晓岭，童朱珏，方艺.换气扇空气性能检测方法及测量装置的设计研究[J].家电科技，2012（05）：68-71.

[2]张飞云.蔬菜大棚卷帘门和换气扇步进电机智能控制器的设计[J].湖北农业科学，2013，52（15）：3681-3684.

[3]孙红艳，张鹏.浴室湿度控制系统的研究[J].微型机与应用，2012，31（22）：16-18.

[4]黄德荣.家困換气扇及其应用[M].厂东科授出版社，1985.

[5]孙莉娜.APP开发应用的创新与实用性分析[J].电子制作，2013（20）：95-97.

[6]宋小倩，周东升.基于Android平台的应用开发研究[J].软件导刊，2011，10（02）：104-106.

作者简介

郭茹博（1997-），男，河北省石家庄市人。大学本科学历。西北民族大学。研究方向为物联网工程。

作者单位

西北民族大学电气工程学院 甘肃省兰州市 730124