一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器论文和设计-程卓

全文摘要

本实用新型公开了一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，包含：控制器以及分别与控制器分别连接的红外热传感器阵列、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、粉尘颗粒传感器、空气加湿单元、负离子发生器单元、空气加热单元以及除尘单元。本实用新型通过提供一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器,功能齐全，只需一台设备就可以实现多能功能，智能化程度高，能够很好的满足人们日常的使用需求，用户体验性好。

主设计要求

1.一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，包含：控制器；红外热传感器阵列，连接控制器，用于测量人体温度，从而检测出人体活动量的变化；其中，温度越高，表征活动量越大；湿度传感器，连接控制器，用于检测空气的湿度；二氧化碳浓度传感器，连接并受控于控制器，用于检测空气中二氧化碳浓度；粉尘颗粒传感器，连接并受控于控制器，用于检测空气中粉尘颗粒的含量；空气加湿单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行加湿；负离子发生器单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下向空气中增加负离子；空气加热单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行加热；除尘单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行除尘，降低空气中粉尘颗粒的含量；所述控制器用于获取红外热传感器阵列、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器及粉尘颗粒传感器的检测数据，并分别控制空气加湿单元、负离子发生器单元、空气加热单元及除尘单元的工作状态。

设计方案

1.一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，包含：

控制器；

红外热传感器阵列，连接控制器，用于测量人体温度，从而检测出人体活动量的变化；其中，温度越高，表征活动量越大；

湿度传感器，连接控制器，用于检测空气的湿度；

二氧化碳浓度传感器，连接并受控于控制器，用于检测空气中二氧化碳浓度；

粉尘颗粒传感器，连接并受控于控制器，用于检测空气中粉尘颗粒的含量；

空气加湿单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行加湿；

负离子发生器单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下向空气中增加负离子；

空气加热单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行加热；

除尘单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行除尘，降低空气中粉尘颗粒的含量；

所述控制器用于获取红外热传感器阵列、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器及粉尘颗粒传感器的检测数据，并分别控制空气加湿单元、负离子发生器单元、空气加热单元及除尘单元的工作状态。

2.根据权利要求1所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，所述控制器还连接一触摸式显示屏，用于显示多功能空气净化器的检测参数和运行状态，以及进行多功能空气净化器的运行状态的控制。

3.根据权利要求1所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，所述控制器还连接一无线通信单元，用于与手机进行通信连接，以在手机上显示多功能空气净化器的检测参数和运行状态，接受手机对多功能空气净化器的运行状态的控制。

4.根据权利要求3所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，所述无线通信单元为wifi模块或者蓝牙模块。

5.根据权利要求1所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，所述控制器为STM32系列的STM32F103ZET6单片机。

6.根据权利要求1所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，还包括电源模块，用于在所述多功能空气净化器通过电源线插接交流市电后，将交流市电转换为所述多功能空气净化器工作所需的电源。

7.根据权利要求5所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，所述红外热传感器阵列具有32*24像素，型号为远红外热传感器阵列MLX90640。

8.根据权利要求7所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，MLX90640采用4引脚TO39封装，4个引脚分比为：SCL、SDA、VCC、GND；其中SCL和SDA分别为时钟线和数据线，VCC为3.3V电源线，GND为地线，其中SCL引脚与控制器STM32F103ZET6的PB6相连，SDA引脚与控制器STM32F103ZET6的PB7相连。

9.根据权利要求1所述的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器，其特征在于，所述控制器还连接有一音频模块，用于在所述控制器根据红外热传感器阵列检测的人体温度判断人体开始进入睡眠时，在所述控制器的控制下播放预设的音乐。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及到空气净化设备技术领域，具体的涉及到一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器。

背景技术

现有多功能空气净化器大部分需要手动对工作状态进行调控，无法满足人们对自动化调整工作状态的要求。同时目前的空气净化器的功能普遍较为单一，往往只具有单一功能或者很少的功能，无法满足人们对于空气净化器的使用需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中目前的空气净化器的功能普遍较为单一，往往只具有单一功能或者很少的功能，无法满足人们对于空气净化器的使用需求的缺陷，提供了一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器。

本实用新型所提供的一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器包含：

控制器；

红外热传感器阵列，连接控制器，用于测量人体温度，从而检测出人体活动量的变化；其中，温度越高，表征活动量越大；

湿度传感器，连接控制器，用于检测空气的湿度；

二氧化碳浓度传感器，连接并受控于控制器，用于检测空气中二氧化碳浓度；

粉尘颗粒传感器，连接并受控于控制器，用于检测空气中粉尘颗粒的含量；

空气加湿单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行加湿；

负离子发生器单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下向空气中增加负离子；

空气加热单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行加热；

除尘单元，连接并受控于控制器，用于在控制器的控制下对空气进行除尘，降低空气中粉尘颗粒的含量。

多功能空气净化器启动工作后，所述控制器根据湿度传感器检测的空气湿度自动控制空气加湿单元使得空气湿度处于一个预设发的范围内，并在粉尘颗粒传感器检测到空气中粉尘颗粒的含量高于预设值时，自动启动除尘单元降低空气中粉尘颗粒的含量；所述空气加热单元以及所述负离子发生器单元在所述红外热传感器阵列检测到的人体温度未超过预设范围时被启动后，持续进行工作，而所述控制器在所述红外热传感器阵列检测到的人体温度超过预设范围时，控制空气加热单元降低对空气进行加热的程度和\/或控制负离子发生器单元增加空气中的负离子的产生速度。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，所述控制器还连接一触摸式显示屏，用于显示多功能空气净化器的检测参数和运行状态，以及进行多功能空气净化器的运行状态的控制。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，所述控制器还连接一无线通信单元，用于与手机进行通信连接，以在手机上显示多功能空气净化器的检测参数和运行状态，接受手机对多功能空气净化器的运行状态的控制。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，所述无线通信单元为wifi模块或者蓝牙模块。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，所述控制器还根据红外热传感器阵列的检测数据判断是否有人，若没有，则控制所述多功能空气净化器处于休眠模式。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，所述控制器为STM32系列的STM32F103ZET6单片机。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，还包括电源模块，用于在所述多功能空气净化器通过电源线插接交流市电后，将交流市电转换为所述多功能空气净化器工作所需的电源。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，所述红外热传感器阵列具有32*24像素，型号为远红外热传感器阵列MLX90640。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，MLX90640采用4引脚TO39封装，4个引脚分比为：SCL、SDA、VCC、GND；其中SCL和SDA分别为时钟线和数据线，VCC为3.3V电源线，GND为地线，其中SCL引脚与控制器STM32F103ZET6的PB6相连，SDA引脚与控制器STM32F103ZET6的PB7相连。

进一步地，在本实用新型的基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器中，所述控制器还连接有一音频模块，用于在所述控制器根据红外热传感器阵列检测的人体温度判断人体开始进入睡眠时，在所述控制器的控制下播放预设的音乐。

本实用新型通过提供一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器,尤其是基于远红外热传感器阵列，本实用新型通过提供一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器,功能齐全，只需一台设备就可以实现多能功能，智能化程度高，能够很好的满足人们日常的使用需求，用户体验性好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的系统总体框架图。

图2是红外热传感器阵列的工作原理图。

图3是红外热传感器阵列与控制器的连接图。。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

请参考图1，本实用新型所提供的一种基于红外热传感器阵列11的多功能空气净化器A包含：

控制器10；

红外热传感器阵列11，连接控制器10，用于测量人体温度，从而检测出人体活动量的变化；其中，温度越高，表征活动量越大；

湿度传感器12，连接控制器10，用于检测空气的湿度；

二氧化碳浓度传感器13，连接并受控于控制器10，用于检测空气中二氧化碳浓度；

粉尘颗粒传感器14，连接并受控于控制器10，用于检测空气中粉尘颗粒的含量；

空气加湿单元15，连接并受控于控制器10，用于在控制器10的控制下对空气进行加湿；

负离子发生器单元17，连接并受控于控制器10，用于在控制器10的控制下向空气中增加负离子；

空气加热单元16，连接并受控于控制器10，用于在控制器10的控制下对空气进行加热；

除尘单元18，连接并受控于控制器10，用于在控制器10的控制下对空气进行除尘，降低空气中粉尘颗粒的含量。

多功能空气净化器A启动工作后，所述控制器10根据湿度传感器12检测的空气湿度自动控制空气加湿单元15使得空气湿度处于一个预设发的范围内，并在粉尘颗粒传感器14检测到空气中粉尘颗粒的含量高于预设值时，自动启动除尘单元18降低空气中粉尘颗粒的含量；所述空气加热单元16以及所述负离子发生器单元17在所述红外热传感器阵列11检测到的人体温度未超过预设范围时被启动后，持续进行工作，而所述控制器10在所述红外热传感器阵列11检测到的人体温度超过预设范围时，控制空气加热单元16降低对空气进行加热的程度和\/或控制负离子发生器单元17增加空气中的负离子的产生速度。

在本实用新型的其他实施例中，控制器10还分别连接二氧化碳浓度传感器13、触摸式显示屏19、无线通信模单元20以及音频模块21。二氧化碳浓度传感器13用于检测空气中的二氧化碳浓度，在浓度过高是，控制器10控制多功能空气净化器A与外界进行空气交换。触摸式显示屏19用于显示多功能空气净化器A的检测参数和运行状态，以及进行多功能空气净化器A的运行状态的控制。无线通信模单元20用于与手机B进行通信连接，以在手机B上显示多功能空气净化器A的检测参数和运行状态，接受手机B对多功能空气净化器A的运行状态的控制，无线通信模单元20为wifi模块或者蓝牙模块。音频模块21用于在所述控制器10根据红外热传感器阵列11检测的人体温度判断人体开始进入睡眠时，在所述控制器10的控制下播放预设的音乐。

优选地，控制器10还根据红外热传感器阵列11的检测数据判断是否有人，若没有，则控制所述多功能空气净化器A处于休眠模式。

控制器10模块采用低成本、低功耗和高效率的STM32系列的STM32F103ZET6单片机，工作电压3.3V，具有卓越的计算性能、先进的中断系统响应和丰富的通信接口，可以对所述数据采集模块采集到的数据进行快速计算，并实时控制空气净化模块各单元的工作状态。

红外热传感器阵列11采用的是Melexis公司的红外热传感器阵列11MLX90640来进行工作区域内是否存在用户的监测和人体活动量的实时数据采集。MLX90640的工作原理如图2所示。它是一种32*64像素的器件，工作温度范围为-40℃至85℃，可测量的物体温度范围为-40℃至300℃。该红外传感器在整个测量范围内保持高精度水平，可提供±1℃的典型目标物体温度精度。它还具有出色的噪声性能。不同于微测热辐射计替代品，传感器不需要频繁的重新校准，从而确保连续监测、降低系统成本。如图3所示，所述控制器10与MLX90640通过I2C接口相连。MLX90640包含768个FIR像素，集成用于测量芯片的环境温度的环境传感器、测量芯片的工作电压(VDD)的电源传感器和必需的光学元件。所有红外(IR)传感器的输出，环境温度(Ta)和工作电压(VDD)均保存在内部RAM，可通过I2C接口访问。

红外热传感器阵列11与控制器10连接如图3所示，MLX90640采用紧凑型4引脚TO39封装，集成了必要的光学元件，4个引脚分比为：SCL、SDA、VCC、GND。其中SCL和SDA分别为时钟线和数据线。VCC为3.3V电源线，GND为地线。其中SCL引脚与控制器10STM32F103ZET6的PB6相连，SDA引脚与控制器10STM32F103ZET6的PB7相连。

湿度传感器12采用HF3223湿度传感器12、二氧化碳浓度传感器13采用环境监测MH-Z14A二氧化碳气体传感器、粉尘颗粒传感器14采用GP2Y1010AUOF粉尘传感器。

触摸式显示屏19，显示内容包括当前日期、室外温度、空气质量并具有睡眠模式选项，用户可通过触摸显示屏与多功能空气净化器A进行人机交互，使用户在无线通信质量不佳的情况下也能对净化器的工作状态进行查询和调整。

音频模块21是基于控制器10所设计的助眠音乐播放器，MP3文件存储在SD卡上，由控制器10读取数据并送到VS1003音频解码模块解码，通过扬声器输出。

当用户需要对多功能空气净化器A的工作状态进行查询或工作模式进行选择的时候，可以直接通过移动终端设备上的APP进行远程访问及控制。

作为一个实例，用户A首次给基于红外热传感器阵列11的多功能空气净化器A接通电源后，多功能空气净化器A各模块在控制器10的控制下进入工作模式。

数据采集模块中的红外热传感器阵列11自动采集用户A的身体温度和环境温度的数据并将采集到的数据实时传送给控制器10；数据采集模块中的湿度传感器12对周围环境的湿度的数据进行采集并传送给控制器10；数据采集模块中的二氧化碳浓度传感器13将采集到的环境中的CO_{2<\/sub>浓度的数据传送给控制器10；数据采集模块中的粉尘颗粒传感器14将采集到的空气中的粉尘颗粒物浓度的数据传送给控制器10。}

控制器10在接收到数据采集模块各传感器传送回来的数据后，进行计算处理，根据计算结果给空气净化模块不同的单元发送不同的控制指令。

若控制器10判断湿度传感器12采集的数据计算结果超出设定范围，则控制器10给空气净化模块中的空气加湿单元15发送开始工作的指令；若控制器10判断湿度传感器12采集的数据计算结果在设定范围内，则控制器10给空气净化模块中的空气加湿单元15发送停止工作的指令。

若控制器10判断二氧化碳浓度传感器13采集的数据计算结果为CO_{2<\/sub>浓度超出设定范围，则控制器10给空气净化模块中的负离子发生器单元17发送开始工作的指令；若控制器10判断二氧化碳浓度传感器采集的数据计算结果在设定范围内，则控制器10给空气净化模块中的负离子发生器单元17发送停止工作的指令。}

若控制器10判断粉尘颗粒传感器14采集的数据计算结果超出设定范围，则控制器10给空气净化模块中的除尘单元18发送开始工作的指令；若控制器10判断粉尘颗粒传感器14采集的数据计算结果在设定范围内，则控制器10给空气净化模块中的除尘单元18发送停止工作的指令。

控制器10根据红外热传感器阵列11采集到的人体温度和环境温度的数据，判断空气加热单元16是工作在送风模式还是送风+加热模式。当环境温度和人体温度在空气净化模块的工作下达到设定范围时，控制器10将根据红外热传感器阵列11实时采集到的数据进行计算，判断用户A的活动量。当用户A的活动量较大时，控制器10通过控制空气加热单元16和负离子发生器单元17，降低环境温度并增加空气中的负离子成分。当用户A的活动量较小时，控制器10控制各单元的进行间歇式工作，达到节能的目的。

当用户A离开时，控制器10通过红外热传感器阵列11实时采集的数据判断工作区域内无用户，则给除了红外热传感器阵列11之外各模块发送停止工作的指令。

夜间，用户A可通过行走轮将多功能空气净化器A移动到卧室，并通过触摸显示屏或手机APP实现与多功能空气净化器A的人机交互。用户不仅可通过触摸显示屏了解当前日期、室外温度、空气质量或选择睡眠模式，还可在有WIFI信号的情况下通过手机APP对当前日期、室外温度、空气质量进行查询，远程控制空气进化器进入睡眠模式。

当用户A选择睡眠模式时，控制器10除了对数据采集模块的数据进行计算处理，控制空气净化模块的工作外。还将对红外热传感器阵列11采集的数据进一步进行分析，判断是否需要控制音频模块21进行助眠音乐的播放。

睡眠模式下人体活动量的监测与一般工作模式下选取的判定范围不同。一般工作模式下，控制器10对红外热传感器阵列11采集的数据实时接收和处理，并根据计算结果发送控制指令；睡眠模式下，控制器10每10分钟对接收到的红外热传感器阵列11采集的数据进行一次处理，并将计算结果与设置的睡眠状态良好对应的标准活动量的范围进行比较。计算处理之后，若判断用户活动量超出设定范围，则判断用户睡眠质量不佳，控制器10给音频模块21发送开始工作的指令，音频模块21开始播放助眠音乐；若控制器10判断用户活动量在设定范围之内，则判断用户睡眠质量良好，控制器10给音频模块21发送停止工作的指令。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

设计图

一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器论文和设计

一种基于红外热传感器阵列的多功能空气净化器论文和设计-程卓

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