本發(fā)明涉及空氣質(zhì)量檢測技術(shù)以及智能家居這兩大領(lǐng)域，具體涉及的是一種基于智能發(fā)光由織物制成的家居用品（例如抱枕）的室內(nèi)PM2.5實時檢測控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

室外空氣質(zhì)量往往可以通過肉眼觀察或查詢空氣質(zhì)量報告來了解，但室內(nèi)的空氣質(zhì)量卻很難通過肉眼判斷，因此很多人誤以為室內(nèi)空氣污染比室外少，導(dǎo)致室內(nèi)很多污染源未能引起足夠重視，比如廚房油煙，打掃衛(wèi)生時地毯、地板上的細微顆粒等。上海市環(huán)境產(chǎn)業(yè)保護協(xié)會實驗結(jié)果顯示，在廚房煎完3個雞蛋后，廚房內(nèi)的PM2.5平均濃度立刻達到315微克/立方米。

PM2.5指的是直徑比較小的顆粒物，具有以下特點：粒徑較小，表面積較大，活性很強，容易附帶有毒、有害的物質(zhì)，并且可以長時間地停留在空氣中，因此它們對大氣環(huán)境質(zhì)量以及人體健康都有著很嚴重的影響。報告顯示，由于現(xiàn)代人70%～90%的時間處于室內(nèi)，人體健康與室內(nèi)空氣質(zhì)量息息相關(guān)，室內(nèi)PM2.5污染對人的影響更顯著，人均室內(nèi)暴露量和潛在劑量為室外的4倍，PM2.5吸入量室內(nèi)占八成。一旦所以直徑小于2.5微米的顆粒進入人體后，會堵塞人體的微循環(huán)，并直接堵塞肺，造成肺活量的減少，肺硬化。如果長期處于受污染的空氣中，易患支氣管炎、哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病，甚至導(dǎo)致肺癌，還會影響心血管系統(tǒng)、降低心臟供血能力等。所以建立一種室內(nèi)PM2.5檢測系統(tǒng)，提醒用戶時刻關(guān)注自己家里的空氣質(zhì)量問題勢在必行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：實現(xiàn)對室內(nèi)空氣質(zhì)量的檢測及預(yù)警。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于智能發(fā)光家居用品的室內(nèi)PM2.5實時檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

傳感器模塊，用于檢測目標區(qū)域的PM2.5顆粒物濃度；

PM2.5主控制器模塊，用于實時獲取傳感器模塊的PM2.5顆粒物濃度數(shù)據(jù)，并根據(jù)PM2.5顆粒物濃度數(shù)據(jù)判斷當前的空氣質(zhì)量；

由普通紡織纖維材料和光纖材料混合編織成的智能發(fā)光織物所制成的家居用品，在該家居用品內(nèi)設(shè)有發(fā)光單元及從控制電路單元，從控制電路單元根據(jù)主控制器模塊給出的不同的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)控制發(fā)光單元發(fā)出不同顏色變化的光，光照亮家居用品中所含的光纖材料后使得家居用品呈現(xiàn)對應(yīng)的顏色變化，使用者根據(jù)不同的顏色變化判斷當前的空氣質(zhì)量。

優(yōu)選地，將所述目標區(qū)域劃分為不同的子區(qū)域，在每個子區(qū)域內(nèi)均放置至少一個所述傳感器模塊及至少一個所述家居用品，所有傳感器模塊及所有家居用品均與所述主控制器模塊建立數(shù)據(jù)通信。

優(yōu)選地，所述傳感器模塊與所述PM2.5主控制器模塊間，及所述PM2.5主控制器模塊與所述家居用品的從控制電路單元間通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

優(yōu)選地，所述無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用ZigBee無線通信技術(shù)實現(xiàn)。

優(yōu)選地，所述PM2.5主控制器模塊包括主控制器及室內(nèi)空氣凈化裝置，主控制器根據(jù)空氣質(zhì)量來控制室內(nèi)空氣凈化裝置，以降低目標區(qū)域的PM2.5顆粒物濃度。

優(yōu)選地，所述從控制電路單元包括從控制器、耦合器、無線通信單元、電源單元；所述發(fā)光單元采用高亮度的LED燈；

從控制器分別與高亮度的LED燈、無線通信單元相連接，耦合器連接織物中的光纖材料和高強度的LED燈，由電源單元為從控制器、無線通信單元、LED燈提供工作電壓，從控制器通過無線通信單元獲取空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來控制LED燈的顏色變化以及動態(tài)節(jié)奏，進而LED燈照亮交織在織物中的光纖材料后，家居用品也呈現(xiàn)對應(yīng)的顏色和動態(tài)節(jié)奏的變化。

優(yōu)選地，正常開啟時，所述家居用品發(fā)光抱枕呈現(xiàn)紅、綠、藍三種顏色并以正常速度輪回交替；當空氣質(zhì)量為優(yōu)時，所述家居用品呈現(xiàn)柔和的藍光和綠光緩慢地輪回交替；當空氣質(zhì)量為良時，所述家居用品呈現(xiàn)明亮的黃光和綠光正常地輪回交替；當空氣質(zhì)量為污染時，所述家居用品呈現(xiàn)強烈的紅光和黃光快速地輪回交替。

本發(fā)明專利的突出效果在于：

1、本發(fā)明專利設(shè)計應(yīng)用ZigBee無線通信技術(shù)聯(lián)結(jié)PM2.5主控制器模塊、傳感器模塊、智能顯示模塊（智能發(fā)光抱枕），實現(xiàn)各模塊隨處安放，移動便捷，方便用戶在不同位置觀察室內(nèi)任意位置的PM2.5數(shù)值和空氣質(zhì)量狀況，實現(xiàn)系統(tǒng)的靈活性。

2、本發(fā)明專利設(shè)計應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，編程設(shè)計高強度LED燈的動態(tài)顯示，使抱枕發(fā)光狀態(tài)反映室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量。利用智能發(fā)光織物中光纖發(fā)光狀態(tài)可控的特性，以家居環(huán)境中常見的抱枕為載體，控制LED燈及光纖材料的發(fā)光特性，進而使抱枕動態(tài)地呈現(xiàn)不同的發(fā)光狀態(tài)（顏色，亮度和變化頻率），以此反映當前環(huán)境的PM2.5濃度值和空氣質(zhì)量，實現(xiàn)了普通抱枕智能化，達到抱枕與家居環(huán)境質(zhì)量智能互動的目的。

3、本發(fā)明專利設(shè)計結(jié)合信息技術(shù)和紡織面料設(shè)計技術(shù)，設(shè)計了基于智能發(fā)光織物的顯示模塊（即發(fā)光抱枕）。該智能發(fā)光織物將普通紡織纖維材料和光纖材料混合編織，由此制成的智能顯示模塊色彩絢麗，顏色變化豐富。與普通的LED屏幕或單純用光纖材料做成的顯示器相比，手感柔軟，觸感舒適，是一種與人友好的“顯示界面”。

附圖說明

圖1、基于智能發(fā)光抱枕的室內(nèi)PM2.5實時檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2、傳感器模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖3、灰塵傳感器工作原理圖；

圖4、PM2.5主控制器模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖5、智能顯示模塊（智能發(fā)光抱枕）模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖6、 PM2.5主控制器工作流程圖。

具體實施方式

下面參照附圖說明和具體實施示例，對本發(fā)明專利所述的基于智能發(fā)光抱枕的室內(nèi)PM2.5檢測控制系統(tǒng)作進一步的說明：

參照附圖1，基于智能發(fā)光抱枕的室內(nèi)PM2.5實時檢測控制系統(tǒng)，主要包括傳感器模塊、PM2.5主控制器模塊、智能顯示模塊（智能發(fā)光抱枕）這三大部分，傳感器模塊分布在家中不同的房間內(nèi)，實時檢測室內(nèi)空氣中的PM2.5顆粒物含量，通過ZigBee無線通信模塊將檢測到數(shù)據(jù)傳送給PM2.5主控制器模塊，主控制模塊處理完數(shù)據(jù)后通過ZigBee無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳送給智能顯示模塊，智能顯示模塊主要是指內(nèi)嵌集成電路的智能發(fā)光抱枕，系統(tǒng)正常開啟時，發(fā)光抱枕呈現(xiàn)紅，綠，藍三種顏色并以正常速度輪回交替；空氣質(zhì)量為優(yōu)時，發(fā)光抱枕呈現(xiàn)柔和的藍光和綠光緩慢地輪回交替；空氣質(zhì)量為良時，發(fā)光抱枕呈現(xiàn)明亮的黃光和綠光正常地輪回交替；空氣質(zhì)量為污染時，發(fā)光抱枕呈現(xiàn)強烈的紅光和黃光快速地輪回交替，提醒用戶及時采取凈化室內(nèi)空氣的措施，例如打開窗戶通風(fēng)、暫時離開房間等，并且PM2.5主控制模塊也會自動啟動空氣凈化器裝置。

參照附圖2，展示的是傳感器模塊的結(jié)構(gòu)圖，主要包括灰塵傳感器、從控制器、ZigBee無線通信、電源單元，從控制器分別與灰塵傳感器、電源單元、ZigBee無線通信連接，從控制器獲取灰塵傳感器采集的PM2.5濃度數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信技術(shù)傳送給PM2.5主控制器模塊。

參照附圖3，展示的是灰塵傳感器的工作原理圖，圖中1為灰塵顆粒，2為光敏元件，3為光線傳輸口，4為發(fā)光二極管。主要是利用光敏原理來檢測出空氣中特別細小的顆粒，例如香煙顆粒、塵埃等，傳感器有一組發(fā)射與接收紅外線的二極管，當通風(fēng)口沒有細小顆粒物的存在的時候，經(jīng)過放大電路輸出的脈沖的高度是不變的，當通風(fēng)口處存在細小顆粒物，光敏元器件之間正常的紅外線就會受到干擾，輸出脈沖就會有所變化，從而可以通過該傳感器的輸出脈沖高度來判斷傳感器檢測到顆粒物濃度。

參照附圖4，展示的是PM2.5主控制器模塊的結(jié)構(gòu)圖，主要包括主控制器、電源單元、繼電器、ZigBee無線通信、室內(nèi)空氣凈化裝置。主控制器分別與電源單元、繼電器、ZigBee無線通信連接，繼電器與室內(nèi)空氣凈化裝置連接，主控制器通過ZigBee無線通信技術(shù)接收傳感器模塊通過傳來的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算后將數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信傳送給智能顯示模塊。同時一旦處理完的數(shù)據(jù)PM2.5濃度值超標，主控制器自動控制開啟室內(nèi)空氣凈化裝置。

參照附圖5，展示的是智能顯示模塊（智能發(fā)光抱枕）的結(jié)構(gòu)圖，智能顯示模塊是指由普通紡織纖維材料和光纖材料混合編織成的智能發(fā)光織物所制成抱枕，其內(nèi)部嵌有集成電路。主要包括從控制器、高亮度的LED燈、ZigBee無線通信、電源單元、耦合器。從控制器分別和高亮度的LED燈、ZigBee無線通信、電源單元連接，耦合器連接織物中的光纖和高強度的LED燈，從控制器通過無線通信獲取PM2.5濃度數(shù)據(jù)來控制LED燈的顏色變化以及動態(tài)節(jié)奏，進而LED燈照亮交織在織物中的光纖后，抱枕也會呈現(xiàn)對應(yīng)的顏色和動態(tài)節(jié)奏的變化。高亮度的LED燈內(nèi)部是由紅、綠、藍三種顏色的燈珠組成，采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式控制三種顏色燈珠的輸入平均電壓，通過給紅、綠、藍三種顏色的燈珠分配不同比例的電壓會使這三種燈珠發(fā)出的顏色亮度不同，三色混合可使LED燈呈現(xiàn)各種顏色的光，比如：淡綠光、深綠色、淡藍色、深藍色等。通過控制每種顏色的發(fā)光時間頻率，使LED燈光顏色呈現(xiàn)動態(tài)交替變化的效果。

PM2.5主控制器模塊實現(xiàn)對傳感器模塊檢測數(shù)據(jù)的接收、經(jīng)計算處理數(shù)據(jù)后執(zhí)行空氣凈化器的開關(guān)決策操作以及實時將數(shù)據(jù)傳送給智能顯示模塊顯示，主控制器與傳感器模塊和智能顯示模塊采用ZigBee無線通信技術(shù)通訊，而與空氣凈化器通過簡單的串口進行開關(guān)通訊。PM2.5主控制器工作流程如圖5所示，其步驟如下：

（1）主控制器經(jīng)上電初始化后，初始化主控上連接的ZigBee通訊協(xié)調(diào)器；

（2）協(xié)調(diào)器初始化ZigBee網(wǎng)絡(luò)并且自行判斷組網(wǎng)是否成功，等待ZigBee通訊子節(jié)點的接入；

（3）協(xié)調(diào)器檢測PM2.5傳感器模塊節(jié)點是否加入網(wǎng)絡(luò)；

（4）協(xié)調(diào)器檢測智能顯示模塊節(jié)點是否加入網(wǎng)絡(luò)；

（5）當檢測到PM2.5傳感器模塊節(jié)點和智能顯示模塊節(jié)點都加入網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)才算成功搭建，否則循環(huán)等待節(jié)點加入；

（6）周期性實時地接收PM2.5傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過ZigBee無線通信傳送給智能顯示模塊（智能發(fā)光抱枕）顯示。并判斷當前PM2.5濃度是否超標；

（7）主控制器判斷當前PM2.5濃度是否超標，一旦檢測到PM2.5濃度超標時，自動啟動空氣凈化裝置。

傳感器模塊節(jié)點工作流程圖如圖6所示，其步驟如下：

（1）傳感器模塊節(jié)點上電初始化；

（2）傳感器模塊節(jié)點根據(jù)初始設(shè)置自動搜索到對應(yīng)的ZigBee網(wǎng)段，并請求加入該網(wǎng)段；

（3）判斷傳感器模塊節(jié)點是否入網(wǎng)成功，如果入網(wǎng)失敗則重新進行入網(wǎng)申請；

（4）節(jié)點成功加入ZigBee網(wǎng)段后，該節(jié)點的傳感器模塊將實時檢測的PM2.5濃度值通過ZigBee無線通訊周期性實時地發(fā)送給主控制器的ZigBee協(xié)調(diào)器；

（5）判斷數(shù)據(jù)發(fā)送成功與否，若數(shù)據(jù)發(fā)送失敗則返回繼續(xù)數(shù)據(jù)重傳。

智能顯示模塊節(jié)點工作步驟如下：

（1）智能顯示模塊節(jié)點上電初始化后；

（2）智能顯示模塊節(jié)點會根據(jù)初始設(shè)置自動搜索到對應(yīng)的ZigBee網(wǎng)段，并請求加入該網(wǎng)段；

（3）判斷節(jié)點是否入網(wǎng)成功，如果入網(wǎng)失敗則重新進行入網(wǎng)申請；

（4）節(jié)點成功加入ZigBee網(wǎng)段后，智能顯示模塊節(jié)點周期性實時地接收來自主控制器的數(shù)據(jù)；

（5）智能抱枕節(jié)點經(jīng)計算處理數(shù)據(jù)后，控制高強度LED燈的顏色以及動態(tài)節(jié)奏，直觀新穎地反映室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。