本發明涉及一種住宅新風正壓保障系統，特別是涉及一種基于物聯網的應用于廚房、衛生間與其他房間聯動的住宅新風正壓保障系統。

背景技術：

pm2.5、甲醛、tvoc等室內污染物對身體健康的影響越來越受到人們的重視，特別是霧霾天氣直接影響了pm2.5濃度。目前，大部分新建住宅都安裝了室內正壓新風系統，其基本原理為，將室外空氣引入新風處理裝置，通過初效過濾、亞高效過濾和靜電吸附過濾達到很高的pm2.5去除率，再將凈化后的新風送入室內，并保持室內的一定的正壓狀態，一方面防止室外污染物進入室內，另一方面保持一定的滲透換氣次數將室內污染物利用縫隙排出到室外。這種室內正壓新風系統的效果取決于兩個方面：(1)對室外新風的處理效率；(2)房間具有較好的密封性，保持一定的室內正壓。從節能和降低噪聲的角度講，新風處理裝置的送風機一般都可根據pm2.5或tvoc濃度進行自動調節，當室內空氣品質較好的時候，采用較低的送風量。

對于普通單元住宅除了門窗滲透外，還有廚房的抽油煙機和衛生間的排風扇的短時通風。例如，做飯時，通常需要持續30-60分鐘，開啟抽油煙機會快速破壞室內的正壓狀態，整個房間轉變為負壓狀態，門窗的空氣滲透使得室內空氣品質惡化。現有的住宅新風控制系統均為獨立裝置，沒有考慮單元住宅中抽油煙機、排風扇等其它機械通風裝置的影響問題，導致無法保持室內正壓狀態，室外污染物進入，進而無法保證室內空氣品質。

技術實現要素：

鑒于上述原因，本發明的目的在于提供一種基于物聯網的住宅新風正壓保障系統，可利用物聯網云平臺采集抽油煙機、排風機等機械通風裝置的運行狀態信息，自動調節送風機的送風量，同時控制補風執行機構適度補風，以維持室內正壓狀態，保證室內的空氣品質。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于物聯網的住宅新風正壓保障系統，包括新風機控制單元、補風裝置控制單元、抽油煙機狀態檢測單元、排風機狀態檢測單元，

抽油煙機狀態檢測單元用于檢測抽油煙機的檔位狀態信號，并將抽油煙機的檔位狀態信號發送至新風機控制單元、補風裝置控制單元，

排風機狀態檢測單元用于檢測排風機的檔位狀態信號，并將排風機的檔位狀態信號發送至新風機控制單元、補風裝置控制單元，

補風裝置控制單元用于根據抽油煙機的檔位狀態信號和/或排風機的檔位狀態信號，輸出相適應的補風量；新風機控制單元接收抽油煙機的檔位狀態信號和/或排風機的檔位狀態信號，控制送風機輸出一定風量，保證室內維持正壓狀態。

進一步的，

基于物聯網的住宅新風正壓保障系統，還包括室內外壓差檢測單元，用于檢測室內、外壓差信號，并將室內、外壓差信號發送至所述新風機控制單元，當該室、內外壓差信號小于設定的最小壓差閾值時，啟動報警。

所述抽油煙機狀態檢測單元包括第一主控芯片、第一開關量輸入通道、第一無線收發模塊、第一地址配置電路、第一計時器電路，第一地址配置電路用于對抽油煙機的地址及運行狀態進行編碼配置，抽油煙機的檔位開關信號經第一開關量輸入通道發送至第一主控芯片，第一主控芯片將相應的檔位狀態信號、相應的編碼信號、第一計時器的計時信號以抽油煙機的運行狀態信息經第一無線收發模塊發送至所述新風機控制單元及補風裝置控制單元。

所述排風機狀態檢測單元包括第二主控芯片、第二開關量輸入通道、第二無線收發模塊、第二地址配置電路、第二計時器電路，第二地址配置電路用于對排風機的地址及運行狀態進行編碼配置，排風機的檔位開關信號經第二開關量輸入通道發送至第二主控芯片，第二主控芯片將相應的檔位狀態信號、相應的編碼信號、第二計時器的計時信號以排風機的運行狀態信息經第二無線收發模塊發送至所述新風機控制單元及補風裝置控制單元。

所述補風裝置控制單元包括第三主控芯片、補風機構驅動模塊第三無線收發模塊，所述抽油煙機的運行狀態信息和/或排風機的運行狀態信息經第三無線收發模塊傳輸至第三主控芯片，第三主控芯片根據抽油煙機和/或排風機的檔位狀態信號，通過補風執行驅動模塊驅動補風執行機構輸出相適應的補風量。

所述補風裝置控制單元還包括補風檔位反饋模塊，用于根據所述補風執行機構的運行狀態確定所述補風執行機構的運行檔位信息，并將該運行檔位信息經所述第三無線收發模塊發送至所述新風機控制單元。

所述補風執行機構包括閥門式補風機和機械式補風機，對于閥門式補風機，補風機構驅動模塊包括d/a轉換電路、功率放大電路，所述第三主控芯片的控制信號輸出端經d/a轉換電路、功率放大電路與閥門式補風機的控制端相連接；對于機械式補風機，補風機構驅動模塊包括pwm電路、功率放大電路，所述第三主控芯片的控制信號輸出端經pwm電路、功率放大電路與機械式補風機的控制端相連接。

所述第三主控芯片還包括第三存儲模塊，用于存儲檔位調整對照表，第三主控芯片根據接收的抽油煙機和/或排風機的檔位狀態信號，查找該檔位調整對照表，根據查找結果，向相應的補風執行機構輸出相應的控制信號，提供相適應的補風量。

所述新風機控制單元包括第四主控芯片、送風機驅動模塊、靜電吸附控制模塊、pm2.5檢測模塊、人機交互模塊、第四無線收發模塊，pm2.5檢測模塊用于實時監測室內的pm2.5濃度，靜電吸附控制模塊用于對高壓靜電吸附過濾器進行控制，實現啟停控制和電源電壓監測與調節，送風機驅動模塊用于控制送風機的轉速，人機交互模塊包括觸摸屏、報警單元，觸摸屏與第四主控芯片的i/o端相連接，可通過觸摸屏操作控制整個系統，顯示經第四無線收發模塊接收的抽油煙機狀態檢測單元、排風機狀態檢測單元、補風裝置控制單元的運行狀態，室內外壓力值。

本發明的優點是：

本發明的基于物聯網的住宅新風正壓保障系統，在現有室內正壓新風系統的一般功能基礎上，利用物聯網平臺采集抽油煙機、排風機等機械通風裝置的運行狀態信息，減少有線連接對房間的美觀等不利影響；根據抽油煙機、排風機等機械通風裝置的運行狀態，自動調節送風機的送風量，同時控制補風執行機構輸出相適應的補風量，以維持室內正壓狀態，保證室內空氣品質；當室內正壓狀態被破壞時，可及時啟動報警，提示及時檢查房間內空氣泄露位置。

附圖說明

圖1為本發明的住宅新風控制系統布設安裝于房間中的示例圖；

圖2為本發明的抽油煙機狀態檢測單元的結構框圖；

圖3為本發明的排風機狀態檢測單元的結構框圖；

圖4為本發明的補風裝置控制單元的結構框圖；

圖5為本發明的室內外壓差檢測單元的結構框圖；

圖6為本發明的新風機控制單元的結構框圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。

如圖1-6所示，本發明公開的基于物聯網的住宅新風正壓保障系統，包括新風機控制單元1、補風裝置控制單元2、抽油煙機狀態檢測單元3、排風機狀態檢測單元4、室內外壓差檢測單元5。

抽油煙機狀態檢測單元3安裝于廚房抽油煙機的位置，用于檢測抽油煙機的運行狀態信息，并將抽油煙機的運行狀態信息發送至新風機控制單元1及補風裝置控制單元2。如圖2所示，抽油煙機狀態檢測單元3包括第一主控芯片、第一開關量輸入通道、第一無線收發模塊、第一地址配置電路、第一計時器電路、第一存儲模塊、第一時鐘電路、第一電源管理模塊；抽油煙機的檔位開關通過第一開關量輸入通道與第一主控芯片的信號輸入端相連接，第一主控芯片的i/o端分別與第一無線收發模塊、第一地址配置電路、第一存儲模塊相連接，第一計時器電路與第一主控芯片的信號輸入端相連接，為第一主控芯片提供計時信號，第一時鐘電路與第一主控芯片的信號輸入端相連接，為第一主控芯片提供時鐘信號，第一電源管理模塊與第一主控芯片的電源端相連接，為整個單元提供電源電力。第一地址配置電路用于對抽油煙機的地址及運行狀態進行編碼配置(詳見表1)，抽油煙機的檔位開關信號經第一開關量輸入通道發送至第一主控芯片，第一主控芯片將對應的檔位狀態信號、相應的編碼信號、計時信號等以抽油煙機的運行狀態信息形式經第一無線收發模塊發送至新風機控制單元1及補風裝置控制單元2。

排風機狀態檢測單元4安裝于衛生間排風機的位置，用于檢測排風機的運行狀態信息，并將排風機的運行狀態信息發送至新風機控制單元1及補風裝置控制單元2。如圖3所示，排風機狀態檢測單元4包括第二主控芯片、第二開關量輸入通道、第二無線收發模塊、第二地址配置電路、第二計時器電路、第二存儲模塊、第二時鐘電路、第二電源管理模塊；排風機的檔位開關通過第二開關量輸入通道與第二主控芯片的信號輸入端相連接，第二主控芯片的i/o端分別與第二無線收發模塊、第二地址配置電路、第二存儲模塊相連接，第二計時器電路與第二主控芯片的信號輸入端相連接，為第二主控芯片提供計時信號，第二時鐘電路與第二主控芯片的信號輸入端相連接，為第二主控芯片提供時鐘信號，第二電源管理模塊與第二主控芯片的電源端相連接，為整個單元提供電源電力。第二地址配置電路用于對排風機的地址及運行狀態進行編碼配置(參見表1)，排風機的檔位開關信號經第二開關量輸入通道發送至第二主控芯片，第二主控芯片將對應的檔位狀態信號、相應的編碼信號、計時信號等以排風機的運行狀態信息形式經第二無線收發模塊發送至新風機控制單元1及補風裝置控制單元2。

表1抽油煙機和排風機運行狀態編碼格式

補風裝置控制單元2安裝于廚房、衛生間，用于抽油煙機和/或排風機開啟狀態下，對廚房和/或衛生間進行適應性的補風，減少對廚房和衛生間外其它房間的影響，保持室內的正壓狀態，同時，將自己的運行狀態信息發送至新風機控制單元1。如圖4所示，補風裝置控制單元2包括第三主控芯片、補風機構驅動模塊、補風檔位反饋模塊、第三無線收發模塊、第三地址配置電路、第三存儲模塊、第三時鐘電路、第三電源管理模塊；第三主控芯片的i/o端分別與第三無線收發模塊、第三地址配置電路、第三存儲模塊相連接，第三時鐘電路與第三主控芯片的信號輸入端相連接，為第三主控芯片提供時鐘信號，第三電源管理模塊與第三主控芯片的電源端相連接，為整個單元提供電源電力；第三地址配置電路用于對抽油煙機和排風機的地址及運行狀態進行編碼配置(見表1)。

根據廚房和衛生間的結構要求，若廚房、衛生間有窗戶，則補風執行機構可以配置為安裝在窗戶上的電動單葉閥、電動多葉閥或電動閘板閥等閥門式補風機；若廚房、衛生間沒有窗戶或需要過濾空氣，則補風執行機構可以配置為機械式補風機，采用吊頂安裝機械式補風機，利用墻上的孔洞將室外空氣引入機械式補風機。如圖4所示，對于閥門式補風機，補風機構驅動模塊包括d/a轉換電路、功率放大電路，第三主控芯片的控制信號輸出端經d/a轉換電路、功率放大電路與閥門式補風機的控制端相連接。對于機械式補風機，補風機構驅動模塊包括pwm電路、功率放大電路，第三主控芯片的控制信號輸出端經pwm電路、功率放大電路與機械式補風機的控制端相連接。第三主控芯片通過輸出不同的控制信號，可控制實現不同的補風量，具體地說：

補風裝置控制單元2的第三無線收發模塊接收抽油煙機狀態檢測單元3發送的抽油煙機的運行狀態信息，和/或排風機狀態檢測單元4發送的排風機的運行狀態信息，第三主控芯片根據抽油煙機和/或排風機的運行狀態信息，向補風執行機構輸出不同的控制信號。例如，抽油煙機共設0，1，2，3四個檔位，排風機共設0，1，2，3四個檔位；閥門式補風機共設三個開度θ1、θ2、θ3，分別對應抽油煙機或排風機的運行檔位1、2、3(0檔為關閉狀態)，機械式補風機共設三個轉速n1、n2、n3，分別對應抽油煙機或排風機的運行檔位1、2、3；補風裝置控制單元2根據接收的抽油煙機的運行狀態信息，判斷抽油煙機運行于1-3中的任意一檔，根據接收的排風機的運行狀態信息，判斷排風機運行于1-3中的任意一檔，對于閥門式補風機，第三主控芯片根據抽油煙機和/或排風機的運行檔位，經d/a轉換電路、功率放大電路向閥門式補風機輸出0-10v的電壓信號，使得閥門式補風機調整到適應的開度，提供相適應的補風量，對于機械式補風機，經pwm電路、功率放大電路向機械式補風機輸出一定的脈寬信號，使得機械式補風機調整到適應的轉速，提供相適應的補風量。

其中，抽油煙機和/或排風機的運行檔位與補風執行機構的運行檔位(開度/轉速)之間的對應關系，可通過實驗獲得，并根據實驗結果生成包括檔位調整對照表，保存于第三存儲模塊中，該檔位調整對照表可以包括目標風量---補風執行機構的開度/轉速---電壓/pwm---抽煙煙機/排風機的運行檔位，根據接收的抽油煙機和/或排風機的運行狀態信息，查找檔位調整對照表，確定對應的抽煙煙機/排風機的運行檔位，進一步確定控制信號的輸出值，第三主控芯片向相應的補風執行機構輸出相應的控制信號，提供相適應的補風量。

補風檔位反饋模塊用于根據補風執行機構的運行狀態確定補風執行機構的運行檔位信息。對于閥門式補風機，根據第三主控芯片向閥門式補風機輸出的控制信號(如0-10v標準電壓值)，將閥門式補風機的運行檔位編碼劃分為相應的檔位，例如，電壓值為0v編碼為00，閥門式補風機對應關閉狀態；電壓值為2v編碼為01，閥門式補風機運行于1檔；電壓值為4v編碼為10，閥門式補風機運行于2檔；電壓值為6v編碼為11，閥門式補風機運行于3檔。對于機械式補風機，根據機械式補風機的轉速或風速大小，將機械式補風機的運行檔位編碼劃分為相應的檔位，例如，第一轉速值編碼為00，機械式補風機對應關閉狀態；第二轉速值編碼為01，機械式補風機運行于1檔；第三轉速值編碼為10，機械式補風機運行于2檔；第四轉速值編碼為11，機械式補風機運行于3檔(轉速與編碼的關系，根據所選用的風機經過實驗確定)。補風裝置控制單元2將包括補風執行機構的運行檔位信息在內的運行狀態信息經第三無線收發模塊發送至新風機控制單元1。

新風機控制單元1一般放置于客廳，可實現現有室內正壓新風系統的一般功能，其作為物聯網平臺設有物聯網網關，可接收抽油煙機狀態檢測單元、排風機狀態檢測單元、補風裝置控制單元的運行狀態信息，同時，可根據抽油煙機狀態檢測單元3、排風機狀態檢測單元4的運行狀態信息控制送風機的送風量，接收補風裝置控制單元2的運行狀態信息、室內外差壓檢測單元5的檢測信息，顯示各項運行狀態信息并及時發出報警信息，保證室內維持正壓狀態。如圖6所述，新風機控制單元1包括第四主控芯片、送風機驅動模塊、靜電吸附控制模塊、pm2.5檢測模塊、人機交互模塊、第四無線收發模塊、第四地址配置電路、第四存儲模塊、第四時鐘電路、第四電源管理模塊；第四主控芯片的i/o端分別與第四無線收發模塊、第四地址配置電路、第四存儲模塊相連接，第四時鐘電路與第四主控芯片的信號輸入端相連接，為第四主控芯片提供時鐘信號，第四電源管理模塊與第四主控芯片的電源端相連接，為整個單元提供電源電力；第四地址配置模塊用于對抽油煙機和排風機的地址及運行狀態進行編碼配置(見表1)。

pm2.5檢測模塊用于實時監測室內的pm2.5濃度，其包括pm2.5傳感器、信號調理電路、a/d轉換電路，pm2.5傳感器通過信號調理電路、a/d轉換電路與第四主控芯片的數據輸入端相連接；靜電吸附控制模塊用于對高壓靜電吸附過濾器進行控制，實現啟停控制和電源電壓監測與調節，送風機驅動電路用于控制送風機的轉速，一般分為100m3/h、200m3/h、300m3/h三擋，第四主控芯片根據pm2.5檢測模塊檢測的pm2.5濃度信號，控制調節送風機的送風量，當pm2.5濃度較低時，送風機轉速較低，減少送風量，當pm2.5濃度較高時，送風機轉速較高，增加送風量，這部分屬于現有的室內正壓新風系統已經實現的技術，本發明不作詳細說明。

人機交互模塊包括觸摸屏、報警單元，觸摸屏與第四主控芯片的i/o端相連接，可通過觸摸屏操作控制整個系統，同時顯示經第四無線收發模塊接收的抽油煙機狀態檢測單元3、排風機狀態檢測單元3、補風裝置控制單元2的運行狀態，室內外壓力值等，第四主控芯片的控制信號輸出端與報警單元相連接，當室內外壓差小于預設的最小壓差閾值時，啟動報警。本發明的新風機控制單元1還可定時將歷史運行數據發送至云平臺，實現室內空氣質量的監控與管理。

室內外差壓檢測單元5安裝于室內靠窗位置，用于檢測室內、外的壓差數據，并發送至新風機控制單元1，當室內外壓差小于設定的最小壓差閾值時，通過新風機控制單元1的報警單元啟動報警提示。如圖5所示，室內外差壓檢測單元5包括第五主控芯片、壓差檢測模塊、第五無線收發模塊、第五地址配置電路、第五存儲模塊、第五計時器電路、第五時鐘電路、第五電源管理模塊；第五主控芯片的i/o端分別與第五無線收發模塊、第五地址配置電路、第五存儲模塊相連接，第五計時器電路與第五主控芯片的信號輸入端相連接，為第五主控芯片提供計時信號，第五時鐘電路與第五主控芯片的信號輸入端相連接，為第五主控芯片提供時鐘信號，第五電源管理模塊與第五主控芯片的電源端相連接，為整個單元提供電源電力；第五地址配置模塊用于對抽油煙機和排風機的地址及運行狀態進行編碼配置(見表1)。

壓差檢測模塊用于采集室內外微壓差信號，其包括微壓差傳感器、信號調理電路、a/d轉換電路，微壓差傳感器通過信號調理電路、a/d轉換電路與第五主控芯片的數據輸入端相連接。壓差檢測模塊采集的室內外微壓差信號經第五無線收發模塊發送至新風機控制單元1，新風機控制單元1將接收的微壓差信號與保存的最小壓差閾值進行比較，若小于最小壓差閾值，則啟動報警單元進行報警提示。

上述各主控芯片可采用stm32f103v型單片機，各無線收發模塊可采用cc2420型芯片，用于zigbee網絡的射頻發送和傳輸，也可采用tlg09ua01型wi-fi模塊，適用于帶有uart接口的設備環境中，符合stm32的接口要求。各電源管理模塊一方面將輸入的交流電進行整流濾波穩壓以提供多種電源，另一方面還可管理鋰電池充電。

本發明的基于物聯網的住宅新風正壓保障系統的工作原理及過程是：

1、正常工況(未開啟抽油煙機和排風機)

當房間處于封閉狀態且抽油煙機和排風機處于關閉狀態時，室外新風經過新風機控制單元1處理后，達到一定潔凈度送入室內，使室內形成一定正壓，以一定的換氣次數將室內污染物利用縫隙排出到室外。新風機控制單元1可根據pm2.5或tvoc濃度進行自動調節，根據當前室內空氣質量，調節適當的送風量。新風機控制單元1實時接收、監測補風裝置控制單元2、抽油煙機狀態檢測單元3、排風機狀態檢測單元4、室內外壓差檢測單元5的運行狀態及檢測信息。

2、聯動工況(抽油煙機和/或排風機開啟)

當廚房的抽油煙機和/或衛生間的排風機啟動時，抽油煙機狀態檢測單元3將抽油煙機的運行狀態信息、和/或排風機狀態檢測單元4將排風機的運行狀態信息，經相應的無線收發模塊發送至相應的補風裝置控制單元2和新風機控制單元1；補風裝置控制單元2根據接收的抽油煙機和/或排風機的運行狀態信息，控制補風執行機構動作，提供適應的補風量，使得抽油煙機和/或排風機的使用能夠減少對廚房和/或衛生間之外房間的影響；新風機控制單元1接收抽油煙機、和/或排風機的運行狀態信息，自動將送風機調節到最大送風量，接收補風執行機構的運行狀態信息，接收室內外差壓檢測單元5檢測的微壓差數據，經觸摸屏顯示各項數據。

當抽油煙機狀態檢測單元3和排風機狀態檢測單元4的運行狀態信息為關閉時，補風裝置控制單元2控制補風執行機構自動進入關閉狀態，新風機控制單元1控制送風機延遲5s后，進入新風機正常工況。

3、正壓破壞報警

室內外壓差檢測單元5實時檢測室內外壓差，并將檢測的微壓差信號通過第五無線收發模塊發送至新風機控制單元1。新風機控制單元1將接收的微壓差信號與保存的最小壓差閾值進行比較，若小于最小壓差閾值，則啟動報警單元進行報警提示，提示正壓破壞，請檢查補風執行機構和門窗泄露；若室內外壓差低于最小壓差閾值，且抽油煙機、排風機、補風執行機構運行狀態均處于關閉狀態，則進一步提示請檢查門窗泄露。

以上所述是本發明的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，任何基于本發明技術方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發明保護范圍之內。