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摘要：针对目前智能空气净化系统设计应用的问题缺陷，文章分析了ZigBee无线技术应用于其中的方法，并提出了优化控制的设计策略。其目的是为相关建设者提供一些理论依据。
关键词：智能空气净化系统设计；ZigBee无线技术；PM2.5传感器
0.引言：
科学技术水平的不断提升，使得人们对建筑行业的智能化需求越来越大。然而，作为实现建筑业可持续性发展目标的智能空气净化系统，其在设计实践进程中，存在一定缺陷，即无法准确掌握PM2.5的检测效果。基于此，相关建设人员应加大ZigBee无线技术的研究力度，即在明确其实际应用方法的前提下，找出作用于实践设计的控制策略。这是满足现代化经济建设背景下建筑行业快速稳定发展需求的重要课题，研究人员应将其重视起来，以服务于当前的市场环境。
1.研究智能空气净化系统设计中ZigBee无线技术应用的现实意义
随着建筑行业发展建设可持续进程的不断加快，充分体现科学技术的智能化建筑已经走入当前的市场环境。其中智能家居，能够将多种技术结合起来，从而形成一个控制系统理念，成为了未来家居业的重要发展方向。而作为智能家居中的重要组成部分，空气净化系统，是控制PM2.5对人体带来影响的关键。然而，系统设计对大气颗粒物的控制研究和检测方法仍处于起步阶段，这就弱化了智能空气净化系统对PM2.5这类污染物的检测控制力度。为此，研究人员应将现有的科学技术充分利用起来，即将注重低耗能、低速率的ZigBee无线技术应用于实践，从而加快建筑行业智能化建设的发展步伐[1]。
2.智能空气净化系统设计中ZigBee无线技术应用方法
ZigBee无线技术应用智能空气净化系统设计主要由两部分组成，即ZigBee协议栈和网络拓扑结构。对于ZigBee协议栈来说，其由四层结构组成，即规范标准定义下的底下两层，物理层以及媒体访问层。ZigBee联盟是在底下两层的基础上，定义网络层与应用层的。要想实现其作用价值，技术人员应将协议栈每层的各自任务完成，结束后再向上一层提供相关的信息服务。
在网络拓扑结构方面，ZigBee网络层共支持三种拓扑结构，即星型、树型以及网络网状型。其中星型拓扑结构的应用主要集中在控制型网络，即由中心节点来进行通信管理。设计人员要保证每个发送的数据，均将通过中心节点，从而再由其将数据传送至目的节点。值得注意的是，中心节点的设计控制非常复杂，但各个节点的通信处理负担却很小，因此，设计人员只要满足链路的简单通信要求即可。如图1所示，为某智能空气净化系统设计使用的星型网络拓扑结构。
图1 星型网络拓扑结构
从图中可以看出，由于结构是由终端器与协调器组成的，因此，系统设计人员应将协调器定义为负责组建与维护，将终端器与协调器设置为一对一的通信，来满足系统应用ZigBee无线技术的信息传递目标[2]。
3.基于ZigBee无线技术的智能空气净化系统设计策略
3.1总体设计
智能空气净化系统的总体设计是以电脑为主控中心，其能将ZigBee协调器的USB与电脑进行连接，从而作为传输桥梁。这样一来，系统用户就能在计算机上、安装应用程序的手机上或是协调器的液晶屏上，获取空气质量的实时信息。协调器通过ZigBee无线控制每一个子节点，以此来实现对监测装置和空气净化装置的自动控制[3]。
3.2硬件设计
在设计PM2.5传感器时，应在系统终端器上配备相应的接口。即可采用夏普粉尘传感器，来进行作用控制。对于传感器的中心检测孔，应保证空气的自由流通。即在装置上设置一个光电晶体管与红外发光二极管，并通过对角布置，来实现发射光束的定向目标。由此，光束经过灰尘所产生的折射光，就能使传感器通过检测折射光束来测定空气中PM2.5含量，从而获取建筑室内的空气数据。
对于温湿度传感器的控制，应选用DHT11数据温湿度传感器，从而使其具备的含有已校准数字信号输出功能，来实现智能化空气净化系统设计应用的复合性目的。具体来说，设计人员可应用改传感器的数字模块采集技术、温湿度传感技术，来确保产品应用的可靠性与卓越性能的耐久性。值得注意的是，设计人员应将传感器内部的电阻式感湿元件和NTC测温元件，与高性能的单片机进行连接，从而提高其信息获取并相应的速度。
而空气净化系统，则应采用HEPA滤网以及活性炭滤网，并通过配备12V和0.25A的风机，来实现颗粒的吸附目标。而后，对于终端器的传感器作用，应将数据采集后，通过2.4GHz无线与Z-Stack协议栈，将信息发送至ZigBee的协调器模块中。这样一来，协调器就能通过处理信息数据，来控制空气净化系统的运行效果[4]。
3.3软件设计
对于系统的软件设计，设计人员可利用TI公司的Z-Stack协议栈，来实现ZigBee网络系统节点的工作协议。协议栈里的配置可以更改成协调器或终端器。系统的软件设计包括硬件、网络、任务等方面的初始化，选择操作系统抽象层任务进入系统。此外，由于在系统软件Z-Stack的协议栈中规定了组网为优先级任务，因此，在进行组网控制过程中，应接着调用协议栈中的组网函数，同时注入网络函数以实现组网和节点的加入。要实现数据的无线传输(就要使用节点调用协议栈里的无线数据发送函数，这样就可以实现数据的无线传输功能，发送之后的接收功能由接受节点调用协议栈的无线数据接收函数来实现。在对温湿度传感器的终端器与PM2.5以及带有显示屏协调器进行调试时，可利用程序进行编译。
具体的试验，应在密闭的空间进行，实验前，测得室内PM2.5为70，并未发现可能触发空气质量阈值，因此，未拉动报警线。当在试验室内点燃一张纸，房间的PM2.5上升，ZigBee终端器测量显示PM2.5浓度已经达到了800，从而触发了预设值100的报警阈值。此情况下，智能空气净化系统自动开启，开始进化。此试验过程，相关人员应通过佩戴呼吸口罩来呼吸新鲜空气，从而表明空气质量已处于正常状态[5]。
4.结束语：
综上所述，智能空气净化系统设计包含的总体设计、硬件设计以及软件设计，应充分利用现有的科学技术成果，如Z-Stack协议栈、NTC测温元件、HEPA滤网、活性炭滤网以及DHT11数据温湿度传感器，来实现建筑智能家居的空气净化系统设计目标。而设计实践方法，则应采用ZigBee协议栈和网络拓扑结构方法，来提高系统作用的稳定性。这是实现建筑物建设使用智能化目标的关键，研究人员应将其作为重点研究对象，从而加快现代化经济建设步伐。
参考文献：
[1]蒋峰,李行,熊霆宇,黄昌瑞,王淑良. 基于ZigBee技术的远程无线智能灯光控制系统的设计[J]. 现代电子技术,2017,(02):114-117.
[2]戴雯惠. 基于无线传感器控制网络的空气环境监测系统设计与实现[J]. 软件导刊,2016,(10):61-63.
[3]崔曦元,吴凌智. 基于ZigBee无线技术的智能空气净化系统设计[J]. 软件导刊,2016,(07):107-109.
[4]乔季军,王德宇,李玉琳,石坤明,施云波. 融合ZigBee与WiFi无线技术智能家居系统的设计[J]. 自动化仪表,2015,(12):48-51+55.
[5]刘礼建,张广明. 基于ZigBee无线技术的智能家居管理系统设计[J]. 计算机技术与发展,2011,(12):250-253.
论文作者:刘巨成
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第12期
论文发表时间:2017/10/11
标签：净化系统论文; 空气论文; 节点论文; 技术论文; 智能论文; 协议论文; 拓扑论文; 《建筑学研究前沿》2017年第12期论文;