创作缘起

　　解决现有净化器“缺陷”

　　“北京几次雾霾红色预警，我们停课在家。即使关闭门窗，家里空气质量也不好。”队长赵天琪说，为此，他特别研究了不少家庭都在使用的空气净化器，“我了解空气净化器有两种净化方式，但都有一定的缺陷。”

　　其中，一种是使用过滤膜的空气净化器，这一类空气净化器更新的频率更高，但当雾霾红色预警频频的情况下，过滤膜的寿命大大缩短。另一种则是利用静电吸附原理的空气净化器，这类净化器当清除空气中的雾霾时，也会产生臭氧等其他污染物，作用有限。

　　另外，赵天琪还发现，现有的空气质量检测播报不够及时，“空气净化器得到的数据来自服务器终端，而监测点一般距家庭距离较远，这造成数据刷新率不够高，人们居家不能得到实时的数据，属于‘亡羊补牢’。”

　　如何能使家庭环境净化装置更敏感、更高效，时刻保持室内清新、舒适呢?赵天琪与伙伴杨浩欣、李嘉奇曾展开过多次讨论，提出过各种各样的智能家居方案。

　　难以取舍之际，他们决定将独立成块的各个项目集成为一个系统化的智能家居，“这个智能调节系统可以做到现在天气预报所做不到的实时监测，如监测PM值。通过智能化的手段实现空气净化器、环境质量检测仪、智能运动提醒、智能花盆及智能光源等多种智能家居的功能。”

　　智能家居模型

　　系统功能空气、光线、花卉“一手”维护

　　为解决实际居住环境中遇到的空气质量问题，通过调查，赵天琪和伙伴们将问题大致分为几个方面：在室内外空气质量实时监测下，解决居室内空气循环与流通的问题，自动浇水栽培花卉和室内光线自动调节等。

　　首先是自动的空气循环系统，赵天琪和伙伴选用专门用来监测空气质量的传感器，来实时监测室内外的空气质量，传感器将采集到的数据传送给主控系统，通过室内外数据的对比，主控会自动做出判断和反应。“判断情况分两种：一种是室内空气不好，室外空气好，这时就该通风换气了;一种是室内和室外环境都不好，这种情况下就要直接打开空气净化器了。”而这什么时候通风、什么时候开空气净化器，则完全是系统靠程序自动实现。

　　“晚上回家、夜里起床，昏暗的家庭环境经常造成一些不必要的小磕小碰;有时候家庭环境里的光线不符合人眼的舒适标准。我们的系统也要解决这个问题，让室内光线时刻保持不强不弱的舒适度。”为了实现室内光线的自动调节，他们采用光线传感器来判断室内外光线强度，传感器将采集到的数据反馈给主控，通过差值的对比来决定采取的反应措施，均衡室内外光线。室内暗、室外亮时，系统会操作拉开窗帘采光;室内外都暗时，系统会自动开灯，并自动调节灯光亮度;当室外亮得刺眼时，系统会相应地拉上窗帘遮蔽。

　　“植物在家庭环境里的调节作用很显著，但有人经常忘记浇花，家里的盆栽、花卉怎么办呢?”赵天琪和队员们尝试在植物花盆里插入监测土壤湿度的传感器。

　　通过不断测试传感器反馈值与土壤湿度的关系，他们得到了湿润、微干和干燥三个标准的临界值。花盆上还连接着三个指示灯，当土壤湿润时，花盆上的绿灯亮起，提示此刻植物“安全无虞”;当土壤微干时，黄灯亮起提醒浇水的必要;当土壤非常干旱，红灯亮起提醒人们需马上给植物补水。如果有需要，该系统还可以控制水泵实现自动浇水，“未来我们还想增加联网功能，人在外地也可以看到家里植物的生长状态。”

　　智能花盆

　　未来展望继续改进期待成为“产品”

　　三个男生告诉小编，整个系统从构思到模型制作完成前前后后花了四个月的时间。他们采用单片机、传感器与乐高机器人组合制作模型，赵天琪负责系统整体设计与软件部分，李嘉奇和杨浩欣负责硬件搭建部分，三个伙伴分工合作。

　　“系统采用最新的Arduino主控板，比过去经常练习的乐高机器人更开放灵活、能实现更多功能。但这也给项目的完成带来了一大难点：它的编程使用C语言，而在小学时我们练习的都是图像化编程，这是我们三个人此前谁也没接触过的。”学习C语言最麻烦的是记下那些繁杂的语法，中午午自习、放学回家，赵天琪都在认真自学，一学就是两个多月。

　　语言无障碍、程序会编了，如何控制传感器，把返回值都读准了，这是一大难题。最难处理的是空气质量传感器，它的原理非常复杂。另外，主控智能读出返回值，却不知道单位是什么。

　　为此，男生们在各大论坛、贴吧和产品的资料库里查找了许多文档，利用放学后的社团活动时间，前前后后研究了一个礼拜。辅以实验的验证，终于得到了比较准确地真实读值。

　　赵天琪指出，虽然经过同学们的一次次调试、改进、完善，但是目前该系统还处在模型阶段，要想让它真正适合家庭使用，还需进一步的改进。比如，模型的通风换气功能采用风机完成，而用于家庭中则可利用空调的联动实现，“通过红外线发射实现互联，替代遥控器控制空调的开关。”

　　另外，模型内各装置的互联，通过连接线实现，布线麻烦，“未来可将所有装置都分别集成在室内外的两个盒子里，将它们像平板电脑一样嵌在墙体，以节省空间。中间的连接线可使用家庭Wifi无线连接，功耗低、更便捷。”

　　此外，男生们对系统功能还有许多新设想，比如联网实现遥控、燃气安全监测、自动擦窗功能等等，他们向小编表示：“我们会不断改进，希望它能真的成为产品，方便千家万户。”

　　来源：北京晚报