技术领域
[0001] 本
发明涉及物联网技术和家居实验及教学技术领域，特别涉及基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统。
背景技术
[0002] 雾霾环境
质量直接关系人类健康，是智能家居重要控制参数。
[0003] 现有的家居实验教学一般是将学生带到实际家居的样板间内参观学习，并且提供学习的实际家居样板间采用的还是原始的人工控制讲解的方式，提供给学生学习的平台设备也是原始的人工控制讲解方式。对于智能家居控制的家居设备尚未有提供学生学习的平台，从而对于学生学习智能化家居控制带来不便，影响学生的学习主动性。各地在推广智能家居项目的过程中也缺少
可视化的模型和手段。
[0004] 发明
专利“一种智能家居实验与展示平台设备(CN 103914962)”采用以家居实景沙盘为
基础进行智能家居实验和教学，采用家居实景沙盘不能真实反应家居内外部雾霾环境及其变化对家居设备智能调节的重要作用，特别是在课堂上短短数小时，家居外部雾霾环境变化微小，依靠虚拟这种变化来进行教学，学生不能真实感受到这种作用的重要性，同时，该发明的技术方案只能用于教学而不能用于智能家居的实验研究，功能单一。
发明内容
[0005] 本发明要解决的技术问题是：解决样板间不能动手实践、家居实景沙盘不能真实反应家居内外部雾霾环境及其变化对家居设备智能调节的重要作用的问题，同时，解决家居实景沙盘只能做实验教学、不能用于产品检测和实验研究的问题。
[0006] 为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
[0007] 本发明提供基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统，包括：雾霾环境模拟系统、家居房间、家居设备、房间环境
传感器终端模
块、房间环境网关模块、房间环境控
制模块、
数据处理中心、手持终端、视频演示系统、实验指导系统和学生实验箱；
[0008] 所述雾霾环境模拟系统包括雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造
风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾
环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾
环境控制模块；
[0009] 所述雾霾发生装置包括雾霾发生器和雾霾发生
控制器；所述模拟太阳光发生装置包括太阳
模拟器和太阳模拟控制器；所述造风发生装置包括造风发生器和造风控制器；所述造雨发生装置包括造雨发生器和造雨控制器；
[0010] 所述家居房间包括家居地面、上隔墙、下隔墙、左隔墙、右隔墙和家居
屋顶，所述右隔墙设置有一扇
门，所述上隔墙设置有一个
窗户，在所述门和窗户为关闭状态下，所述家居地面、上隔墙、下隔墙、左隔墙、右隔墙和家居屋顶形成封闭空间；
[0011] 所述家居设备包括
加湿器、
空调器、排气扇、
空气净化器、报警器、
LED灯、电动窗户和电动窗帘；
[0012] 所述雾霾环境模拟空间紧邻所述家居房间，所述雾霾环境模拟空间由空间地面、左外隔墙、上外隔墙、中隔墙、下外隔墙、右隔墙、上隔墙和空间屋顶形成
密闭空间；所述家居房间设置在雾霾环境模拟空间内，所述上外隔墙与上隔墙的距离为1～2m，所述下外隔墙与下隔墙的距离为1～2m，所述左外隔墙与左隔墙的距离为1～2m，所述中隔墙与右隔墙的距离为1～2m，所述所述雾霾环境模拟空间的层高高于家居屋顶1～2m；所述雾霾发生器安装在雾霾环境模拟空间并向所述雾霾环境模拟空间输送雾霾，所述太阳模拟器安装在雾霾环境模拟空间并向所述家居房间照射模拟太阳光，所述造风发生器安装在雾霾环境模拟空间并向所述雾霾环境模拟空间送风，所述造雨发生器安装在雾霾环境模拟空间并向所述雾霾环境模拟空间送雨；
[0013] 所述雾霾环境传感器终端模块，用于采集所述雾霾环境模拟空间内的多个模拟空间环境数据，所述多个模拟空间环境数据包括PM2.5数据、PM10数据、风速数据、风向数据、雨量数据、光照度数据和
色温数据；
[0014] 所述雾霾环境网关模块与所述雾霾环境传感器终端模块进行通信，用于接收雾霾环境传感器终端模块上报的所述多个模拟空间环境数据并在所带屏幕上实时显示，将所述多个模拟空间环境数据转换为预设通信协议类型的模拟空间环境数据包发送到所述数据处理中心，同时向所述雾霾环境
控制模块转发所述数据处理中心传来的模拟空间告警指令和模拟空间控制指令；
[0015] 所述雾霾环境控制模块与所述雾霾环境网关模块进行通信，用于接收所述雾霾环境网关模块转发的所述模拟空间控制指令，并根据所述模拟空间控制指令调用与所述模拟空间控制指令对应的雾霾环境功能单元执行相应操作，以及将每个雾霾环境功能单元的操作结果返回至雾霾环境网关模块，所述雾霾环境控制模块包括多个雾霾环境功能单元，所述多个雾霾环境功能单元包括：雾霾发生控制器、太阳模拟控制器、造风控制器和造雨控制器；
[0016] 所述房间环境传感器终端模块，用于采集所述家居房间内的多个房间环境数据，所述多个房间环境数据包括PM2.5数据、PM10数据、风速数据、风向数据、光照度数据和色温数据；
[0017] 所述房间环境网关模块与所述房间环境传感器终端模块进行通信，用于接收房间环境传感器终端模块上报的所述多个房间环境数据并在所带屏幕上实时显示，将所述多个房间环境数据转换为预设通信协议类型的房间环境数据包发送到所述数据处理中心，同时向所述房间环境控制模块转发所述数据处理中心传来的房间告警指令和房间控制指令；
[0018] 所述房间环境控制模块与所述房间环境网关模块进行通信，用于接收所述房间环境网关模块转发的所述房间控制指令和房间告警指令，并根据所述房间控制指令和房间告警指令调用与所述房间控制指令和房间告警指令对应的房间环境功能单元执行相应操作，以及将每个房间环境功能单元的操作结果返回至房间环境网关模块，其中，所述房间环境控制模块包括多个房间环境功能单元，所述多个房间环境功能单元包括：LED灯控制器、门启闭控制器、窗户启闭控制器、窗帘控制器、加湿器控制器、空调控制器、排气扇控制器、空气净化器控制器和报警控制器等；所述房间环境功能单元的操作指启动、关闭或调节对应的所述家居设备或门、窗户等；
[0019] 所述数据处理中心与所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块进行通信，用于接收所述雾霾环境网关模块转发的所述模拟空间环境数据包和所述房间环境网关模块转发的所述房间环境数据包，通过对所述模拟空间数据包和房间环境数据包进行解析以获取所述模拟空间环境数据和房间环境数据，对所述模拟空间环境数据和房间环境数据进行分析，根据分析结果向所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块发出对应的模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令；
[0020] 所述手持终端与所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块进行通信，用于接收所述雾霾环境网关模块转发的模拟空间告警指令、模拟空间控制指令和房间环境网关模块转发的房间告警指令和房间控制指令，并根据所述模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令发送对应的控制指令到对应的所述雾霾环境网关模块或房间环境网关模块；
[0021] 所述视频演示系统与所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块相连，用于根据所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块转发的对应的所述模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令向学生提供所雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的性能指标的音频解说、工作过程和工作效果的视频展示，以及提供与所述雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的工作相关的体验控制应用程序，用户通过选择并执行所述体验控制应用程序学习所述智能家居雾霾环境实验教学系统的各个功能；
[0022] 所述实验指导系统与所述雾霾环境网关模块、房间环境网关模块相连，用于提供所述雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的理论原理和相关专业知识进行视频和文本教学，并且，所述实验指导系统用于根据学生选择的开发模块，向所述学生提供与选择的开发模块对应的学习内容，其中，所述开发模块包括所述雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端中的一种或多种，所述实验指导系统安装于每个学生的计算机上；
[0023] 所述学生实验箱用于学生体验开发测试所述传雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块；
[0024] 优选的，所述智能家居雾霾环境实验教学系统还包括彩色灯光发生装置，所述彩色灯光发生装置包括全彩LED灯和彩色灯光控制器，所述全彩LED灯安装在所述雾霾环境模拟空间，所述彩色灯光控制器控制与雾霾环境控制模块进行通信，所述雾霾环境控制模块根据模拟空间控制指令调用与模拟空间控制指令对应的彩色灯光控制器执行相应操作；所述全彩LED灯数量为2个，其中一个为红色，另一个为黄色，分别表示PM10和PM2.5,所述全彩LED灯的
亮度越亮表示雾霾越严重；所述彩色灯光控制器通过有线或无线方式接收所述雾霾环境控制模块、手持终端或视频演示系统的控制指令；所述雾霾环境模拟空间设置有一扇进出门，用于进入所述雾霾环境模拟空间进行体验；所述雾霾环境模拟空间的中隔墙设置有一透明观察窗户口，用于观察所述彩色光的
颜色和亮度。
[0025] 优选的，所述雾霾环境模拟空间还设置有将实验或教学过程中产生的污染空气净化为清洁空气后排入大气的空气净化装置。
[0026] 优选的，所述雾霾环境传感器终端模块以预设周期通过无线的方式向所述雾霾环境网关模块发送所述多个模拟空间环境数据；所述房间环境传感器终端模块以预设周期通过无线的方式向所述房间环境网关模块发送所述多个房间环境数据；所述雾霾环境网关模块通过以太网、无线保真Wi-Fi或通用分组无线服务技术GPRS将模拟空间环境数据包发送给手持终端和视频演示系统；所述房间环境网关模块通过以太网、无线保真Wi-Fi或通用分组无线服务技术GPRS将房间环境数据包发送给手持终端和视频演示系统；所述雾霾环境控制模块中的每个雾霾环境功能单元通过有线或无线方式接收所述雾霾环境控制模块、手持终端或视频演示系统的控制指令；所述房间环境控制模块中的每个房间环境功能单元通过有线或无线方式接收所述房间环境控制模块、手持终端或视频演示系统的控制指令。
[0027] 优选的，所述视频演示系统包括
触摸屏和
硬盘播放器；
[0028] 所述触摸屏用于接收用户的触摸操作，并根据所述触摸操作展示所述基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统的组成、性能、参数和应用，以及提供与所述雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的工作相关的体验控制应用程序，用户通过触摸操作选择并执行所述体验控制应用程序以学习所述基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统的各个功能；
[0029] 所述硬盘播放器用于向学生提供所述智能家居实景沙盘、所述雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的性能指标的音频解说和工作效果的视频展示；
[0030] 向学生提供所述雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端各自对应的原理图、操作说明、程序源码和调试下载
接口；
[0031] 所述实验指导系统提供的与选择的开发模块对应的学习内容包括：该开发模块的使用说明、理论讲解、开发工具使用讲解、开发重点源码讲解、开发过程分布讲解、理论掌握程度测试、常见问题解答、开发笔记汇总；
[0032] 所述学生实验箱包括串口、网口、电源接口、多个传感器模块开发
底板、多个传感器、网关模块开发板和多个控制模块开发板；
[0033] 所述串口用于调试或下载程序、传输数据信息；
[0035] 所述电源接口用于接入电源；
[0036] 所述传感器模块开发底板无线方式与所述雾霾环境网关模块或房间环境网关模块进行通信，所述学生通过所述多个传感器模块开发底板对所述雾霾环境传感器终端模块或房间环境传感器终端模块进行体验开发测试，并且开发测试的结果通过所述雾霾环境网关模块或房间环境网关模块接入至网络中，以进行后续的分析和控制；
[0037] 所述学生根据需要将所述传感器插入所述传感器模块开发底板，编写并下载对应的程序以实现该传感器的功能，其中，所述多个传感器包括PM2.5雾霾传感器、PM10雾霾传感器、风速传感器、风向传感器、光照度传感器和色温传感器；
[0038] 所述学生通过所述网关模块开发板体验开发测试所述雾霾环境网关模块或房间环境网关模块；
[0039] 所述学生通过所述多个控制模块开发板体验开发测试所述房间环境控制模块的多个房间环境功能单元，其中，所述多个控制模块开发板包括：
开关式控制器开发板、步进
电机式控制器开发板、家电遥控式控制器开发板、磁
阀式控制器开发板。
[0040] 优选的，所述智能家居雾霾环境实验教学系统还包括教学区，所述教学区紧邻雾霾环境模拟空间，教学区与雾霾环境模拟空间之间为中隔墙；所述数据处理中心、手持终端、视频演示系统、实验指导系统和学生实验箱均放置在教学区，教学区还设置有讲台、课桌、凳子和电脑；教学区用于教学。
[0041] 优选的，所述模拟太阳光发生装置还包括
支撑装置，所述支撑装置包括左
支架、右支架、左右弧形板、上支架、下支架、上下弧形板和紧固
螺栓，所述左支架固定在左外隔墙上，所述右支架固定在中隔墙上，所述左右弧形板一端通过紧固螺栓固定在左支架上，左右弧形板另一端通过紧固螺栓固定在右支架上，所述左右弧形板为圆弧形状，所述左右弧形板跨过家居房间的家居屋顶，所述左支架和右支架等高安装；
[0042] 所述下支架固定在下外隔墙上，所述上支架固定在上外隔墙上，所述上下弧形板一端通过紧固螺栓固定在上支架上，上下弧形板另一端通过紧固螺栓固定在下支架上，所述上下弧形板为圆弧形状，所述上下弧形板跨过家居房间的家居屋顶，所述上支架和下支架等高安装；
[0043] 所述太阳模拟器为5～19只且均匀分布固定在上下弧形板和左右弧形板上并朝向窗户口；
[0044] 所述家居房间和雾霾环境模拟空间均为正方形，所述家居房间设置在雾霾环境模拟空间的正中央，所述上下弧形板和左右弧形板的形状、大小和安装高度均相同。
[0045] 优选的，所述造风发生器至少具有变频风机，所述变频风机安装在雾霾环境模拟空间的上外隔墙与上隔墙之间，所述变频风机通过造风控制器控制向雾霾环境模拟空间供风。
[0046] 优选的，所述造雨发生器至少具有喷淋装置，以及与所述喷淋装置连接的变频
水泵；所述喷淋装置安装在雾霾环境模拟空间的上外隔墙与上隔墙之间且安装高度高于家居房间的窗户的窗户台，所述变频水泵由造雨控制器控制向雾霾环境模拟空间供雨。
[0047] 优选的，所述太阳模拟器为氙灯
光源或LED光源。
[0048] 通过更换雾霾环境传感器终端模块、房间环境传感器终端模块等模块和控制程序，还可用于在雾霾环境模拟空间的各种雾霾环境质量条件下及家居房间的各种雾霾环境质量条件下测试不同空气质量传感器的性能、不同智能家居各种空气质量的智能控制方案的实际工作效果。
[0049] 本发明的有益效果：
[0050] 本发明通过模拟真实雾霾环境及对模拟空间环境数据和房间环境数据进行分析以智能控制家居设备，有利于学生真实感受和学习掌握智能家居控制与物联网技术的原理，提高学生的学习主动性和学习效率，有
力支持院校实验教学，助力智能家居的推广，也给实际应用提供借鉴，同时该系统还可可进行雾霾传感器等智能家居相关产品和控制系统的综合性能检测和实验研究，有助于提高院校服务经济社会发展的服务能力和科研能力，也提高了实验室的利用率。
附图说明
[0051] 图1为根据本发明
实施例的结构示意俯视图；
[0052] 图2为根据本发明实施例的结构示意主视图；
[0053] 图3为根据本发明实施例的结构示意右视图；
[0054] 图4为根据本发明实施例的智能家居雾霾环境实验教学系统的结构图；图中：1—教学区，2—中隔墙，3—进出门，4—下外隔墙，5—右隔墙，6—门，7—家居房间，8—房间环境传感器终端模块，9—下隔墙，10—房间环境网关模块，11—房间环境控制模块，12—左隔墙，13—家居设备，14—雾霾环境传感器终端模块，15—雾霾环境网关模块，16—雾霾环境控制模块，17—左外隔墙，18—雾霾发生装置，19—模拟太阳光发生装置，20—彩色灯光发生装置，21—窗户，22—上隔墙，23—雾霾环境模拟空间，24—上外隔墙，25—透明观察窗户口，26—视频演示系统，27—数据处理中心，28—实验指导系统，29—学生实验箱，30—手持终端，31—雾霾环境模拟系统，32—下支架，33—上支架，34—家居屋顶，35—太阳模拟器，36—上下弧形板，37—空间屋顶，38—右支架，39—左支架，40—左右弧形板，41—造雨发生装置，42—喷淋装置，43—变频风机，44—造风发生装置。
具体实施方式
[0055] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0056] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0057] 下面参考图1～4对本发明实施例的基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统进行描述。
[0058] 如图1～4所示，本发明实施例提供的基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统，包括：雾霾环境模拟系统31、家居房间7、家居设备13、房间环境传感器终端模块8、房间环境网关模块10、房间环境控制模块11、数据处理中心27、手持终端30、视频演示系统26、实验指导系统28和学生实验箱29。
[0059] 雾霾环境模拟系统31包括雾霾发生装置18、模拟太阳光发生装置19、造风发生装置44、造雨发生装置41、雾霾环境模拟空间23、雾霾环境传感器终端模块14、雾霾环境网关模块15、雾霾环境控制模块16；现实生活中，雾霾和雨、风等一起综合对家居房间的环境质量产生影响，同时雾霾而对家居房间的采光也产生了很大影响，因此除了模拟产生雾霾环境外，应增加模拟雨、风和太阳等环境，以更真实模拟实际环境情况。
[0060] 雾霾发生装置18包括雾霾发生器和雾霾发生控制器；雾霾发生器用于产生PM2.5或/和PM10的雾霾；可采用青岛凌鼎智能科技有限公司生产的烟雾发生器YWQ-701或其他类似雾霾发生器产生雾霾，该雾霾也就是粒径小于等于10μm的颗粒物即PM10和/或粒径小于等于2.5μm的颗粒物即PM2.5。
[0061] 模拟太阳光发生装置19包括太阳模拟器35和太阳模拟控制器；在本发明的一个实施例中，所述模拟太阳光发生装置19还包括支撑装置，所述支撑装置包括左支架39、右支架38、左右弧形板40、上支架33、下支架32、上下弧形板36和紧固螺栓，所述左支架39固定在左外隔墙17上，所述右支架38固定在中隔墙2上，所述左右弧形板40一端通过紧固螺栓固定在左支架39上，左右弧形板另一端通过紧固螺栓固定在右支架38上，所述左右弧形板40为圆弧形状，所述左右弧形板40跨过家居房间7的家居屋顶34，所述左支架39和右支架38等高安装；所述下支架32固定在下外隔墙4上，所述上支架33固定在上外隔墙24上，所述上下弧形板36一端通过紧固螺栓固定在上支架33上，上下弧形板36另一端通过紧固螺栓固定在下支架32上，所述上下弧形板36为圆弧形状，所述上下弧形板36跨过家居房间的家居屋顶，所述上支架33和下支架32等高安装；所述太阳模拟器35为5～19只且均匀分布固定在上下弧形板和左右弧形板上并朝向窗户口，也就是要保证每个太阳模拟器之间的间距相等；如：所述太阳模拟器35为5只，则在上下弧形板和左右弧形板上各安装2只，在上下弧形板和左右弧形板的交接处安装1只，模拟3个时刻的太阳；如：所述太阳模拟器35为19只，则在上下弧形板和左右弧形板上各安装9只，在上下弧形板和左右弧形板的交接处安装1只，模拟10个时刻的太阳；从右到左(从右支架38到左支架39)顺序打开固定在左右弧形板40的一只太阳模拟器35，从而模拟了太阳从右到左也就是从东到西的运动轨迹、照射
角度、照度和色温等照射过程(假设家居房间7坐南朝北的情形)；也可以从上到下(从上支架33到下支架32)顺序打开固定在上下弧形板40的一只太阳模拟器35，从而模拟了太阳从上到下也就是从东到西的运动轨迹、照射角度、照度和色温等照射过程(假设家居房间坐东朝西的情形)；左右弧形板40和上下弧形板36及其相应的零件模拟了两种家居房间的朝向对采光的影响，扩大了实验教学和实验研究的应用范围；也可以全部或部分打开太阳模拟器35，以高照度、高色温的方式进行实验教学或实验研究；所述家居房间7和雾霾环境模拟空间23均为正方形，所述家居房间7设置在雾霾环境模拟空间23的正中央，所述上下弧形板和左右弧形板的形状、大小和安装高度均相同，保证了模拟家居房间7两个朝向的太阳光照射情况的一致性。
[0062] 造风发生装置44包括包括造风发生器43和造风控制器；在本发明的一个实施例中，所述造风发生器43至少具有变频风机，变频风机43安装在雾霾环境模拟空间23的上外隔墙与上隔墙之间，变频风机43安装高度高于家居房间7的窗户21的窗台，所述变频风机43通过造风控制器控制向雾霾环境模拟空间23供风；风速大小由造风控制器控制；风向由人工移动(转动)变频风机的方位进行变换，变换风向后，固定变频风机再进行相关操作。
[0063] 造雨发生装置41包括造雨发生器和造雨控制器；在本发明的一个实施例中，所述造雨发生器至少具有喷淋装置42，以及与所述喷淋装置连接的变频水泵；所述喷淋装置42安装在雾霾环境模拟空间23的上外隔墙与上隔墙之间且安装高度高于家居房间7的窗户21的窗户台，所述变频水泵由造雨控制器控制向雾霾环境模拟空间23供雨；雨量大小由造雨控制器控制。
[0064] 家居房间7包括家居地面、上隔墙22、下隔墙9、左隔墙12、右隔墙5和家居屋顶，右隔墙5设置有一扇门6，上隔墙22设置有一个窗户21，在门6和窗户21为关闭状态下，家居地面、上隔墙22、下隔墙9、左隔墙12、右隔墙5和家居屋顶34形成封闭空间。
[0065] 家居设备13包括加湿器、空调器、排气扇、空气净化器、报警器、LED灯、电动窗户和电动窗帘以及家具、电器等，加湿器、空调器、排气扇、空气净化器、报警器、LED灯、电动窗户和电动窗帘均为有遥控功能。
[0066] 雾霾环境模拟空间23紧邻家居房间7，雾霾环境模拟空间23由空间地面、左外隔墙17、上外隔墙24、中隔墙2、下外隔墙4、右隔墙5、上隔墙22和空间屋顶37形成密闭空间；所述家居房间7设置在雾霾环境模拟空间23内，所述上外隔墙24与上隔墙22的距离为1～2m，所述下外隔墙4与下隔墙9的距离为1～2m，所述左外隔墙17与左隔墙12的距离为1～2m，所述中隔墙2与右隔墙5的距离为1～2m，所述雾霾环境模拟空间23的层高高于家居屋顶1～2m，即雾霾环境模拟空间23的层高为5～8m，所述雾霾发生器安装在雾霾环境模拟空间23并向所述雾霾环境模拟空间23输送雾霾，所述太阳模拟器35安装在雾霾环境模拟空间23并向所述家居房间7照射模拟太阳光，所述造风发生器安装在雾霾环境模拟空间23并向所述雾霾环境模拟空间23送风，所述造雨发生器安装在雾霾环境模拟空间23并向所述雾霾环境模拟空间23送雨；所述雾霾环境模拟空间23的雾霾、模拟太阳光和风通过家居房间的门或窗户进入家居房间7，从而影响家居房间7，这与真实情况比较符合；学生在采取戴上口罩等防护措施后进入雾霾环境模拟空间23或家居房间7感受环境情况；在本发明的一个实施例中，为了利于教学组织，智能家居雾霾环境实验教学系统还设置了教学区1，教学区1紧邻雾霾环境模拟空间23，教学区1与雾霾环境模拟空间23之间为中隔墙2；所述数据处理中心27、手持终端30、视频演示系统26、实验指导系统28和学生实验箱29等的
硬件均放置在教学区，教学区还设置有讲台、课桌和凳子，配备了学生用电脑。教学区1通过这样的布局，更有利于组织教学，便于观察实验情况，便于讲解实验工作过程和工作结果，可以边学、边做，边做、边学，融教学做为一体，做中学，极大提高学生的学习效果。
[0067] 雾霾环境传感器终端模块14，用于采集所述雾霾环境模拟空间23内的多个模拟空间环境数据，所述多个模拟空间环境数据包括PM2.5数据、PM10数据、风速数据、风向数据、雨量数据、光照度数据和色温数据；雾霾环境传感器终端模块14包括PM2.5雾霾传感器、PM10雾霾传感器、风速传感器、风向传感器、
雨量传感器、光照度传感器和色温传感器；在本发明的一个实施例中，雾霾环境传感器终端模块14以预设周期通过无线的方式向雾霾环境网关模块15发送多个模拟空间环境数据，预设周期为5秒。在本发明的一个示例中，雾霾环境传感器终端模块14的数据读取是在Zigbee中的
单片机实现的，并且可以继续连接其他任何类型传感器。雾霾环境传感器终端模块14还可以向学生提供原理图、操作说明、程序源码和调试下载接口，从而学生可学习借鉴、
修改和调试雾霾环境传感器终端模块14，帮助学生掌握无线数据传输和传感器等学科的知识。例如，在原来传感器基础上进行修改，将现有传感器修改为其他传感器或者增减传感器模块等。
[0068] 雾霾环境网关模块15与雾霾环境传感器终端模块14进行通信，用于接收雾霾环境传感器终端模块14上报的多个模拟空间环境数据并在所带屏幕上实时显示，将多个模拟空间环境数据转换为预设通信协议类型的模拟空间环境数据包发送到数据处理中心27，同时向雾霾环境控制模块转发数据处理中心27传来的模拟空间告警指令和模拟空间控制指令至手持终端30和视频演示系统26，雾霾环境网关模块15还用于将来自数据处理中心27的控制指令转发至雾霾环境控制模块16。在本发明的一个实施例中，雾霾环境网关模块15通过以太网、无线保真Wi-Fi或通用分组无线服务技术GPRS与数据处理中心27、雾霾环境控制模块16、雾霾环境传感器终端模块14、手持终端30和视频演示系统26进行通信。此外，雾霾环境网关模块15还向学生提供原理图、操作说明、程序源码和调试下载接口，学生可学习借鉴、修改和调试雾霾环境网关模块15，从而帮助学生掌握通信协议转换、多线程编程等知识。
[0069] 雾霾环境控制模块16为自动控制与远程控制相结合的控制系统；雾霾环境控制模块16与雾霾环境网关模块15进行通信，用于接收雾霾环境网关模块15转发的模拟空间控制指令，并根据模拟空间控制指令调用与模拟空间控制指令对应的雾霾发生控制器或雾霾发生控制器执行相应操作，以及将操作结果返回至雾霾环境网关模块15，所述雾霾环境控制模块16包括多个雾霾环境功能单元，所述多个雾霾环境功能单元包括：雾霾发生控制器、太阳模拟控制器、造风控制器和造雨控制器等；在本发明的一个实施例中，雾霾发生控制器、太阳模拟控制器、造风控制器和造雨控制器通过有线或无线的方式接收雾霾环境控制模块16的控制指令，根据控制指令开启或关闭雾霾发生器、造风发生器或/和造雨发生器及调节太阳模拟器，操作结果返回给雾霾环境控制模块16；雾霾环境控制模块16还用于向学生提供原理图、操作说明、程序源码和调试下载接口，帮助学生掌握控制
电路设计、无线数据传输等知识。
[0070] 房间环境传感器终端模块8用于采集所述家居房间内的多个房间环境数据，所述多个房间环境数据包括PM2.5数据、PM10数据、风速数据、风向数据、光照度数据和色温数据；房间环境传感器终端模块8包括PM2.5雾霾传感器、PM10雾霾传感器、风速传感器、风向传感器、光照度传感器和色温传感器；在本发明的一个实施例中，房间环境传感器终端模块8以预设周期通过无线的方式向房间环境网关模块10发送多个房间环境数据，预设周期为5秒。在本发明的一个示例中，房间环境传感器终端模块8的数据读取是在Zigbee中的单片机实现的，并且可以继续连接其他任何类型传感器。房间环境传感器终端模块8还可以向学生提供原理图、操作说明、程序源码和调试下载接口，从而学生可学习借鉴、修改和调试房间环境传感器终端模块8，帮助学生掌握无线数据传输和传感器等学科的知识。例如，在原来传感器基础上进行修改，将现有传感器修改为其他传感器或者增减传感器模块等。
[0071] 房间环境网关模块10与房间环境传感器终端模块8进行通信，用于接收房间环境传感器终端模块8上报的多个房间环境数据并在所带屏幕上实时显示，将多个房间环境数据转换为预设通信协议类型的房间环境数据包发送到所述数据处理中心27，同时向房间环境控制模块8转发数据处理中心27传来的房间告警指令和房间控制指令至手持终端30和视频演示系统26，房间环境网关模块10还用于将来自数据处理中心27的控制指令转发至房间环境控制模块11；在本发明的一个实施例中，房间环境网关模块10通过以太网、无线保真Wi-Fi或通用分组无线服务技术GPRS与数据处理中心27、房间环境控制模块11、房间环境传感器终端模块8、手持终端30和视频演示系统26进行通信。此外，房间环境网关模块10还可以向学生提供原理图、操作说明、程序源码和调试下载接口，学生可学习借鉴、修改和调试房间环境网关模块10，从而帮助学生掌握通信协议转换、多线程编程等知识。
[0072] 房间环境控制模块11为自动控制与远程控制相结合的控制系统；房间环境控制模块11与房间环境网关模块10进行通信，用于接收房间环境网关模块10转发的房间控制指令和房间告警指令，并根据房间控制指令和房间告警指令调用与房间控制指令和房间告警指令对应的房间环境功能单元执行相应操作，以及将每个房间环境功能单元的操作结果返回至房间环境网关模块，其中，房间环境控制模块11包括多个房间环境功能单元，所述多个房间环境功能单元包括：LED灯控制器、门启闭控制器、窗户启闭控制器、加湿器控制器、空调控制器、排气扇控制器、空气净化器控制器和报警控制器等；本发明的一个实施例中，房间环境控制模块11中的每个房间环境功能单元通过有线或无线的方式接收房间环境控制模块11的控制指令，根据控制指令进行LED灯的光照度调节、LED灯的色温调节、打开门、关闭门、打开窗户、关闭窗户、湿度调节、
温度调节、排气、打开空气净化器、关闭空气净化器、打开窗帘、关闭窗帘等操作，并将操作结果返回给房间环境控制模块11；房间环境控制模块11还用于向学生提供原理图、操作说明、程序源码和调试下载接口，帮助学生掌握控制电路设计、无线数据传输等知识。
[0073] 雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10可以合并采用同一个网关模块以节约成本，同样，雾霾环境控制模块16和房间环境控制模块11可以合并采用同一个控制模块以节约成本，但不利于独立组织教学，也不利于综合测试和实验研究，单独的模块便于为了某个目的如教学或实验研究而单独更换。
[0074] 数据处理中心27与雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10进行通信，用于接收雾霾环境网关模块15转发的模拟空间环境数据包和房间环境网关模块10转发的房间环境数据包，通过对模拟空间数据包和房间环境数据包进行解析以获取模拟空间环境数据和房间环境数据，对所述模拟空间环境数据和房间环境数据进行分析，包括根据预设控制理论和经验数据对模拟空间数据包和房间环境数据包进行分析处理并进行决策，也包括对雾霾环境模拟空间23的模拟空间环境数据和家居房间7的房间环境数据及其两者差异进行分析处理并进行决策，根据分析结果发出对应的告警指令和控制指令，根据分析结果向所述雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10发出对应的模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令。
[0075] 学生可自行制定家居房间7的空气质量(雾霾)调节方法、LED灯的光照度调节方法、LED灯的色温调节方法等并计算和比较不同的方法的能耗大小，建立节能意识。
[0076] 在本发明的一个实施例中，数据处理中心27通过以太网、无线保真Wi-Fi或通用分组无线服务技术GPRS与雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10进行通信。
[0077] 手持终端30与雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10进行通信，用于接收雾霾环境网关模块15转发的模拟空间告警指令、模拟空间控制指令和房间环境网关模块10转发的房间告警指令和房间控制指令，并根据模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令发送对应的控制指令到对应的所述雾霾环境网关模块15或房间环境网关模块10；手持终端30包括通信单元，其中通信单元与雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10进行通信。在本发明的一个示例中，通信单元采用以下之一的通信方式：无线保真Wi-Fi、通用分组无线服务技术GPRS或3G通信。在本发明的一个实施例中，手持终端30中安装有应用程序，用户通过操作该应用程序可以接收模拟空间数据包、房间环境数据包模拟空间告警指令和房间告警指令并可以发送控制指令。此外，手持终端30还可以向学生提供操作说明和源码，帮助学生掌握嵌入式应用
软件设计和无线数据传输等学科的知识。
[0078] 视频演示系统26与雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10相连，用于根据雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10转发的、对应的模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令向学生提供雾霾环境模拟系统31、雾霾发生装置18、造风发生装置44、造雨发生装置41、雾霾环境模拟空间23、雾霾环境传感器终端模块14、雾霾环境网关模块15、雾霾环境控制模块16、家居房间7、家居设备13、房间环境传感器终端模块8、房间环境网关模块10、房间环境控制模块11、手持终端30的性能指标的音频解说、工作过程和工作效果的视频展示，以及提供与雾霾环境模拟系统31、雾霾发生装置18、造风发生装置44、造雨发生装置41、雾霾环境模拟空间23、雾霾环境传感器终端模块14、雾霾环境网关模块15、雾霾环境控制模块16、家居房间7、家居设备13、房间环境传感器终端模块8、房间环境网关模块10、房间环境控制模块11、手持终端30的工作相关的体验控制应用程序，用户通过选择并执行所述体验控制应用程序学习所述智能家居雾霾环境实验教学系统的各个功能；视频演示系统26包括：触摸屏、硬盘播放器和音箱，触摸屏与硬盘播放器相连，触摸屏用于接收用户的触摸操作，并根据触摸操作展示智能家居实验与展示平台设备的组成、性能、参数和应用，以及提供各模块的工作相关的体验控制应用程序，用户通过触摸操作选择并执行体验控制应用程序以学习智能家居实验与展示平台设备的各个功能，即可在视频演示的触摸屏上体验控制效果。
[0079] 实验指导系统28与雾霾环境网关模块15、房间环境网关模块10相连，用于提供雾霾环境模拟系统31、雾霾发生装置18、造风发生装置44、造雨发生装置41、雾霾环境模拟空间23、雾霾环境传感器终端模块14、雾霾环境网关模块15、雾霾环境控制模块16、家居房间7、家居设备13、房间环境传感器终端模块8、房间环境网关模块10、房间环境控制模块11、手持终端30的理论原理和相关专业知识进行视频和文本教学。并且，实验指导系统28用于根据学生选择的开发模块，向学生提供与选择的开发模块对应的学习内容，学习内容包括：该开发模块的使用说明、理论讲解、开发工具使用讲解、开发重点源码讲解、开发过程分布讲解、理论掌握程度测试、开发测试、常见问题解答、开发笔记汇总以及相关工具和资料。其中，开发模块包括所述雾霾环境传感器终端模块14、雾霾环境网关模块15、雾霾环境控制模块16、房间环境传感器终端模块8、房间环境网关模块10、房间环境控制模块11、手持终端30中的一种或多种。在本发明的一个实施例中，实验指导系统28安装于每个学生的计算机上，实验指导系统28可以提供视频文件和
电子书以进行理论原理和相关专业知识进行视频和文本教学。
[0080] 学生实验箱29用于学生体验开发测试所述传雾霾环境传感器终端模块14、雾霾环境网关模块15、雾霾环境控制模块16、房间环境传感器终端模块8、房间环境网关模块10、房间环境控制模块11；本发明实施例的学生实验箱包括：串口、网口、电源接口、多个传感器、多个传感器模块开发底板、网关模块开发板、多个控制模块开发板、触摸屏和开发底板。串口可以用于调试或下载程序、传输数据信息，学生可以通过该串口从上位机调试或下载程序、数据信息等到对应的开发模块，从而实现对开发模块的调试和开发管理。网口可以用于接入网络信号。其中，学生实验箱中的网关模块开发板可以通过网口与学生计算机进行通信，学生计算机可以视为一台
服务器。电源接口可以用于接入电源。学生可以根据需要将传感器插入到传感器模块开发底板，编写并下载对应的程序以实现该传感器的功能。多个传感器包括：PM2.5雾霾传感器、PM10雾霾传感器、风速传感器、风向传感器、雨量传感器、光照度传感器和色温传感器。每个传感器模块开发底板通过无线方式与雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10进行通信，学生可以通过多个传感器模块开发底板对雾霾环境传感器终端模块14和房间环境传感器终端模块8进行体验开发测试，并且开发测试的结果可以通过雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10接入至网络中，以进行后续的分析和控制，学生可以通过网关模块开发板体验开发测试雾霾环境网关模块15和房间环境网关模块10。
[0081] 在本发明的一个实施例中，为了绿色环保的需要，在雾霾环境模拟空间23还设置有将污染空气净化为清洁空气后排入大气的空气净化装置，空气净化装置根据雾霾环境模拟空间23大小选择市售的空气净化器。
[0082] 在本发明的一个实施例中，所述智能家居雾霾环境实验教学系统还包括彩色灯光发生装置20，所述彩色灯光发生装置20包括全彩LED灯和彩色灯光控制器，所述全彩LED灯安装在所述雾霾环境模拟空间23，所述彩色灯光控制器控制与雾霾环境控制模块16进行通信，所述雾霾环境控制模块16根据模拟空间控制指令调用与模拟空间控制指令对应的彩色灯光控制器执行相应操作；所述全彩LED灯数量为2个，其中一个为红色，另一个为黄色，分别表示PM10和PM2.5,所述全彩LED灯的亮度越亮表示雾霾越严重；所述彩色灯光控制器通过有线或无线方式接收所述雾霾环境控制模块16、手持终端30或视频演示系统26的控制指令；所述雾霾环境模拟空间23设置有一扇进出门3，用于进入所述雾霾环境模拟空间23进行体验；所述雾霾环境模拟空间23的中隔墙2设置有一透明观察窗户口25，透明观察窗口25的材料为玻璃，用于观察所述彩色光的颜色和亮度以直观感受雾霾严重程度。雾霾是有害的，如果直接让学生进入雾霾环境模拟空间23进行感受和认知，会对学生的身体健康造成危害；通过所述雾霾环境模拟空间23设置的透明观察窗户口25观察到彩色光的颜色和亮度，通过颜色和亮度的变化使学生安全的感受和认知颜色所对应的雾霾及其严重程度，结合其他模块学习智能家居的工作过程和工作结果，直观感受，提高了学生的学习兴趣和学习效率。
[0083] 本发明提供的基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统，可用于研究室内雾霾、风、采光与室外雾霾、雨、风、太阳光的关系，以在获得较好的生活环境质量的同时，有效利用自然资源节约
能源。
[0084] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0085] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附
权利要求极其等同限定。
