一种基于物联网的可循环除湿器的控制方法

技术领域

本发明涉及除湿技术领域，尤其是涉及一种基于物联网的可循环除湿器的控制方法。

背景技术

在我国的南方及沿海地区，潮湿环境对工农业生产的影响是不可忽略的。但是，现有的除湿产品使用较为不便：对于除湿需求较大的较小密闭空间(如橱柜)来说，仅有除湿盒类产品可以满足需求。

该类产品大致可由是否可循环利用而分为两种：可循环的产品由于单次除湿量较小，需要频繁的人工介入以检查是否需要更换，在材料再生利用时也需要人工关注再生状态；而一次性的产品虽然单次除湿量较大，无需频繁人工检查，但使用成本较高，且废料较多，环保压力较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在除湿材料的用量与除湿效果无法协调，对除湿量大的环境除湿材料更换频繁且成本高，废料多环境友好性差的缺陷而提供一种基于物联网的可循环除湿器的控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于物联网的可循环除湿器，包括除湿盒、通讯模块、设备控制平台和移动终端，所述除湿盒、设备控制平台和移动终端通过通讯模块相互连接，所述除湿盒包括循环除湿组件、检测组件、电源组件和输入输出组件；

所述循环除湿组件用于除湿，且可重复使用；所述电源组件用于向循环除湿组件和输入输出组件供电；所述输入输出组件用于接收用户的输入并反馈除湿盒的运行状态，所述检测组件用于检测除湿盒的状态和环境信息；

所述设备控制平台用于接收和存储除湿盒传输的信息，并向移动终端传输除湿盒的除湿-再生状态和环境温湿度信息，所述移动终端用于向用户展示设备和环境信息。

进一步地，所述循环除湿组件包括除湿材料和发热膜，所述检测组件包括压力传感器和热敏电阻，所述发热膜和热敏电阻均设置在除湿材料内部，所述除湿材料设置在压力传感器上；

所述热敏电阻用于检测除湿材料的温度，所述压力传感器用于检测除湿材料的重量，所述发热膜用于除去除湿材料内的水分，恢复除湿材料的除湿能力。

进一步地，所述除湿材料包括硅胶干燥剂，所述除湿组件还包括无纺布袋和外壳，所述压力传感器固定在外壳内，所述除湿材料安装在无纺布袋内，所述无纺布袋放置在压力传感器上。

进一步地，所述输入输出组件包括微控制器，所述微控制器用于控制除湿盒的输入和输出，所述电源组件包括功率控制电路，所述微控制器连接功率控制电路，所述微控制器输出的低电压脉宽调制信号用于控制发热膜的运行状态。

进一步地，所述微控制器还连接有温湿度传感器、外置差分模数转换器、可变电阻匹配电路和电压采样电路；

所述温湿度传感器用于检测环境的湿度和温度；所述可变电阻匹配电路、电压采样电路用于将外部电压信号与微控制器内的模数转换器相匹配；所述差分模数转换器用于采集压力传感器输出的差分电压信号，并将差分电压信号转换为数字信号。

进一步地，所述输入输出组件包括按键组件和彩色LED组件，所述彩色LED组件用于反馈除湿盒的运行信息，所述按键组件用于接收用户的输入信息。

进一步地，所述通讯模块包括无线路由器，用于提供除湿盒与设备控制平台或移动终端之间的双向数据传输通道。

本方案还提供了一种基于物联网的可循环除湿器的控制方法，包括以下步骤：

开启电源组件和通讯模块，完成初始化设置；

通过压力传感器、热敏电阻和温湿度传感器获取除湿材料的重量、温度信息以及环境的温度、湿度信息，并更新设备控制平台中的相关信息；

通过除湿材料的重量计算吸水量，并根据吸水量确定除湿材料的实时状态，并更新设备控制平台中除湿材料对应的标记位和信息；

根据电源组件对应的外部供电标记，若外部供电，除湿盒进入再生控制状态，若无外部供电，除湿盒进入除湿控制状态；

其中，再生控制状态：根据除湿材料前一状态的重量和温度以及环境温度和湿度，计算加热膜的最优功率并调节到对应的功率，预测加热膜的剩余加热时间，并更新相应的信息；

除湿控制状态：根据除湿材料的当前重量、初始重量和环境湿度，计算除湿材料的剩余使用时间，并更新相应的信息。

进一步地，所述除湿盒还具有自动睡眠和重启功能，包括以下步骤：

设备控制平台检查是否存在设备重启标志；

若存在设备重启标志，保存设备持久化信息，再触发设备软件重启；

若不存在设备重启标志，检查睡眠超时计数器，若超时计数器已清空，保存设备持久化信息，除湿盒再进入睡眠模式；

若睡眠超时寄存器未清空，维护超时计数器，返回检查是否存在设备重启标志。

进一步地，所述通讯模块开启后，除湿盒和设备控制平台进行网络连接，具体包括以下步骤：

首先检查配网尝试计数器，当配网尝试计数器不为0时，启动基于SmartConfig技术的配网模式，进行配网；在基于SmartConfig技术的配网模式配网超时后，启动传统模式配网；

在传统模式配网超时后，维护配网超时计数器后重新尝试配网，直至配网成功；当配网尝试计数器清空后，仍未配网成功，则清空现有的配网信息，使配网过程阻塞等待，并设置重新配网标记。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本方案中通过除湿材料进行干燥，配合加热膜对除湿材料进行加热，除去其中吸收的水分，恢复除湿材料的吸水能力，使之能够重复使用，实现较小体积的除湿材料也能够通过反复使用，提高整体的除湿量，且减少除湿材料的使用，降低了除湿材料综合使用成本。无需频繁人工检查，使用成本更低，产生的废料更少，环境友好。

(2)本方案中对除湿材料的质量进行检测，结合除湿材料的质量变化，计算除湿材料的吸水量，并根据当前环境的湿度，计算剩余的使用时间，也可在除湿材料再生阶段，根据除湿材料的温度和环境温湿度，对除湿材料的恢复时间进行检测，借助于高速微控制器实现的自动化运行与信息上报和高精度控制，不仅大幅缓解了人工需要频繁介入设备运行的问题，提高设备运行的智能化程度，也改善了设备在热再生过程中对环境温湿度的影响。

(3)本方案对除湿材料的含水量以及除湿器当前的阶段进行状态划分，并为各种状态匹配对应的LED等亮光情况，使用户能够更直观的了解除湿器当前的使用状态，便于用户调节。

(4)本方案中提供了电子信息产品中较为通用的USB接口，降低了设备运行所需的外部需求。而且除湿器整个系统可作为物联网的一部分，向处在同一网络中的其他设备提供环境温湿度信息，具有较强的适应性和实用性。

附图说明

图1为本发明提供的除湿盒各组件及其内部信号连接示意；

图2为本发明提供的物联网系统连接示意；

图3为本发明提供的初始化子任务流程示意；

图4为本发明提供的守护子任务流程示意；

图5为本发明提供的除湿/再生状态检测和控制子任务流程示意；

图6为本发明提供的物联网配网、通信和空中升级子任务流程示意；

图7为本发明提供的用户输入输出服务子任务流程示意。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种基于物联网的可循环除湿器，包括除湿盒、通讯模块、设备控制平台和移动终端，所述除湿盒、设备控制平台和移动终端通过通讯模块相互连接，所述除湿盒包括循环除湿组件、检测组件、电源组件和输入输出组件；

所述循环除湿组件用于除湿，且可重复使用；所述电源组件用于向循环除湿组件和输入输出组件供电；所述输入输出组件用于接收用户的输入并反馈除湿盒的运行状态，所述检测组件用于检测除湿盒的状态和环境信息；

所述设备控制平台用于接收和存储除湿盒传输的信息，并向移动终端传输除湿盒的除湿-再生状态和环境温湿度信息，所述移动终端用于向用户展示设备和环境信息。

优选实施方式，循环除湿组件包括除湿材料和发热膜，所述检测组件包括压力传感器和热敏电阻，所述发热膜和热敏电阻均设置在除湿材料内部，所述除湿材料设置在压力传感器上；

所述热敏电阻用于检测除湿材料的温度，所述压力传感器用于检测除湿材料的重量，所述发热膜用于除去除湿材料内的水分，恢复除湿材料的除湿能力。

具体的，除湿材料包括硅胶干燥剂，所述除湿组件还包括无纺布袋和外壳，所述压力传感器固定在外壳内，所述除湿材料安装在无纺布袋内，所述无纺布袋放置在压力传感器上。

其中，外壳结构使设备内部分为材料舱和设备舱两个部分；除湿材料和插入其中的热敏电阻、发热膜，以及压力传感器和其托盘配置在材料舱中，其余组件配置在设备舱中；设备舱与材料舱间由与外壳同材质的一体挡板分隔。

优选实施方式，输入输出组件包括微控制器，所述微控制器用于控制除湿盒的输入和输出，所述电源组件包括功率控制电路，所述微控制器连接功率控制电路，所述微控制器输出的低电压脉宽调制信号用于控制发热膜的运行状态。

进一步地，微控制器还连接有温湿度传感器、外置差分模数转换器、可变电阻匹配电路和电压采样电路；

所述温湿度传感器用于检测环境的湿度和温度；所述可变电阻匹配电路、电压采样电路用于将外部电压信号与微控制器内的模数转换器相匹配；所述差分模数转换器用于采集压力传感器输出的差分电压信号，并将差分电压信号转换为数字信号。

具体地，输入输出组件包括按键组件和彩色LED组件，所述彩色LED组件用于反馈除湿盒的运行信息，所述按键组件用于接收用户的输入信息。通讯模块包括无线路由器，用于提供除湿盒与设备控制平台或移动终端之间的双向数据传输通道。

本实施例还提供了一种基于物联网的可循环除湿器的控制方法，包括以下步骤：

开启电源组件和通讯模块，完成初始化设置；

通过压力传感器、热敏电阻和温湿度传感器获取除湿材料的重量、温度信息以及环境的温度、湿度信息，并更新设备控制平台中的相关信息；

通过除湿材料的重量计算吸水量，并根据吸水量确定除湿材料的实时状态，并更新设备控制平台中除湿材料对应的标记位和信息；

根据电源组件对应的外部供电标记，若外部供电，除湿盒进入再生控制状态，若无外部供电，除湿盒进入除湿控制状态；

其中，再生控制状态：根据除湿材料前一状态的重量和温度以及环境温度和湿度，计算加热膜的最优功率并调节到对应的功率，预测加热膜的剩余加热时间，并更新相应的信息；

除湿控制状态：根据除湿材料的当前重量、初始重量和环境湿度，计算除湿材料的剩余使用时间，并更新相应的信息。

具体的，所述除湿盒还具有自动睡眠和重启功能，包括以下步骤：

设备控制平台检查是否存在设备重启标志；

若存在设备重启标志，保存设备持久化信息，再触发设备软件重启；

若不存在设备重启标志，检查睡眠超时计数器，若超时计数器已清空，保存设备持久化信息，除湿盒再进入睡眠模式；

若睡眠超时寄存器未清空，维护超时计数器，返回检查是否存在设备重启标志。

具体地，所述通讯模块开启后，除湿盒和设备控制平台进行网络连接，具体包括以下步骤：

首先检查配网尝试计数器，当配网尝试计数器不为0时，启动基于SmartConfig技术的配网模式，进行配网；在基于SmartConfig技术的配网模式配网超时后，启动传统模式配网；

在传统模式配网超时后，维护配网超时计数器后重新尝试配网，直至配网成功；当配网尝试计数器清空后，仍未配网成功，则清空现有的配网信息，使配网过程阻塞等待，并设置重新配网标记。

结合上述优选实施方式，本实施例还提供了一种更具体的实施方式：

可循环除湿盒及其控制系统包括除湿盒和物联网系统两个部分，如图1和图2所示；除湿盒由外壳组件、除湿材料组件、压力传感器组件、差分模数转换器组件、发热膜组件、功率控制电路组件、热敏电阻组件、可变电路匹配电路组件、锂电池电压采样电路组件、温湿度传感器组件、彩色LED组件、按键组件、微控制器组件、无线收发器组件、锂电池及其充放电控制和保护电路组件、供电输入及保护组件和变压组件组成。上述各组件中，除了外壳组件，其余组件可分为三个部分：除湿材料及其测量与再生设备部分、电池和电源管理部分、微控制器和用户输入输出部分。

除湿材料及其测量与再生设备部分由除湿材料组件、压力传感器组件、发热膜组件和热敏电阻组件组成。其中，除湿材料由可循环使用的硅胶干燥剂组成，作为主要的除湿剂用于除湿，使用无纺布袋包裹后放置于压力传感器上。压力传感器用于间接测量除湿材料吸水量，安装在除湿材料容器的下方，并固定于外壳组件上。发热膜和热敏电阻用于构成加热除湿材料的闭环控制系统，完成再生过程，均安装于无纺布袋内部，与除湿材料直接接触。

电池和电源管理部分由功率控制电路组件、锂电池及其充放电控制和保护电路组件、和供电输入及保护组件组成。其中，功率控制电路组件用于控制发热膜的运行状态，通过接收微控制器输出的低电压脉宽调制信号来控制输出到发热膜的电压。锂电池及其充放电控制和保护电路组件用于持续向低压供电域供电。供电输入及保护组件中含有用于防止过压过流的输入保护子组件和2个适用于不同情况的供电输入子组件(DC接口、USB-C接口及受电控制器)，其中受电控制器与微控制器连接，控制USB-C口的输入。

微控制器和用户输入输出部分由微控制器组件、无线收发器组件、按键组件、彩色LED组件、温湿度传感器组件、可变电路匹配电路组件、锂电池电压采样电路组件和差分模数转换器组件组成。其中，微控制器组件作为系统主控。无线收发器组件用于实现除湿盒与物联网的连接。彩色LED组件和按键组件作为用户界面输入输出装置，用于报告设备运行信息与接收用户输入。温湿度传感器用于检测环境的温湿度，在联网运行中提供预测信息。可变电路匹配电路组件、锂电池电压采样电路组件用于将外部电压信号与微控制器片内的模数转换器相匹配，使微控制器能接受合适的电压信号输入。差分模数转换器组件用于采集压力传感器组件所输出的差分电压信号并将其转换为数字信号，使微控制器能接收压力传感器组件的输出。

物联网系统由上文所述的除湿盒，以及无线局域网基站和网络设备、设备控制平台、移动设备或个人电脑组成。无线局域网基站及网络设备，即通称的无线路由器等同时提供无线和有线局域网接入的单个或一系列设备，提供除湿盒与设备控制云平台之间的双向数据传输通道，即通称的无线局域网。设备控制平台连接于局域网，用于接收和存储除湿盒传输的信息，并向用户提示设备的除湿-再生状态和环境温湿度。移动设备或个人电脑也连接于局域网，作为向用户提示的终端，通过应用程序或网页，接收设备控制云平台传递的告知信息。

本实施例还提供了除湿盒具体的工作流程，包括以下步骤：

除湿盒工作流程由多个子任务组成，子任务之间可以通过标记位等方式实现同步。

S1初始化子任务

如图3所示，该子任务实现了微控制器片上软件的初始化，在除湿盒被各种方式(自动睡眠唤醒、按键输入唤醒等)触发上电复位，并完成微控制器的硬件初始化过程后，自动进入此子任务。

在此子任务中，首先从存储器中读取持久化信息，如无线局域网连接信息等，随后对片上外设及连接的各设备进行初始化操作，最后在启动其余的子任务后，检查唤醒源，确认是否初始化睡眠超时计数器。

S2守护子任务

如图4所示，该子任务实现了微控制器片上软件的守护进程，实现了设备的自动睡眠和重启功能，用于维持除湿盒的正常运行。

在此子任务中，首先检查是否存在设备重启标志，若有，则保存设备持久化信息后触发设备软件重启；若无，则检查睡眠超时计数器，若已清空(倒计时结束)则保存设备持久化信息后使除湿盒进入睡眠模式，若睡眠超时寄存器未被清空，则维护该计数器。

S3除湿/再生状态检测和控制子任务

该子任务实现了除湿与热再生过程控制、环境温湿度检测，用于提供上文所述的全自动除湿与热再生过程控制功能和环境温湿度检测功能，其存在获取信息、除湿控制和再生控制三个互斥的运行状态。

在该子任务的获取信息状态中，首先读取压力传感器、热敏电阻和环境温湿度传感器的读数并计算，从而获取除湿材料的当前重量与温度和当前环境温湿度信息，并更新相应的信息(环境湿度、环境温度、材料重量、材料温度)。随后，通过吸水量变化确定材料处于的状态(完全干燥/已吸满水/吸水中)，并更新相应的标记位(材料完全干燥标记、材料已吸满标记)和信息(干燥重量、最大吸水)。最后通过检查外部供电标记，确定进入除湿控制状态(不存在外部供电标记)或再生控制状态(存在外部供电标记)。

在该子任务的除湿控制状态中，基于前一状态所获取的当前状态下的材料重量和环境湿度，和持久化信息中保存的过去材料重量，计算预测的剩余可用时间，并更新相应的信息(剩余时间、过去材料重量、除湿预测完成标记)。

在该子任务的再生控制状态中，基于前一状态所获取的当前状态下材料重量、材料温度、环境湿度和环境温度，计算并调节加热膜功率为较优状态，同时推测剩余干燥时间，并更新相应的信息(加热功率、剩余时间)。

S4物联网配网、通信和空中升级子任务

如图6所示，该子任务实现了配网、信息传输、空中升级，用于提供上文所述的联网和信息传输功能，其存在配网、更新和传输三个运行状态，任务启动时先进入配网状态。

在该子任务的配网状态中，首先读取持久化信息中存储的配网信息尝试连接，若连接成功则进入更新状态，连接失败则初始化配网尝试计数器，进入配网循环。在配网循环中，首先检查配网尝试计数器，当其不为0时，启动基于SmartConfig技术的配网模式，在SmartConfig配网超时后，启动传统模式配网，在传统配网也超时后，维护配网超时计数器(减1)后重新尝试配网。当配网尝试计数器清空(为0)后，清空现有的配网信息，并使该任务阻塞等待其他任务设置重新配网标记。

在该子任务的更新状态中，首先连接平台服务器同步信息并检查固件更新。当存在固件更新时，首先使守护子任务中的睡眠超时寄存器暂停倒计时，同时下载二进制包。在完成下载二进制包后，验证并更新固件，更新成功则设置重启标志等待守护子任务重启设备，更新失败则向控制平台发送更新失败信息，后进入传输状态。不存在固件更新则直接进入传输状态。

在该子任务的传输状态中，首先检测是否有外部供电，如有，则直接向平台对应主题(Topic)发送设备运行信息(环境湿度、环境温度、材料重量、材料温度、加热功率、剩余时间、外部供电标记、材料完全干燥标记、材料已吸满标记)，如无，则阻塞并等待其他任务设置除湿预测完成标记后，再发送设备运行形式，并设置睡眠标志。

S5用户输入输出服务子任务

如图7所示，该子任务实现了彩色LED控制和按键输入接收，用于提供上文所述的离线报告设备运行信息和用户控制输入，其仅存在扫描更新一个运行状态。

在该子任务的扫描更新状态中，循环检测设备运行信息(材料重量、干燥重量、最大吸水、网络离线标记位、网络在线标记位等)和按键输入信息，根据下述LED显示行为表和按键响应行为表实现相应的功能。

表1LED显示行为表

表2按键响应行为表

所述物联网平台为一现有平台，因此下文仅叙述除湿盒与平台间的信息交换，而不涉及平台本身所提供的移动应用程序、网页控制界面、多传感器协同控制等功能的描述。

除湿盒和平台之间的信息传输使用一个现有的，基于客户端-服务器架构的轻量化消息发布和订阅协议，在除湿盒联网运行的条件下，除湿盒为客户端，而平台同时为服务器和客户端。在该协议中，不同的消息被发布在不同的主题(Topic)中，而服务器将某一个发布者(客户端)所发布的消息分发给所有订阅者(客户端)。下文将接口定义为某一个客户端所订阅的一个特定主题，在该主题发布特定的一些消息会使该客户端执行某些动作。

在实现中，平台提供一系列接口供除湿盒上报运行信息(环境湿度、环境温度、材料重量、材料温度、干燥重量、最大吸水、加热功率、剩余时间、电池电压、材料完全干燥标记、材料已吸满标记、外部供电标记)和一个供除湿盒获取固件更新的接口。除湿盒提供一些设备控制接口(暂停加热、除湿量立刻预测)供用户通过移动应用程序、网页控制界面、平台自动化操作等各种方式实现一些用户输入部分的功能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。