摘 要： 針對室內(nèi)污染氣體對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，提出了一種檢測室內(nèi)主要空氣濃度與營造室內(nèi)健康空氣的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由室內(nèi)多點(diǎn)氣體濃度檢測模塊、無線發(fā)射接收通信模塊、主機(jī)監(jiān)控顯示模塊、空氣凈化模塊和室內(nèi)外氣體對流式補(bǔ)償系統(tǒng)五大部分組成?？蓹z測CO2、甲醛、VOC（揮發(fā)性有機(jī)物）和CO四種氣體；無線通信采用nRF24L01無線模塊，空氣凈化模塊采用兩個FY?2型3 kV負(fù)高壓源負(fù)離子發(fā)生器；室內(nèi)外氣體對流式補(bǔ)償系統(tǒng)由兩個風(fēng)扇及風(fēng)扇驅(qū)動電路組成。通過氣體測試實(shí)驗，表明系統(tǒng)具有室內(nèi)氣體檢測和換氣功能。

關(guān)鍵詞： 傳感器； nRF24L01； 負(fù)離子發(fā)生器； 對流式補(bǔ)償

中圖分類號： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）03?0100?03

Indoor air quality testing and convection compensation system

FENG Zhi?rong， WANG Hong?mei

（Mechanical and Electronic Engineering institute， Guangdong Institute of Science and Technology， Zhuhai 519090， China）

Abstract： According to today′s serious human health hazards caused by indoor air pollution， a smart home system which can detect the major air concentration in house and create a healthy indoor air is proposed. The system consists of multi-point gas concentration detection module， wireless transceiving communication module， host computer monitoring/display module， air purification module， and indoor and outdoor air convection compensation system. It can detect CO2， formaldehyde， VOC （volatile organic compounds） and CO. nRF24L01 wireless module is used in the wireless communication section. Two FY?2 type 3 kV negative high?voltage source negative ion generators are adopted in the air purification module. Indoor and outdoor air convection compensation system is composed of two fans and fan drive circuit. The gas experiments confirm that the system has excellent indoor air detection and air exchange functions.

Key words： sensor； NRF24L01； negative ion generator； convection compensation

0 引 言

換氣空調(diào)的換氣功能是通過空調(diào)內(nèi)置的換氣裝置實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)換氣時，一部分室內(nèi)回風(fēng)被換氣裝置抽出室外，此時室內(nèi)空氣密度下降，相對于室外氣壓產(chǎn)生負(fù)壓，由于室內(nèi)、外有壓力差，室外的新鮮空氣就通過門窗縫進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的。這種方法換氣速度較慢，新鮮空氣較少，風(fēng)道內(nèi)污染未清理，仍就會給人悶的感覺，而且空調(diào)換氣并未實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的檢測?；诿糠N污染空氣處理方法，目前公認(rèn)的最好解決普通家庭室內(nèi)空氣污染問題的方式就是組成一個進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)的系統(tǒng)，即機(jī)械排風(fēng)與機(jī)械進(jìn)風(fēng)同時進(jìn)行，保證通風(fēng)率達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣就可以顯著有效地減少室內(nèi)空氣污染問題的出現(xiàn)，因此本文提出了一種基于室內(nèi)空氣污染程度的檢測與對流式補(bǔ)償系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)包括：實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)采集室內(nèi)有害氣體甲醛，CO2，VOC和CO/煙霧的濃度信息；實(shí)現(xiàn)無線發(fā)射和接收通信；實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對室內(nèi)多點(diǎn)氣體濃度信息的處理；實(shí)現(xiàn)室內(nèi)主要有害氣體濃度及室內(nèi)外溫度的監(jiān)測顯示；實(shí)現(xiàn)負(fù)離子發(fā)生器的正?？諝鈨艋?；實(shí)現(xiàn)對流式補(bǔ)償系統(tǒng)的高效換氣；實(shí)現(xiàn)室內(nèi)檢測氣體超標(biāo)的聲光報警。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 傳感器標(biāo)定

2.1 CO2傳感器

2.2 CO傳感器

2.3 甲醛傳感器

甲醛傳感器探測范圍為0～500 ppm，標(biāo)定數(shù)據(jù)見表3。甲醛標(biāo)定曲線如圖4所示。

2.4 VOC傳感器

VOC傳感器探測范圍為0～2 000 ppm，標(biāo)定數(shù)據(jù)見表4。VOC標(biāo)定曲線如圖5所示。

根據(jù)VOC濃度y（ppm）與傳感器的電壓x（ppm）關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，由數(shù)據(jù)和標(biāo)定曲線優(yōu)化可得VOC標(biāo)定函數(shù)：

圖5 VOC標(biāo)定曲線

3 測試數(shù)據(jù)與分析

本系統(tǒng)的測試主要是通過密閉房間進(jìn)行，房間長為3.8 m，寬為2.7 m，高為4.0 m。兩個風(fēng)扇安裝在對立面上，上風(fēng)扇的軸心到地面的距離為3.25 m，下風(fēng)扇的軸心到地面的距離為0.6 m。在房間內(nèi)點(diǎn)燃木炭，密閉一段時間待木炭燃燒完，便模擬了一種有害氣體CO濃度超標(biāo)的環(huán)境，通過用不同的方式使室內(nèi)外氣體交換，啟動整個系統(tǒng)，記錄所測數(shù)據(jù)。

室內(nèi)溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，排氣方式為上風(fēng)扇排風(fēng)，下風(fēng)扇靜止，CO濃度數(shù)據(jù)見表5。

室內(nèi)溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，排氣方式為下風(fēng)扇排風(fēng)，上風(fēng)扇靜止，CO濃度數(shù)據(jù)見表6。

室內(nèi)溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，上風(fēng)扇入風(fēng)，下風(fēng)扇排風(fēng)，CO濃度數(shù)據(jù)見表7。

表7 CO濃度數(shù)據(jù)（三）

由表5可知，采用上風(fēng)扇排氣，下風(fēng)扇靜止的方式，CO濃度從4 468.61 ppm降到8.36 ppm所需時間為570 s。由表6可知，采用下風(fēng)扇排氣，上風(fēng)扇靜止的方式，CO濃度從4 468.61降到9.41 ppm所需時間為565 s。由表7和表8可知，分別采用上風(fēng)扇進(jìn)氣、下風(fēng)扇排氣和上風(fēng)扇排氣、下風(fēng)扇進(jìn)氣的對流方式，濃度由4 468.63 ppm和4 468.61 ppm分別下降到9.14 ppm和6.91 ppm時，所用的時間分別是460 s和450 s。說明了采用對流式補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行的氣體交換效果更好。

4 結(jié) 論

室內(nèi)主要有害氣體濃度檢測及對流式補(bǔ)償系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)的分布結(jié)構(gòu)，通過四種傳感器采用無線多點(diǎn)結(jié)構(gòu)來采集室內(nèi)主要有害氣體濃度信息，將其信息發(fā)送到主機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)信息處理結(jié)果來控制室內(nèi)外氣流交換。系統(tǒng)采用對流式補(bǔ)償系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外的氣體高效交換，整個系統(tǒng)為全自動運(yùn)行，時刻顯示空氣質(zhì)量狀態(tài)，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量。

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