摘 要：本系統(tǒng)是基于STC15為核心的單片機，通過MQ138采集數據，經由AD轉換成數值，如果該值超過國家標準（0.08mg/m3），則SIM300會向用戶指定的手機發(fā)送短信，蜂鳴器還會進行報警，與此同時該數據還會經過W5100傳送至云端，供客戶查詢使用。

關鍵詞：STC15；MQ138；SIM300；W5100

引言

甲醛是一種危害性極大，對人體極為不利的一種有機溶劑。它的來源比較復雜，主要來自于建筑版材，新裝修的房子里一般甲醛都會超標。經常吸入少量甲醛，會有頭痛、乏力、失眠及植物神經紊亂等癥狀。能引起慢性中毒，甲醛已成為室內空氣的主要污染物，被世衛(wèi)組織確定為致癌和致畸形物質。在所有接觸者中，兒童和孕婦對甲醛尤為敏感。調查數據表明，在城市兒童白血病患者中，90%的家庭一年內進行過室內裝修。因此了解室內生活中甲醛含量以及如何預防具有重大意義。

1 系統(tǒng)的總體設計

該系統(tǒng)以STC15單片機為核心，利用MQ-138傳感器采集環(huán)境中的甲醛含量，經過ADC0809轉換器對采集的數據進行轉換，然后在顯示器LCD12864上面顯示，如果采集的值超過我們指定的標準，一方面通過SIM300給手機發(fā)送短信，另一方面還會通過報警器實行報警，最后將采集的所有有效數據通過W5100網絡模塊傳送到云端，加以保存，以便我們隨時可以查閱以前的數據信息。系統(tǒng)原理的結構圖1所示。

2 硬件設計

（1）W5100是多功能的網絡接口芯片，內部集成了10/100Mbps 以太網控制器，主要應用于高集成、高性能、高穩(wěn)定和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。W5100與IEEE802.3 10BASE-T和802.3u 100BASE-TX兼容。W5100內部集成了全硬件的、且經過多年市場驗證的 TCP/IP協(xié)議棧、以太網介質傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。W5100內部還集成有16KB存儲器用于數據傳輸。使用W5100不需要考慮以太網的控制，只需要進行簡單的端口編程。如下實例：

（2）MQ-138是半導體氣敏原件，它的檢測濃度范圍是5-500ppm，基本測試回路如圖2所示。

3 軟件設計

該系統(tǒng)開機后由一個系統(tǒng)初始化，當一切都具備之后，Mq138開始采集數據，ADC轉換器轉換后，一方面直接經過路由器傳到云端，是利用跨平臺的java語言寫的web網頁前端，mysql語句操作后臺數據庫，當軟件接收到W5100通過網絡發(fā)送過來的數據包后，進行解壓分組，用數據庫語句處理分組后的數據，判斷是否合理，如果合理則存入數據庫中，否則丟棄。我們還進一步對數據進行了處理，將采集到的數據進行處理畫出對應的折線圖，以便客戶更好地了解室內環(huán)境各物質濃度的變化情況，另一方面判斷采集的數據是否超過了國家標準，如果超過，則初始化SIM300，發(fā)短信給對應的用戶，蜂鳴器開啟進行報警。最后將采集的數據在本地保留一份，繼續(xù)循環(huán)，該系統(tǒng)具體原理圖如圖3所示。

4 甲醛含量的計算方式

濃度單位ppm與mg/m3的換算：

質量濃度mg/m3=M氣體分子量/22.4*ppm數*[273/（273+T氣體溫度）]*（Ba壓力/101325）

M為氣體分子量，ppm為測定的體積濃度值，T為溫度、Ba為壓力。

甲醛HCHO氣體分子量為30.0260。

硬件采集的數據也會有偶然誤差，效果不是百分之百的準確，為了解決這個問題，我用了數字濾波算法和算術平均值濾波算法，有效地提高了數據的可靠性和真實性。我們對此進行了簡單測試，總共獲取了十六組數據，每組連續(xù)采集5個樣本，存在數組中，數組的長度為5，然后去除其中的最大值和最小值而取剩余的3個A/D 轉換值的平均值，具體數據如表1所示。

實驗證明，在沒有濾波前，系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下會產生偶然誤差，傳感器讀數波動較大；采用濾波后，傳感器讀數波動明顯減小，特別是變化緩慢的環(huán)境下，讀數基本保持穩(wěn)定，自動控制系統(tǒng)沒有誤動作。

5 結束語

通過實驗驗證表明基于云存儲的甲醛監(jiān)測儀能夠實時監(jiān)測環(huán)境中甲醛的含量，在檢測范圍和基本誤差都在可以達標，并且該監(jiān)測儀不僅保留實時數據，還會傳到網絡的云端存儲，便于用戶或監(jiān)測部門了解室內甲醛的變化情況，這是不同于傳統(tǒng)的甲醛的檢測儀的。當甲醛含量超過標準值時會通過聲光報警，同時發(fā)短信到指定的手機通知用戶，便于用戶及時掌握室內環(huán)境情況。

參考文獻

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