曹志旭　李紅　金石　劉春雨

【摘 要】本文主要研究設(shè)計(jì)與互聯(lián)網(wǎng)通信的“空氣質(zhì)量檢測儀”系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)甲醛、一氧化碳等有毒氣體的預(yù)警監(jiān)測，更夠方便快捷的檢測空氣質(zhì)量，為人們提供更多的便利?？諝赓|(zhì)量檢測儀體積小，功耗低，操作簡單，適合應(yīng)用于單個(gè)家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測室內(nèi)或室外的空氣質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】空氣質(zhì)量；檢測；單片機(jī)；傳感器

中圖分類號(hào)： TH83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）04-0025-001

Internet + air quality detector design

CAO Zhi-xu LI Hong JIN Shi LIU Chun-yu

（Jilin University of Architecture，Changchun 130022，China）

【Abstract】This paper mainly studies the "air quality tester" system designed and communicated by Internet. This system aims to realize the early warning and monitoring of toxic gases such as formaldehyde and carbon monoxide， and more convenient and quick detection of air quality， providing more convenience for people . Air quality detector is small， low power consumption， simple operation， suitable for medical and health care in a single home and community， real-time monitoring of indoor or outdoor air quality.

【Key words】Air quality；Detection；Microcontroller；Sensor

1 研究背景

在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)天氣及空氣質(zhì)量已經(jīng)普及到每個(gè)智能終端。但是，室內(nèi)空氣質(zhì)量的檢測及預(yù)報(bào)系統(tǒng)還不多見。本課題研究一套系統(tǒng)，可以檢測室內(nèi)空氣質(zhì)量的同時(shí)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)同步天氣預(yù)報(bào)，并把室內(nèi)控制質(zhì)量參數(shù)上傳數(shù)據(jù)庫。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框圖

互聯(lián)網(wǎng)+室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測與預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要由單片機(jī)，WIFI模塊，溫濕度傳感器模組，甲醛傳感器模組，PM2.5傳感器模組，TVOC氣體傳感器、CO、CO2模組、顯示模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等組成，低功耗單片機(jī)模塊作為主控制芯片，對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并送入執(zhí)行模塊進(jìn)行相應(yīng)響應(yīng)。各類傳感器模塊可實(shí)現(xiàn)對多種有毒及易燃?xì)怏w甲醛、TVOC、CO及粉塵濃度進(jìn)行檢測。通過WIFI模塊將預(yù)警系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸，送至路由器與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行分析和記錄。顯示模塊的功能是當(dāng)檢測濃度高于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)采用多種方式進(jìn)行報(bào)警，包括視覺、聽覺、觸覺報(bào)警。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 各單元模塊的選擇與設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)

選擇ST公司的32位單片機(jī)STM32F103RB作為系統(tǒng)的控制核心。由于其低廉的價(jià)格、簡單的使用方式和很強(qiáng)的控制、運(yùn)算性能，被廣泛運(yùn)用于商業(yè)設(shè)備研制。

（2）WIFI模塊

WIFI模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的無線通信，WIFI模塊通過室內(nèi)路由器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測與預(yù)報(bào)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的無線通信。我們選擇ESP8266串口轉(zhuǎn)WIFI模塊。

（3）溫濕度傳感器模組

溫濕度傳感器模組負(fù)責(zé)室內(nèi)溫濕度的數(shù)據(jù)采集。使用瑞士sensirion公司的數(shù)字傳感器SHT20。當(dāng)SDA與SCL同時(shí)處在高電平時(shí)總線處于空閑狀態(tài)，上拉電阻將電平拉高，總線的SCL與SDA處于釋放狀態(tài)。只有在SCL為低電平的狀態(tài)下，SDA才能改變其狀態(tài)。

（4）傳感器模組

甲醛傳感器模組負(fù)責(zé)室內(nèi)空氣甲醛濃度的檢測。我們使用英國DART公司的甲醛傳感器。PM2.5傳感器模組負(fù)責(zé)室內(nèi)霧霾指數(shù)的數(shù)據(jù)采集。光散射法是低成本檢測PM2.5常用方案，由于激光法比紅外光法更精準(zhǔn)，因此選擇ZH03激光PM2.5粉塵傳感器。TVOC氣體傳感器、CO、CO2模組采集多個(gè)參數(shù)。使用英國劍橋CCS MEMS TVOC空氣質(zhì)量氣體傳感器CCS811。

（5）顯示模塊

顯示模塊負(fù)責(zé)參數(shù)的顯示與設(shè)置。我們選擇了TFT液晶屏。TFT是指薄膜晶體管，意即每個(gè)（下轉(zhuǎn)第73頁）（上接第25頁）液晶像素點(diǎn)都是由集成在像素點(diǎn)后面的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)，從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件流程為：首先在軟件設(shè)計(jì)中預(yù)留各種有害氣體標(biāo)準(zhǔn)，在系開始工作時(shí)，各種有害氣體傳感器開始檢測數(shù)據(jù)并進(jìn)行輸出，與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)設(shè)定值高于當(dāng)前值時(shí)，通過顯示模塊顯示當(dāng)前值并繼續(xù)檢測，當(dāng)設(shè)定值低于當(dāng)前值時(shí)，通過顯示模塊顯示當(dāng)前值并通過WIFI模塊發(fā)出警報(bào)，繼續(xù)測量，直到關(guān)閉。

4 結(jié)語

為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的空氣質(zhì)量檢測儀，技術(shù)上涉及到了甲醛傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)。通過多方面的研究，我們完成了對元器件的選擇，對系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)。預(yù)計(jì)性能可靠，與國外產(chǎn)品相比性價(jià)比較高。