祖國(guó)峰 張勇 單嶠

摘 要：為了在有毒氣體存在等特殊場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)了一款新型可移動(dòng)式空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀。其具有體積小，移動(dòng)方便的特點(diǎn)。并能利光伏發(fā)電，節(jié)能環(huán)保。同時(shí)配備飛行器，必要時(shí)能進(jìn)行立面操作。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量檢測(cè)；報(bào)警器；無(wú)碳小車

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.031

1 前言

大氣污染問(wèn)題是世界環(huán)境問(wèn)題，世界衛(wèi)生組織發(fā)表的報(bào)告顯示，無(wú)論是美、英等發(fā)達(dá)國(guó)家還是像中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家，這些國(guó)家大部分地區(qū)均在不同程度上遭受到顆粒物和臭氧對(duì)人類健康的影響。面對(duì)當(dāng)前重工業(yè)的發(fā)展、化石燃料的燃燒以及汽車尾氣的排放等所帶來(lái)的大氣污染問(wèn)題，我國(guó)采取了一系列的防治空氣污染措施而在這一系列的措施中最為首要的環(huán)節(jié)為對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前全國(guó)各大城市都在互聯(lián)網(wǎng)上建立了空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)，但其發(fā)布的數(shù)據(jù)均為全國(guó)各城市的空氣質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，各個(gè)城市都是定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，且每個(gè)城市的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量少、實(shí)時(shí)性較小、空間局限性較大，因此新型可移動(dòng)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與研發(fā)具有重大意義。

2 本設(shè)計(jì)的定位

雖然我國(guó)在搜救方面有了很大的突破，然而在某些爆炸后的工廠中，因?yàn)椴磺宄覂?nèi)的情況，消防人員和專家貿(mào)然進(jìn)入可能會(huì)存在二次爆炸的危險(xiǎn)，因此為了解決上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)一種新型的儀器，需滿足如下條件：該儀器可靈敏的進(jìn)行自動(dòng)尋跡避障；該設(shè)備應(yīng)具有無(wú)限輸出功能，使其能將狀況實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳；該設(shè)備體積適中，方便出入各類場(chǎng)地。此款可移動(dòng)式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀除了能測(cè)溫度和濕度，還能測(cè)量液化氣、一些烷烴、一氧化碳、二氧化硫、酒精、氫氣、煙霧等。比如有毒氣體泄露的情況下，或在爆炸后的工廠中，因?yàn)椴磺宄覂?nèi)情況，消防人員和測(cè)量專家冒然進(jìn)入會(huì)存在生命危險(xiǎn)。這個(gè)時(shí)候，就可以讓小車先行進(jìn)入，將該區(qū)域的有害氣體成分和濃度檢測(cè)出來(lái)，并利用無(wú)線裝置向外傳送，由于小車具有智能避障的特點(diǎn)，可以在里面自由探測(cè)。同時(shí)，小車具有尋光傳感器，可以探測(cè)到具體火源位置，幫助消防員盡快控制火勢(shì)。

3 具體設(shè)計(jì)

可移動(dòng)式質(zhì)量檢測(cè)儀以無(wú)碳小車為載體進(jìn)行移動(dòng)。整個(gè)裝置是由51單片機(jī)構(gòu)成的，分為三部分，溫濕度無(wú)線發(fā)射裝置、溫濕度無(wú)線接收裝置和有毒氣體報(bào)警裝置，見圖1。

DHT11溫濕度傳感器模塊可對(duì)空氣中的溫濕度進(jìn)行信息采集，在顯示面板上可以顯示檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)溫度及濕度，可以直觀地反映采樣現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境狀況，顯示面版采用LCD1206液晶屏顯示，其顯示菜單的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的人機(jī)對(duì)話界面。屏幕上循環(huán)顯示各項(xiàng)測(cè)量值的上下限及實(shí)際濃度、實(shí)際溫度、濕度。并在按鍵選擇情況下連續(xù)顯示一個(gè)測(cè)量值的變化。當(dāng)有害氣體濃度超出安全范圍時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。可任意設(shè)定時(shí)間，操作方便、直觀，可在控制面板設(shè)定檢測(cè)時(shí)間，檢測(cè)結(jié)束時(shí)自動(dòng)停止工作，時(shí)間精度高。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制智能化。按鍵操作可進(jìn)行測(cè)量值范圍的調(diào)整，及手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)量的轉(zhuǎn)換。

利用NRF24L01無(wú)線傳輸模塊將DHT11溫濕度傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸入到溫濕度無(wú)線接收裝置上，將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再傳輸?shù)?1單片機(jī)上。無(wú)碳小車在探測(cè)溫濕度的過(guò)程中，我們可以很方便的來(lái)持續(xù)監(jiān)測(cè)溫濕度的上下限，如果溫濕度超過(guò)或低于我們?cè)O(shè)定的范圍，聲光報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)報(bào)警，提醒我們。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，正常時(shí)綠燈閃爍，超過(guò)設(shè)定范圍，紅色警示燈閃爍，低于設(shè)定范圍，藍(lán)色警示燈閃爍。

小車上安裝有MQ-2煙霧報(bào)警器，這個(gè)傳感器靈敏度比較高，適用于液化氣、甲烷、丙烷、丁烷、酒精、氫氣、一氧化碳、二氧化硫、煙霧等的探測(cè)。該儀器也可以采用了大流量泵，可調(diào)阻力流量計(jì)，具有流量穩(wěn)定，精度較高的特點(diǎn)，能很好適應(yīng)苯、氨、甲苯、二甲苯、TVOC 等檢測(cè)管有較大采樣阻力的情況。當(dāng)傳感器感覺到有毒氣體的濃度超過(guò)范圍時(shí)，利用LM393雙電壓比較功能，連接在蜂鳴器兩端的電壓就會(huì)升高，使蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，并將氣體成分及濃度實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，有助于人們采取相應(yīng)措施。

4 無(wú)碳小車可移動(dòng)式檢測(cè)儀的優(yōu)點(diǎn)

這款監(jiān)測(cè)儀體積小、功率低，可移動(dòng)，易于操作。在小車上放置了太陽(yáng)能板，可以利用太陽(yáng)能光伏電熱板給儀器供電，節(jié)能環(huán)保（見圖2）。小車?yán)贸暡ǘ惚苷系K（見圖3），比運(yùn)用紅外線避障，反應(yīng)更靈敏，更好的采集信息，更好的處理運(yùn)行路線。當(dāng)遇到障礙物時(shí)，小車會(huì)自動(dòng)分辨方向，可以做到智能轉(zhuǎn)彎。小車帶有無(wú)線傳輸裝置，可以自由地控制小車去探測(cè)我們無(wú)法深入的區(qū)域，并同時(shí)將數(shù)據(jù)回傳，讓我們?cè)诎倜字猓€可以清楚地顯示小車所在位置的空氣質(zhì)量。另外，小車還可在底部安裝飛行器（見圖4），比如有毒氣體泄露的情況下，或在爆炸后的工廠中，因?yàn)椴磺宄覂?nèi)情況，消防人員和測(cè)量專家冒然進(jìn)入會(huì)存在生命危險(xiǎn)。這個(gè)時(shí)候，就可以讓小車先行進(jìn)入，將該區(qū)域的有害氣體成分和濃度檢測(cè)出來(lái)，并利用無(wú)線裝置向外傳送，由于小車具有智能避障的特點(diǎn)，可以在里面自由探測(cè)。同時(shí)，小車具有尋光傳感器，可以探測(cè)到具體火源位置，幫助消防員盡快控制火勢(shì)。如果地面不方便行進(jìn)，可以控制行器進(jìn)行探測(cè)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)不同高度不同濃度的數(shù)據(jù)分析。此外，飛行器還加入了GPS導(dǎo)航，當(dāng)飛行器與遙控?cái)嚅_聯(lián)系時(shí)，飛行器可以自行飛回原來(lái)起飛的位置，將數(shù)據(jù)帶回，這樣就給救援行動(dòng)帶來(lái)很多實(shí)質(zhì)性的幫助。

5 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)的可移動(dòng)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀具有很強(qiáng)的實(shí)用性，體積小，能夠方便移動(dòng)，環(huán)境節(jié)能，能夠適應(yīng)毒氣存在的場(chǎng)所、火災(zāi)發(fā)生時(shí)或各種惡劣的環(huán)境，并保證在此環(huán)境下小車能夠正常工作，及時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

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項(xiàng)目來(lái)源：遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（名稱：可移動(dòng)式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，編號(hào)：201710154000021）；遼寧工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（名稱：可移動(dòng)式空氣質(zhì)量檢測(cè)儀，編號(hào)：201701107）

*為通訊作者