孫正可 謝文博 李壯壯

摘要：科技和社會的發(fā)展速度都是非?？斓模鞣N高科技設(shè)備與技術(shù)正在不斷地走近我們的生活，雖然方便了我們的生活，但是卻帶來了很多方面的污染問題，其中較為嚴重的就是噪音污染和空氣污染。PM2.5這個指標正在大大影響著我們的健康，同時噪音讓我們的心情變得煩躁，因此需要采取相關(guān)措施來對于這些污染進行治理。采用相關(guān)的檢測設(shè)備來對于這些指標進行監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)超標之后可以采取措施和對其進行提醒，這樣就大大降低了進一步發(fā)展的可能性，讓這些產(chǎn)生噪音和污染的因素慢慢消除，本文對其設(shè)備設(shè)計方法展開探究。

關(guān)鍵詞：PM2.5 噪音 自動化監(jiān)測

引言

隨著社會的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，空氣質(zhì)量問題越來越受人們的關(guān)注，其中的一個重要指標為PM2.5值。然而大部分人只注意到室外的PM2.5值，紛紛采取自我防護措施，但卻沒有關(guān)注到室內(nèi)環(huán)境。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)得知，相對于室外PM2.5污染，室內(nèi)PM2.5污染對人的影響更顯著。我們希望可以通過手機APP實時查詢到室內(nèi)PM2.5的濃度，并及時采取相應(yīng)的應(yīng)對措施（安裝加濕器、空氣清新器、超聲霧化器等），就可以大大降低PM2.5對人體健康的影響。

吸煙是室內(nèi)PM2.5的來源之一。在公共場合吸煙，所造成的最直接的傷害是影響吸煙者和身邊人身體健康。尤其很多公共場所不允許吸煙，但還是有很多不遵守規(guī)則的人，幾乎所有周邊群眾雖然痛恨在公共場合吸煙的這種做法，但又很無奈，只能選擇主動遠離或默默忍受。我們希望可以通過手機APP發(fā)送指令開啟語音提醒功能，來達到對吸煙者的一種警示作用。

在眾多大學生不文明現(xiàn)象中最讓人無法接受的就是在圖書館或者教室產(chǎn)生的噪音污染，影響他人。我們希望可以通過手機APP發(fā)送指令開啟語音提醒功能，來達到對他人的一種警示作用。

綜上所述，我們期望設(shè)計出結(jié)合室內(nèi)PM2.5與噪音分貝監(jiān)測的一體化自動化設(shè)備。

1自動化監(jiān)測設(shè)備模塊設(shè)計

1.1 STM32單片機

STM32單片機屬于arm內(nèi)核的一個版本，相比較傳統(tǒng)的5l單片機，運行速度快、自身攜帶功能多。它與無線WIFIESP8266模塊、傳感器模塊以及蜂鳴器建立聯(lián)系，是整個系統(tǒng)的主控模塊。實時計算空氣中的PM2.5濃度和噪音分貝，并將數(shù)據(jù)通過無線WIFI模塊上傳至IOT服務(wù)器。

1.2電源模塊

本設(shè)備需要對于電源進行整流與降壓，將220V的交流電變?yōu)?V的直流電來進行供電，通過整流將其變?yōu)槊}沖直流電，濾波電路可以將電流中的諧波過濾掉，使得輸出的諧波較少，經(jīng)過穩(wěn)壓電路使得電路的穩(wěn)定性進一步得到提升，使得其可以平穩(wěn)地對其他模塊進行供電。

1.3 PM2.5傳感器及噪音傳感器

本設(shè)備所選用的檢測PM2.5濃度的傳感器型號為SDSOII，SDSOII使用激光散射原理，可以檢測到空氣中PM2.5濃度，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可數(shù)字化輸出。其輸出數(shù)據(jù)幀中的2、3分別代表PM2.5濃度的低字節(jié)和高字節(jié)。PM2.5的計算公式為《PM2.5高字節(jié)*256）+PM2.5低字節(jié)）/10。本設(shè)備所選用的噪音傳感器為BY208ZY噪音檢測傳感器模塊。噪音傳感器正是由于傳感器內(nèi)置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒，聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動，導致電容的變化，而產(chǎn)生與之對應(yīng)變化的微小電壓，從而實現(xiàn)到電信號的轉(zhuǎn)換。

1.4蜂鳴器

本設(shè)備采用的是利用蜂鳴器發(fā)聲進行“語音提醒”。當他人在公共場合吸煙造成空氣中PM2.5濃度多大以及他人發(fā)出的噪聲多大時，我們可以通過手機APP發(fā)送指令開啟蜂鳴器，來達到對他人一種警示作用。

1.5無線WIFI ESP8266模塊

WIFI數(shù)據(jù)傳輸模塊由數(shù)據(jù)接口層、AT命令層、API接口層組成。采用無線WIFI模塊的STA模式，即設(shè)備可以通過連接路由器實現(xiàn)與外部電腦或手機聯(lián)網(wǎng)，連接網(wǎng)絡(luò)后電腦或手機聯(lián)網(wǎng)即可實現(xiàn)控制功能。

2 自動化監(jiān)測設(shè)備設(shè)計方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1下位機端

主控模塊實時計算空氣中的PM2.5濃度和噪音分貝數(shù)值，搭載無線WIFI ESP8266模塊進行網(wǎng)絡(luò)通信，本地與傳感器、蜂鳴器相連。具體實施思路包括硬件接線、串口顯示傳感器檢測到的數(shù)值、單片機與WIFI模塊的調(diào)試。

2.2服務(wù)器端

WIFI模塊可以通過TCP的方式連接到IOT服務(wù)器，這樣一來，設(shè)備通過WIFI模塊連接路由器就可以上網(wǎng)了。當設(shè)備和服務(wù)器建立好TCP通道后還要建立MQTT的通信協(xié)議才可真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，即PM2.5濃度信息和噪音分貝信息要通過MQTT協(xié)議上報至IOT服務(wù)器，IOT服務(wù)器可以將其轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)庫進行長久保存。

2.3上位機端

填寫WIFI的SSID和密碼使WIFI模塊連接至互聯(lián)網(wǎng)，手機或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對設(shè)備的遠程控制。

2.4 APP端

采用Eclipse環(huán)境和Java語言開發(fā)APP，使實時數(shù)據(jù)查詢和語音提醒的功能得以實現(xiàn)。

3總結(jié)

生活中絕大多數(shù)室內(nèi)PM2.5與噪音檢測裝置并沒有實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通訊，沒有起到對數(shù)據(jù)處理的作用。本項目通過無線WIFI模塊實現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)之間的通訊，有利于用戶對數(shù)據(jù)做出及時的處理與反饋。本設(shè)備在基于STM32單片機，利用IOT平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控的基礎(chǔ)上增加了語音提醒功能，巧妙的解決了諸如”不知該如何勸阻他人吸煙和發(fā)出噪音”的問題。本項目將噪音檢測與PM2.5檢測裝置合二為一，相比市面上已有的檢測裝置，應(yīng)用范圍更加廣泛，能從不同方面滿足用戶的多種需求。

參考文獻

[1]姚展，基于單片機的PM2.5檢測儀設(shè)計[J]，價值工程，2019，38（07）：154-156.

[2]龔天宜，孫兆彬，張小玲，王式功，人群的自然和社會屬性分類下PM（2.5）對心血管疾病的影響[J].中國環(huán)境科學，2019，39（03）：1289-1298.

[3]王愛紅.一種噪音精確檢測報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2018（20）：13-14.

[4]賀超.基于ESP8266物聯(lián)方案的圖書館座位監(jiān)測預(yù)約系統(tǒng)[J].電子世界，2019（07）：149-150.

[5]楊亞軍，張辛波，吳必造.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在河流監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用[JOL].電子技術(shù)與軟件工程，2019（08）：171-173。