謝偉雪 ，萬家秀

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730021）

在“雙創(chuàng)”時代背景下，隨著我國工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，面向“高能耗、高物耗、高污染”的監(jiān)測優(yōu)化系統(tǒng)將有較大的需求。為了滿足實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排的要求，鋼鐵、石化、電力、有色金屬等企業(yè)對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)的需求進(jìn)一步增加。同時，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人民群眾對生產(chǎn)生活健康環(huán)境提出了新的要求。高校環(huán)保專業(yè)在環(huán)境監(jiān)測教學(xué)實(shí)踐過程中需要培養(yǎng)復(fù)合型人才，原有的單一環(huán)境檢測裝置不再能滿足教學(xué)和企業(yè)的需求。大學(xué)生是最具創(chuàng)業(yè)活力和潛力的群體，這就要求教師首先要提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，開發(fā)設(shè)計(jì)和研制符合環(huán)境檢測的多功能實(shí)驗(yàn)裝置，以滿足教學(xué)要求。本文在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的背景下，針對在環(huán)境污染物檢測過程中需要綜合、快速、準(zhǔn)確檢測出各污染物指標(biāo)數(shù)據(jù)的要求，分析了多功能環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置開發(fā)設(shè)計(jì)的必要性，并設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測環(huán)境空氣中多種污染物指標(biāo)的多功能高效創(chuàng)新檢測裝置[1-2]。

1 環(huán)境檢測綜合實(shí)驗(yàn)裝置開發(fā)設(shè)計(jì)的必要性

隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，環(huán)境空氣中污染物種類也不斷增多和復(fù)雜化，所以要求生產(chǎn)企業(yè)和高校在環(huán)境評價和大氣環(huán)境污染物檢測過程中綜合、快速準(zhǔn)確地檢測出各種污染物指標(biāo)的數(shù)據(jù)[3]。目前，對于大氣環(huán)境中污染物的檢測主要有便攜式的各種氣體和粉塵檢測儀，這些檢測儀檢測污染物的范圍很窄，都只能檢測一種氣體和粉塵污染物，具有局限性，不方便戶外教學(xué)環(huán)境污染物多指標(biāo)的檢測和分析[4]。因此，課題組創(chuàng)新研制了一種結(jié)構(gòu)簡單合理、便攜性好、自動化程度高并可用于各行業(yè)企業(yè)和高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多功能環(huán)境檢測綜合裝置，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣中多種污染物的檢測[5-10]。

2 多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

針對上述技術(shù)問題，課題組創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一款基于傳感器的多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。

圖1 多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)圖

多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)主要以結(jié)構(gòu)簡單、便攜性好、自動化程度高、運(yùn)行維護(hù)簡單、實(shí)用性強(qiáng)為目的。由圖1 可知，多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)三種用途，移動傳感器是可以拆卸的，利于學(xué)生和企業(yè)人員的安裝練習(xí)和研究；帶有USB接口，在檢測工作完成后可以獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究；多種傳感器包括氣壓傳感器、光照度傳感器、O2傳感器、溫濕度傳感器、NH3傳感器、甲醛或CO2傳感器、SO2傳感器、CO 傳感器、噪聲傳感器、PM10或PM2.5傳感器等，通過這些傳感器可將環(huán)境空氣中的物理指標(biāo)和各項(xiàng)污染物指標(biāo)含量轉(zhuǎn)換為電訊號，并在觸摸屏上顯示各指標(biāo)含量的實(shí)時數(shù)據(jù)和實(shí)時曲線。

3 基于傳感器的多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

多功能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置外觀和結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。多功能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)成長方體箱體，采用三層結(jié)構(gòu)，上蓋可以拆卸，中間為指標(biāo)檢測底板，下層為儲物層。多功能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置中間層指標(biāo)檢測底板結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3 所示。指標(biāo)檢測底板包括液晶顯示屏、裝置電源開關(guān)、交流供電電源插口、直流供電電源插口、揚(yáng)聲器、移動傳感器終端模塊、各類固定傳感器、傳感器擴(kuò)充插槽等。

圖2 多功能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置外觀和結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 多功能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置中間層指標(biāo)檢測底板結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 液晶顯示屏

液晶顯示屏主要包含一個10.1 寸TFT 觸摸屏和一個USB 接口，主要作用是顯示各傳感器的類型、實(shí)時數(shù)據(jù)和實(shí)時曲線。USB 接口用來下載存儲數(shù)據(jù)；在TFT觸摸屏上有語音自動播報按鈕，主要用來進(jìn)行語音播報，播報各類傳感器所測污染物指標(biāo)的特點(diǎn)和形成過程。

3.2 裝置電源

裝置電源主要包括裝置電源開關(guān)、交流供電電源插口、直流供電電源插口、揚(yáng)聲器。裝置電源開關(guān)主要作用是給指標(biāo)檢測底板通電，并給整個檢測指標(biāo)底板供電；交流供電電源插口主要作用是給裝置供電，用于室內(nèi)或室外環(huán)境空氣的環(huán)境檢測采集數(shù)據(jù)；直流供電電源插口主要作用是連接蓄電池給裝置供電，有利于便攜式室外測定環(huán)境空氣中的各類污染物指標(biāo)；揚(yáng)聲器主要作用是將語音自動播報電信號轉(zhuǎn)化為聲信號，進(jìn)行播報。

3.3 移動傳感器終端模塊

移動傳感器終端模塊是可動模塊，包括一個3.2寸彩色液晶屏、氣壓計(jì)和光照度傳感器。3.2 寸彩色液晶屏主要作用是顯示測定環(huán)境的氣壓計(jì)采集和光照度采集的數(shù)據(jù)；氣壓計(jì)和光照度傳感器的作用是將環(huán)境空氣中的氣壓和光照度轉(zhuǎn)換為電訊號，并在彩色液晶屏上顯示數(shù)據(jù)。

3.4 各類傳感器

各類傳感器主要包括O2傳感器、溫濕度傳感器、NH3傳感器、甲醛/CO2傳感器、SO2傳感器、CO 傳感器、噪聲傳感器、PM2.5/PM10傳感器等。主要作用是將環(huán)境空氣中的O2含量、溫濕度、NH3含量、甲醛/CO2含量、SO2含量、CO 含量、噪聲、PM2.5/PM10含量等轉(zhuǎn)換為電訊號，并在TFT 觸摸屏上顯示實(shí)時數(shù)據(jù)和實(shí)時曲線。

3.5 傳感器擴(kuò)充插槽

傳感器擴(kuò)充插槽可以增加各類傳感器，并測定實(shí)際需要的環(huán)境檢測指標(biāo)。

4 基于傳感器的多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)優(yōu)勢

1）本環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡單，采用三層結(jié)構(gòu)，上蓋可以拆卸，有利于檢測過程的隨意移動并適應(yīng)檢測環(huán)境；中間為指標(biāo)檢測底板，可以測定各類環(huán)境污染物指標(biāo)的實(shí)時數(shù)據(jù)；下層為儲物層，非常方便，可儲存電源、蓄電池和測定時的手套、口罩等物品。

2）本環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置使用方便，可以采用交流外電源或是采用直流蓄電池電源進(jìn)行供電，便攜程度高，可以適用于手提室外或室內(nèi)檢測環(huán)境空氣中的各類污染物指標(biāo)。

3）本環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置采用雙液晶屏設(shè)計(jì)且具有語音自動播報功能。10.1 寸TFT 觸摸屏和3.2 寸彩色液晶屏，顯示屏大，顯示數(shù)據(jù)清晰明了，有利于讀數(shù)和觀察數(shù)據(jù)的實(shí)時變化；語音自動播報功能可以播報每種污染物的形成過程、特點(diǎn)、在環(huán)境空氣中的濃度限值以及對人體和生態(tài)環(huán)境造成的影響等，有利于檢測人員更好地對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行理解和掌握。

4）本環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置采用的移動傳感器終端是可動模塊和傳感器擴(kuò)充插槽。根據(jù)檢測地點(diǎn)的特點(diǎn)，可動模塊的氣壓和光照度可以有選擇性地檢測，減少了測定的時間，加快了測定的速度；傳感器擴(kuò)充插槽可以根據(jù)需要增加傳感器測定環(huán)境檢測指標(biāo)，并且用于教學(xué)時可以讓學(xué)生親自動手研究可動模塊的傳感器。

5）本環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置充分利用10 類固定傳感器，準(zhǔn)確測定出13 種環(huán)境空氣中的污染物指標(biāo)數(shù)據(jù)及其實(shí)時曲線，裝置支持傳感器種類非常全（聲音、光、電、氣體等），是集學(xué)習(xí)、應(yīng)用編程、開發(fā)研究于一體的多功能創(chuàng)新檢測裝置。

5 結(jié)論

基于傳感器的多功能創(chuàng)新環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)裝置是一種智能化、室內(nèi)室外兩用、便于攜帶且可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確檢測環(huán)境空氣中多種污染物指標(biāo)的高效創(chuàng)新檢測裝置，該裝置可用于企業(yè)和高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)，自動化程度高，運(yùn)行維護(hù)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，具有創(chuàng)新性。