室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 摘 要:目前人們除了關(guān)心室外大氣污染以外,也開(kāi)始將關(guān)注點(diǎn)放在了室內(nèi)空氣污染方面,為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出室內(nèi)空氣的有害氣體,筆者提出了一種室內(nèi)有害氣體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路,可以對(duì)室內(nèi)有害氣體參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)。該系統(tǒng)集成了有害氣體的檢測(cè)傳感器,同時(shí)設(shè)置了集成電路,其在運(yùn)行中可以對(duì)有害氣體如甲烷、一氧化碳、甲醛等濃度進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到一定的限定值后,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào),提醒人們及時(shí)對(duì)此做出處理。筆者在文中對(duì)該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)要論述,并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探討。 關(guān)鍵詞:有害氣體;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);設(shè)計(jì);研究 中圖分類(lèi)號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 0.引言 目前市面上有許多種類(lèi)的室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng),但是大多數(shù)儀器都存在操作較為復(fù)雜,成本較高等缺點(diǎn),導(dǎo)致了該系統(tǒng)難以普及到家庭之中,僅有部分專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)才會(huì)安裝該系統(tǒng)。然而目前許多家庭在買(mǎi)房后對(duì)房間進(jìn)行裝修,卻難以對(duì)裝修材料散發(fā)出的有害氣體引起注意,長(zhǎng)此以往很容易患上慢性疾病,因此安裝室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分必要的。筆者對(duì)此提出一種適合家庭的經(jīng)濟(jì)、便捷的有害氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備,其采用傳感器作為核心,具有較高的性?xún)r(jià)比,能夠在日常生活中保護(hù)用戶(hù)人身健康。
1.研究背景分析 隨著人們生活水平的提高,加之房產(chǎn)“熱潮”愈演愈烈,許多家庭開(kāi)始瘋狂購(gòu)房,并對(duì)其進(jìn)行裝修,然而市面上的裝修材料質(zhì)量良莠不齊室內(nèi)有害氣體檢測(cè),很容易在室內(nèi)散發(fā)出有害氣體。據(jù)統(tǒng)計(jì),每年因?yàn)槭覂?nèi)空氣污染而死亡的人數(shù)已達(dá)到11.1萬(wàn)人,可謂是一個(gè)非常龐大的群體。一般來(lái)說(shuō),室內(nèi)有害氣體的來(lái)源包括兩方面:一是現(xiàn)代化社會(huì)需求大,工業(yè)發(fā)展十分迅速,各類(lèi)石油、化工、消防、火電廠(chǎng)、醫(yī)藥等廠(chǎng)房向大氣排放各種有害氣體,這些氣體嚴(yán)重影響了廠(chǎng)房工人和附近居民的身體健康,對(duì)此,工廠(chǎng)一定要改變?cè)瓉?lái)的排污方式,保證居民的居住環(huán)境綠色、健康;二是現(xiàn)代化社會(huì)的物質(zhì)水平提高,人們對(duì)室內(nèi)的裝修要求提高,然而各種新式的裝修材料中正隱藏著大量的有毒氣體?;谝陨系脑?,目前社會(huì)中部分家庭空氣質(zhì)量較差,而僅僅依靠自己的感官是無(wú)法判斷其是否有害,對(duì)此多數(shù)科研人員進(jìn)行了研究汽油檢測(cè)儀,設(shè)計(jì)出了一套室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。過(guò)去的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的特點(diǎn),導(dǎo)致了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并未在普通家庭得到普及。因此,筆者對(duì)原系統(tǒng)重新進(jìn)行改良,設(shè)計(jì)了一套適合普通家庭使用的有害氣體檢測(cè)系統(tǒng)。 2.系統(tǒng)整體架構(gòu) 2.1 整體架構(gòu) (1)整個(gè)系統(tǒng)的框架由六大模塊組成,每個(gè)模塊都有自己對(duì)應(yīng)的功能: 控制模塊,該模塊采用的是ATmega16單片機(jī)設(shè)備,它可以大大地提高系統(tǒng)代碼的運(yùn)行效率,比一般的控制模塊提高約10倍以上的數(shù)據(jù)吞吐率。
(2)顯示電路,其選用了LCD12864顯示屏,為中文字庫(kù)型系統(tǒng),適用于中國(guó)居民使用,電路可以將處理后的結(jié)果顯示在屏幕上,給用戶(hù)直觀(guān)的感受。 (3)電源模塊以及報(bào)警模塊,電源模塊采用USB供電,具有方便使用、節(jié)約用電的效果;報(bào)警模塊則采用普通的蜂鳴器和發(fā)光二極管,在有害氣體濃度超出指標(biāo)時(shí)進(jìn)行報(bào)警,報(bào)警模式為發(fā)光和聲響交替,能夠起到提醒用戶(hù)的作用。 (4)傳感模塊,其內(nèi)部安裝有感應(yīng)不同氣體濃度的傳感器,可以對(duì)空氣中有害氣體的濃度進(jìn)行感應(yīng),傳感器再將得到的信息傳遞給單片機(jī),而單片機(jī)會(huì)把信息傳遞給報(bào)警器和顯示屏幕,讓整個(gè)系統(tǒng)得以循環(huán)運(yùn)行。 (5)獨(dú)立鍵盤(pán)模塊,該模塊設(shè)立了3個(gè)鍵來(lái)檢測(cè)有害氣體的濃度狀況并將其,另外還設(shè)有其他的鍵可重啟整個(gè)系統(tǒng),使得系統(tǒng)可以反復(fù)地進(jìn)行。 (6)GSM模塊,該模塊選用了SIM900A芯片,其主要功能是在濃度達(dá)到限定值后,將已設(shè)定好的通知短信發(fā)送給用戶(hù),以此來(lái)通知用戶(hù)空氣中有害氣體的濃度達(dá)到限定值,并做出相應(yīng)的處理。 2.2 功能實(shí)現(xiàn) 該系統(tǒng)分為6個(gè)模塊,各個(gè)模塊相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。系統(tǒng)啟用后,傳感器開(kāi)始工作將收集到的信息傳遞給單片機(jī),單片機(jī)將信息處理了以后再將信息顯示在顯示屏上,如果超標(biāo)的話(huà)甲苯報(bào)警器,報(bào)警器會(huì)開(kāi)始工作,這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng),該系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn). 3.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)主要由6個(gè)模塊組成,分別為:控制芯片、顯示、傳感器、獨(dú)立鍵盤(pán)、供電以及GSM等,整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
系統(tǒng)的控制核心采用了ATmega16單片,并且融合了MQ-7、MQ-138和MQ-2等系統(tǒng)來(lái)分別監(jiān)測(cè)一氧化碳、甲醛以及甲烷的濃度,通過(guò)濃度來(lái)判斷該氣體目前對(duì)人體的危害程度。在濃度判斷結(jié)束后,系統(tǒng)將會(huì)把采集的數(shù)據(jù)傳遞給單機(jī)片,當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)后,單機(jī)片會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,處理后會(huì)將結(jié)果傳到顯示屏,如果濃度達(dá)到限定值,則報(bào)警器就會(huì)響,以此來(lái)提醒用戶(hù)室內(nèi)空氣中的有害氣體濃度已經(jīng)超標(biāo),有助于人們及時(shí)做出處理(開(kāi)窗通風(fēng),暫時(shí)離開(kāi))。報(bào)警器采用普通的有源蜂鳴器設(shè)備,指示燈則選用發(fā)光二極管,供電模塊采用USB接口,GSM模塊采用SIM900系統(tǒng),這些設(shè)備相對(duì)便捷,方便人們操作,以上的功能模式即組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。 3.2 軟件設(shè)計(jì) 軟件部分的設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳感器檢測(cè)到有害氣體濃度后對(duì)低電平進(jìn)行的處理環(huán)節(jié)。在程序初始化的階段后,用戶(hù)可以在機(jī)器的外部通過(guò)表示有何種有害氣體的監(jiān)測(cè)按鈕室內(nèi)有害氣體檢測(cè),選擇自己想要監(jiān)測(cè)的氣體,并且系統(tǒng)監(jiān)測(cè)后會(huì)在LED屏幕上顯示監(jiān)測(cè)后處理過(guò)的數(shù)據(jù),得到室內(nèi)有害氣體的濃度情況和室內(nèi)空氣等級(jí)質(zhì)量數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)濃度超過(guò)初始設(shè)定的限定值后,報(bào)警器發(fā)光閃爍并發(fā)出報(bào)警聲響,同時(shí)也將發(fā)出文字報(bào)警短信。在處理室內(nèi)空氣的有害氣體后,按下復(fù)原鍵就可以將該裝置恢復(fù)到初始狀態(tài),使得系統(tǒng)初始化,根據(jù)用戶(hù)的需要再次進(jìn)行工作。
4.系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用 本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路與電路原理較為簡(jiǎn)單,測(cè)試時(shí)主要是為了檢測(cè)測(cè)試器電路狀況和其工作情況。筆者將其安置在一個(gè)密閉的盒子內(nèi),先將其中通入一定濃度的甲烷,進(jìn)行測(cè)定后復(fù)原,再輸入比之前量更多的甲烷,以此類(lèi)推幾次試驗(yàn)后,再用同樣的方式對(duì)其他的有害氣體進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)時(shí)間較短,復(fù)原較快,并且能夠快速而且準(zhǔn)確地判讀空氣中有害氣體的濃度并做出分析,同時(shí)顯示在顯示屏上,報(bào)警系統(tǒng)也可以正常地進(jìn)行工作。感應(yīng)器系統(tǒng)如圖2所示,其能夠?qū)崿F(xiàn)良好工作,且由于性能較高,成本較低,因此值得推廣應(yīng)用。 結(jié)語(yǔ) 本系統(tǒng)對(duì)于室內(nèi)有害氣體的監(jiān)測(cè)具有良好的效果,并且操作十分便捷,成本較低,適用于各收入層次的家庭。因?yàn)樵撓到y(tǒng)對(duì)煙霧比較敏感,因此在煙霧較多的環(huán)境中難以進(jìn)行正確判斷,有時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù),而這也是該系統(tǒng)的不足之處。但從整體來(lái)看,筆者通過(guò)多次對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)各方面都是比較穩(wěn)定的,可以正常地進(jìn)行工作,運(yùn)行的速度也能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求,該設(shè)備的電路模塊便攜性高,有益于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和升級(jí)??偠灾?,該室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng),具有實(shí)用性強(qiáng)、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、易于普及等多個(gè)優(yōu)點(diǎn),可以對(duì)室內(nèi)的有害氣體濃度做出正確的判斷,從而保證了用戶(hù)的健康生活。
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