莫洪

摘 要：目前人們除了關(guān)心室外大氣污染以外，也開始將關(guān)注點放在了室內(nèi)空氣污染方面，為了實時監(jiān)測出室內(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)測系統(tǒng)設(shè)計思路，可以對室內(nèi)有害氣體參數(shù)進行實時觀測。該系統(tǒng)集成了有害氣體的檢測傳感器，同時設(shè)置了集成電路，其在運行中可以對有害氣體如甲烷、一氧化碳、甲醛等濃度進行檢測，當有害氣體濃度達到一定的限定值后，監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)出警報，提醒人們及時對此做出處理。筆者在文中對該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計及功能實現(xiàn)簡要論述，并對其應用進行相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：有害氣體；監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)計；研究

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

0.引言

目前市面上有許多種類的室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)，但是大多數(shù)儀器都存在操作較為復雜，成本較高等缺點，導致了該系統(tǒng)難以普及到家庭之中，僅有部分專業(yè)機構(gòu)才會安裝該系統(tǒng)。然而目前許多家庭在買房后對房間進行裝修，卻難以對裝修材料散發(fā)出的有害氣體引起注意，長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)測系統(tǒng)是十分必要的。筆者對此提出一種適合家庭的經(jīng)濟、便捷的有害氣體監(jiān)測設(shè)備，其采用傳感器作為核心，具有較高的性價比，能夠在日常生活中保護用戶人身健康。

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，許多家庭開始瘋狂購房，并對其進行裝修，然而市面上的裝修材料質(zhì)量良莠不齊，很容易在室內(nèi)散發(fā)出有害氣體。據(jù)統(tǒng)計，每年因為室內(nèi)空氣污染而死亡的人數(shù)已達到11.1萬人，可謂是一個非常龐大的群體。一般來說，室內(nèi)有害氣體的來源包括兩方面：一是現(xiàn)代化社會需求大，工業(yè)發(fā)展十分迅速，各類石油、化工、消防、火電廠、醫(yī)藥等廠房向大氣排放各種有害氣體，這些氣體嚴重影響了廠房工人和附近居民的身體健康，對此，工廠一定要改變原來的排污方式，保證居民的居住環(huán)境綠色、健康；二是現(xiàn)代化社會的物質(zhì)水平提高，人們對室內(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颍壳吧鐣胁糠旨彝タ諝赓|(zhì)量較差，而僅僅依靠自己的感官是無法判斷其是否有害，對此多數(shù)科研人員進行了研究，設(shè)計出了一套室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)。過去的系統(tǒng)設(shè)計具有操作復雜、價格昂貴的特點，導致了該監(jiān)測系統(tǒng)并未在普通家庭得到普及。因此，筆者對原系統(tǒng)重新進行改良，設(shè)計了一套適合普通家庭使用的有害氣體檢測系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.1 整體架構(gòu)

（1）整個系統(tǒng)的框架由六大模塊組成，每個模塊都有自己對應的功能：

控制模塊，該模塊采用的是ATmega16單片機設(shè)備，它可以大大地提高系統(tǒng)代碼的運行效率，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，為中文字庫型系統(tǒng)，適用于中國居民使用，電路可以將處理后的結(jié)果顯示在屏幕上，給用戶直觀的感受。

（3）電源模塊以及報警模塊，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時進行報警，報警模式為發(fā)光和聲響交替，能夠起到提醒用戶的作用。

（4）傳感模塊，其內(nèi)部安裝有感應不同氣體濃度的傳感器，可以對空氣中有害氣體的濃度進行感應，傳感器再將得到的信息傳遞給單片機，而單片機會把信息傳遞給報警器和顯示屏幕，讓整個系統(tǒng)得以循環(huán)運行。

（5）獨立鍵盤模塊，該模塊設(shè)立了3個鍵來檢測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系統(tǒng)，使得系統(tǒng)可以反復地進行。

（6）GSM模塊，該模塊選用了SIM900A芯片，其主要功能是在濃度達到限定值后，將已設(shè)定好的通知短信發(fā)送給用戶，以此來通知用戶空氣中有害氣體的濃度達到限定值，并做出相應的處理。

2.2 功能實現(xiàn)

該系統(tǒng)分為6個模塊，各個模塊相互獨立又相互聯(lián)系。系統(tǒng)啟用后，傳感器開始工作將收集到的信息傳遞給單片機，單片機將信息處理了以后再將信息顯示在顯示屏上，如果超標的話，報警器會開始工作，這樣就構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能得以實現(xiàn).

3.系統(tǒng)設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由6個模塊組成，分別為：控制芯片、顯示、傳感器、獨立鍵盤、供電以及GSM等，整個系統(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)來分別監(jiān)測一氧化碳、甲醛以及甲烷的濃度，通過濃度來判斷該氣體目前對人體的危害程度。在濃度判斷結(jié)束后，系統(tǒng)將會把采集的數(shù)據(jù)傳遞給單機片，當數(shù)據(jù)到達后，單機片會對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，處理后會將結(jié)果傳到顯示屏，如果濃度達到限定值，則報警器就會響，以此來提醒用戶室內(nèi)空氣中的有害氣體濃度已經(jīng)超標，有助于人們及時做出處理（開窗通風，暫時離開）。報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)備相對便捷，方便人們操作，以上的功能模式即組成一個完整的系統(tǒng)。

3.2 軟件設(shè)計

軟件部分的設(shè)計主要針對傳感器檢測到有害氣體濃度后對低電平進行的處理環(huán)節(jié)。在程序初始化的階段后，用戶可以在機器的外部通過表示有何種有害氣體的監(jiān)測按鈕，選擇自己想要監(jiān)測的氣體，并且系統(tǒng)監(jiān)測后會在LED屏幕上顯示監(jiān)測后處理過的數(shù)據(jù)，得到室內(nèi)有害氣體的濃度情況和室內(nèi)空氣等級質(zhì)量數(shù)據(jù)。當監(jiān)測濃度超過初始設(shè)定的限定值后，報警器發(fā)光閃爍并發(fā)出報警聲響，同時也將發(fā)出文字報警短信。在處理室內(nèi)空氣的有害氣體后，按下復原鍵就可以將該裝置恢復到初始狀態(tài)，使得系統(tǒng)初始化，根據(jù)用戶的需要再次進行工作。

4.系統(tǒng)測試與應用

本產(chǎn)品的設(shè)計思路與電路原理較為簡單，測試時主要是為了檢測測試器電路狀況和其工作情況。筆者將其安置在一個密閉的盒子內(nèi)，先將其中通入一定濃度的甲烷，進行測定后復原，再輸入比之前量更多的甲烷，以此類推幾次試驗后，再用同樣的方式對其他的有害氣體進行相同的實驗。通過實驗發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的監(jiān)測時間較短，復原較快，并且能夠快速而且準確地判讀空氣中有害氣體的濃度并做出分析，同時顯示在顯示屏上，報警系統(tǒng)也可以正常地進行工作。感應器系統(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，因此值得推廣應用。

結(jié)語

本系統(tǒng)對于室內(nèi)有害氣體的監(jiān)測具有良好的效果，并且操作十分便捷，成本較低，適用于各收入層次的家庭。因為該系統(tǒng)對煙霧比較敏感，因此在煙霧較多的環(huán)境中難以進行正確判斷，有時可能產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)，而這也是該系統(tǒng)的不足之處。但從整體來看，筆者通過多次對該系統(tǒng)進行實驗，系統(tǒng)各方面都是比較穩(wěn)定的，可以正常地進行工作，運行的速度也能夠達到設(shè)計的要求，該設(shè)備的電路模塊便攜性高，有益于對系統(tǒng)進行調(diào)試和升級?？偠灾?，該室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)，具有實用性強、價格低廉、操作簡單、易于普及等多個優(yōu)點，可以對室內(nèi)的有害氣體濃度做出正確的判斷，從而保證了用戶的健康生活。

參考文獻

[1]黃炫杰，郭寶亮，耿向輝，等.基于單片機的室內(nèi)有害氣體檢測儀的設(shè)計[J].民營科技，2013（10）：32.

[2]單慧琳，張銀勝，李春，等.室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（22）：151-152.

[3]范奧博，鐵治欣，吳銘程，等.室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].浙江理工大學學報，2015（5）：382-389.