一種小型、廉價空氣質量測量裝置的設計

李響　郭世棟　呂勇

(北京信息科技大學儀器科學與光電工程學院,北京　100192)

一種小型、廉價空氣質量測量裝置的設計

李響郭世棟呂勇

(北京信息科技大學儀器科學與光電工程學院,北京100192)

當今社會隨著人口密集程度的增加,工業化快速發展,導致環境不斷惡化,空氣質量日益下降,空氣污染及呼吸狀況不良已經成為國民疾病的主要殺手之一。對空氣質量的監測已經迫在眉睫,本文提出了一種小型、廉價空氣質量測量裝置的設計,本系統以單片機為實現功能的主要控制中心,外設空氣微粒檢測模塊、二氧化碳檢測模塊、室內溫濕度檢測模塊、時鐘模塊、顯示單元以及控制電路部分等,實現了空氣質量的多參數同時監測。

空氣質量PM 2.5PM 10系統設計

當今社會隨著人口密集程度的增加，工業化快速發展，導致環境不斷惡化，空氣質量日益下降，空氣污染及呼吸狀況不良已經成為國民疾病的主要殺手之一[1]。人類健康生存的要素之一是時刻需要呼吸新鮮空氣。

隨著人們對環境及健康問題的日益重視，對室內空氣中有害氣體監測的種類也越來越多。隨著人們生活水平的提高，窗戶密閉性增強，通風越來越少，室內空氣質量惡劣，人民健康存在巨大隱患。因此，建立高效、低價的室內空氣監控系統，具有重要意義。

當前，我國室內通風的主要設備為傳統型的排風扇和高端的通風系統，高端的通風系統價格昂貴，而排風扇只有常開和常關兩種狀態，無法實現智能控制，不僅帶來噪聲污染，而且由于換氣系統一般沒有空氣質量檢測模塊，因此在室內空氣質量己經良好時，換氣扇仍然工作造成了能源的浪費，而市場上卻缺乏中、低端的可安裝智能通風系統。

本文研究擬搭建低價、高效的室內空氣質量監控系統，以期改善辦公、家居環境。

1　發展現狀與趨勢

現代微電子技術的發展使得測量裝置的精度越來越高，促進了室內環保監測監控儀器向著智能化的方向發展。新的智能化儀表具有以下特點[4，5]:

(1)操作自動化:儀器的整個測量過程都用單片機或微控制器來控制操作，實現測量過程的全部自動化。

(2)測量智能化:可實現自動調零、自動故障與狀態檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉換等功能，方便儀器的維護。

(3)具有數據處理功能:可以進行統計分析等復雜的數據處理功能，使用戶從繁重的數據處理中解放出來，有效地提高了儀器的測量精度。

(4)具有友好的人機對話能力:操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實現某種測量功能。與此同時，智能儀器還通過顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態以及對測量數據的處理結果及時告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直觀。

(5)具有良好的 可擴展性:可以與PC機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統，完成更復雜的測量任務。

2　小型、廉價空氣質量測量裝置的設計

2.1系統總體方案

空氣質量監控系統由于具備智能檢測室內空氣質量指標，自動控制排風裝置，當空氣質量達標后可以改變排風裝置狀態的作用，節省了大量的人力看管和物力投入，節能減排，系統有著很好的應用前景，既適用于企事業單位的辦公場所(賓館、酒店、、寫字樓)，也適用于無人值守的機房;由于系統充分考慮到作為家居一部分的美觀性和實用性，系統也可以應用于普通的居民家庭室內，改善室內空氣質量。

本系統以單片機為實現功能的主要控制中心，外設空氣微粒檢測模塊、二氧化碳檢測模塊、室內溫濕度檢測模塊、時鐘模塊、顯示單元以及控制電路部分等。

監測系統實時將空氣質量參數發送至微處理器，當達到臨界值后，啟動排風裝置，同時，在進氣口加裝過濾裝置，防止室外空氣對室內空氣造成二次污染。

2.2本文研究的特色和創新

(1)目前各類測量系統的研究多是自行開發電路，本研究采用A rduino平臺進行監測系統開發，具有以下優勢:具有可復現性，研制成功后，更容易推廣;具有可擴展性，A rduino平臺可以很容易的擴展接入溫、濕度傳感器，光線傳感器等其他模塊以同時測量其他參數，可以方便擴充有線/無線網絡或與PC機通訊;使用A rduino平臺進行二次開發的難度降低，推廣后，用戶可根據需要修改標定參數，擴充功能等;由于開發難度較低，可以帶動部分本科生參與，也為開設開放性實驗或大學生創新活動進行了前期探索。

(2)傳統方法為常開或簡單的繼電特性開關，本文建立室內空氣質量分布與擴散模型，利用此模型確定換氣系統的規格與運轉情況。

(3)本系統具有更高的性價比，本課題在實施過程中會充分考率產品的實用性及投產后的性價比，改變市場上低端市場空白的現狀。

(4)本系統適辦公/家居使用，系統的設計會充分考慮辦公/家居或室內使用的實用性，在功能和外觀的設計上盡量符合加入人性化的設計，同時降低系統運行或排風裝置工作時的噪聲。

3　結論與展望

本文提出了一種小型、廉價空氣質量測量裝置的設計，本系統以單片機為實現功能的主要控制中心，外設空氣微粒檢測模塊、二氧化碳檢測模塊、室內溫濕度檢測模塊、時鐘模塊、顯示單元以及控制電路部分等，實現了空氣質量的多參數同時監測。本系統具有可復現性，研制成功后，更容易推廣;具有可擴展性，A rduino平臺可以很容易的擴展接入溫、濕度傳感器，光線傳感器等其他模塊以同時測量其他參數，可以方便擴充有線/無線網絡或與PC機通訊。

[1]李先庭,楊建榮,王欣．室內空氣質量研究現狀與發展.暖通空調[J],2000,30(3):36-40．

[2]沈晉明.室內空氣質量評價,暖通空調[J],1 997,27(4):22-25．

[3]沈士珍.環境質量分析的數理統計方法,城市環境與城市生態[J], 1 996,8(4):42-45．

[4]沈晉明,毛繼傳,孫光前.上海辦公大樓空氣質量客觀評價[J].通風除塵,1995,1 4(4):14-17．

[5]宋玲,施云波,修德斌,等.基于MSP430的氣體傳感器批量測試系統[J].電子測量技術,2009,32(10):77－80．

項目資助:北京市專業建設-光信息科學與技術、電子信息工程(PXM 2014_014224_000066),北京信息科技大學大學生科研訓練項目(市級)PXM 2014_014224_000079。

李響,生于1982年,遼寧省阜新人,男,博士,講師,研究方向為光電檢測與光譜分析技術。

呂勇,Email：lvyong@bistu.edu.cn。