一種預防室內二氧化碳中毒的安全系統

劉曉會　宋琴瑤　蔡益勉　夏光瓊

摘要：本文基于光干涉法檢測氣體濃度，提出了一種預防室內二氧化碳中毒的安全系統.研究了二氧化碳氣體濃度對邁克耳遜干涉儀條紋變化數的影響，使用支持向量機對數據進行分類，采用單片機控制空調換氣功能或換氣扇，開合門窗，聲光警報三個功能。當危險度較低時僅開啟空調換氣功能或換氣扇等裝置，危險度較高時即控制自動打開門窗通風，若仍不能緩解危險就發出聲光警報，人為采取措施。研究結果表明，系統具有報警準確，靈敏度高，使用方便，安全度高等優點。

關鍵詞：光干涉、支持向量機、單片機

中圖分類號： X651 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

眾所周知，二氧化碳濃度過高時會對人體產生很大的危害。據了解，當大氣中二氧化碳濃度達50ppm時就會對人體產生危害，800ppm時就可能引起死亡。但是一直以來，二氧化碳氣體因其無色無味而很容易被忽視從而引起中毒，對人體產生很大的危害。所以能夠研究出一種實用，有效的預防室內二氧化碳中毒的安全系統就顯得極其重要。

1系統結構與理論模型

系統結構框圖如圖1所示。首先利用光干涉法檢測氣體的濃度，然后利用支持向量機對數據進行分類處理，最后通過單片機分別對應控制空調換氣功能，門窗開合與聲光警報三種防護措施。

圖1.1 光干涉氣體檢測儀圖1.2 聲光報警

圖中代碼含義如下

1：激光發射器；2，3：相同的兩個玻璃氣體室；4：邁克爾遜干涉儀條紋自動計數裝置（它的型號）；5：LED顯示器；6：聲音提示裝置

按照裝置流程圖，將單片機出口接入中央處理器TMS320LF2407中，可將單片機讀出的數字信號傳入中央處理器并對其進行處理，利用支持向量機（SVM算法）依據所建立的數據庫對測量數據進行分類，將其分為一般危險，危險，非常危險三類。

在中央處理器的三個出口處分別接入三個AT89S5單片機，這三個AT89S5單片機分別對應控制空調或換氣扇的開啟、門窗開合和聲光警報。當數據顯示一般危險時，僅控制開啟空時調換氣功能或換氣扇，當顯示危險時打開門窗，當數據顯示非常危險即發出聲光警報。下面以聲光警報為例作具體說明。

首先采用有發光二極管和壓電式蜂鳴器作為核心的聲光報警電路，報警電路的功能是在AT89S52單片機的控制下實現聲光報警或解除報警。當AT89S52單片機檢測工作間隙超過規定的量值時，通過報警電路向報警器發出有效信號（高電平有效），聲音報警電路接到有效電平后則自動發出預置的報警聲，同時紅色報警指示燈發出耀眼的紅色信號。當P2.1為低電平時，三極管基極為0電平，發射極接地，三極管截止，集電極電流為0，發射極電流也為0，蜂鳴器不工作。當P2.0為低電平時，LED燈也沒有電流通過，不工作。當P2.1和P2.0都為高電平時，LED燈有電流通過，正常工作，此時三極管的基極為高電平，三極管導通，蜂鳴器也工作，處于報警狀態。報警電路如圖1.2所示。

2實驗方法

使用光干涉氣體檢測儀來檢測二氧化碳氣體濃度。在裝置中，將邁克爾遜干涉儀的一條光路用氣室完全密封起來，而另一條光路裸露在空氣中，若室內二氧化碳氣體濃度變化△c，會引起空氣折射率的變化△n（忽略氣體壓強等次要因素的影響），就會導致光成差增大，引起干涉條紋N個環的變化，設氣室空氣柱長為2l，則：

△n =2l=N?

N=2l?

3結果與討論

實驗結果如表1所示：

根據以上實驗結果可以將光干涉氣體檢測儀所測得的條紋變化數分為以下三種類型，如表2所示。然后即可依據表2對光干涉氣體檢測儀進行定標。

表2條紋變化數分類結果

4 結論

本文采用光干涉法檢測氣體濃度，測得了二氧化碳氣體濃度為50ppm、200ppm、400ppm時邁克爾遜干涉儀所對應的條紋變化數分別為21.0、68.4、123.3條；使用AT89S52單片機進行自動控制，設計了報警電路圖。本系統靈敏度高，測量精確，使用方便且安全系數高，可用于室內檢測二氧化碳濃度并預防二氧化碳中毒。

參考文獻：

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