基于ARM的室內空氣質量在線監測系統初探

作者/邱啟華，廣東省高級技工學校

基于ARM的室內空氣質量在線監測系統初探

作者/邱啟華，廣東省高級技工學校

隨著我國國民經濟的飛速提升，人民群眾的生活水平越來越高，而環保觀念也越來越深入人心，因此越來越多的人開始關心和重視室內空氣質量問題，尤其是新聞報道中有關室內空氣質量不合格而導致人體出現不良反應的事例，使得人們對監測室內空氣質量的愿望日益迫切。在此背景之下，本文將立足于ARM設計一款室內空氣質量在線監測系統，在盡可能擴大監測范圍、簡化監測流程和控制監測成本的基礎之上，有效完成實時監測室內空氣質量的任務。

ARM；室內空氣質量；在線監測系統

引言

由于房屋裝修或是在房屋內噴灑殺蟲劑等過程中，往往會在室內釋放出大量的有毒有害氣體以及揮發性有機物，如果人體過量接觸和吸入此類物質與氣體，將會有致癌的風險并嚴重影響人們的身體健康。因此非常有必要設計一款能夠在線監測室內空氣質量的系統，幫助人們隨時對室內空氣質量進行監測，進而有效保障人們的身體健康。因此本文將著重圍繞基于ARM的室內空氣質量在線檢測系統進行簡要分析研究。

1. 基于ARM的室內空氣質量在線監測系統總體設計

考慮到系統的穩定性和開發過程的簡便性，因此本文將在設計基于ARM的室內空氣質量在線監測系統的過程中，選擇使用嵌入式操作系統。從總體上來看，嵌入式室內空氣質量在線監測系統主要包括了硬件層和軟件層，以及中間層與功能層，在層與層之間將通過運用板級支持包進行分隔[1]。

2. 室內空氣質量在線系統硬件設計

2.1 基本構架

在本文設計的基于ARM的室內空氣質量在線監測系統當中，硬件部分主要是由包括傳感器加熱與信號采集電路在內的，與該系統相匹配的傳感器列陣電路以及負責保障室內空氣質量在線監測系統能夠正常運行的外圍電路，例如可以顯示各類氣體實際濃度值的液晶顯示電路、轉換系統需要的電壓電路、聲光報警電路等等共同組合而成。

2.2 主處理模塊電路

下圖展示的就是本文設計的系統中主處理器模塊電路的設計示意圖，在基于ARM的室內空氣質量在線監測系統當中，占據著中心地位的便是主處理器模塊以及微處理器，該模塊主要負責進行數據的分析與處理以及AD轉換等等，而在設計主處理器模塊電路的過程當中，出于性能以及經濟成本的角度，本文選擇使用3.68M的晶振頻率，A/D轉換器為AVCC，其模擬基準則是由E7和C7組成[2]。在使用ADC6的過程當中，低通濾波器則是由L1和C9共同組合而成，而輸入系統中的ADVS信號則是用過由R4和E7以及C8共同組合而成的低通濾波器進行過濾。

圖1 主處理器模塊電路設計圖

2.3 氣體傳感器

2.4 開發板資源

在開發板資源的設計當中，本文選擇使用某公司研發生產的以太網控制器芯片，用于有效保障通信具有較高的效率，并有效控制通信成本。而在擴展接口的設計當中，本文選擇使用具有豐富引腳資源和擴展接口的i.MX283處理器，在該處理器擁有若干接口，譬如說SD接口、JTAG接口等等，能夠在不需要用戶進行人為干預的情況下，實現數據集中器同匯聚節點之間的通信，同時在進行數據的收發時，DR線電平也將受到串口驅動的自動控制，從而有效提升信號和數據間的通信效率與通信質量[3]。

2.5 液晶顯示模塊

在液晶顯示模塊當中主要負責包括數據通信與監測、查詢，以及事件查詢、終端管理和參數設置等任務。在當前我國科學技術水平日益提升的背景之下，越來越多的工業液晶顯示屏開始朝著智能化、現代化、信息化的方向發展，選擇使用此類液晶顯示屏不僅能夠支持串口通信與各種色彩模式，同時還可以幫助完成繪制監測數據的動態變化曲線等，加之其無論是編程還是顯示界面均具有簡單方便的特性，因此比較適合使用在基于ARM的室內空氣質量在線監測系統當中。

3. 室內空氣質量在線系統軟件設計

3.1 基本構架

在基于ARM的室內空氣質量在線監測系統當中，為了能夠對各種資源和任務等進行有效的管理與控制，可以將RTOS作為軟件開發平臺，并將整個在線監測室內空氣質量的任務進行細分化，以有效簡化系統的操作流程。

設計的基于ARM室內空氣質量在線監測系統，首先需要工作人員對硬件和操作系統進行初始化，之后將LCD進行初始化，并進行字庫的裝載，之后需要結合實際情況對系統配置文件進行調用并創建相應任務，此后需要對用戶界面、時鐘等進行初始化為后續的實際監測工作奠定良好基礎。

在完成上述操作之后，需要啟動多任務調度，完成包括鍵盤掃描、液晶刷新、采集和處理模擬信號以及數字信號等各項任務。

3.2 應用軟件

為保障基于ARM的室內空氣質量在線監測系統能夠有效完成調度和管理任務、管理時間與內存等任務，操作人員需要充分結合實際情況以及系統想要實現的功能，對任務及其優先級別等進行合理劃分，通常情況下，隨著工作頻率的不斷提高，任務也將有著更高的優先級。

對于ARM室內空氣質量在線監測系統，優先級最高的的采集模擬信號的任務，其次為處理和采集模擬信號以及數字信號的任務，而后需要進行修正和刷新系統時間以及液晶的任務，而優先級最低的任務則是液晶自動關閉任務。通過發送和接收信息以及信號量，或是數據隊列等方式可以有效完成任務與任務之間的通信[4]。

為有效檢驗本文設計的基于ARM的室內空氣質量在線監測系統能夠順利完成室內有害氣體、可燃氣體等在線監測任務，筆者通過按照設計方案將檢監測室內空氣質量的終端監測器以及數據集中器和WEB服務器等進行有效連接，之后通過為各模塊提供所需電能，完成該系統的硬件搭建。

通過在第一個房間當中放置能夠采集甲醛和一氧化碳數據的終端，在第二個房間當中放置能夠采集二氧化碳的數據終端，以五分鐘為監測單位進行一次數據采集，共計監測二十四小時。

通過監測我們可以發現在第一個房間當中顯示甲醛和一氧化碳的數據分別保持在0.02與0.4左右，因此表明在第一個房間當中并未出現甲醛和一氧化碳超標而影響室內空氣質量的問題。

而在第二個房間當中，基于ARM的室內空氣質量在線監測系統顯示，在全天的監測時間段內，其采集到的二氧化碳數值一直維持在908左右，通過系統的進一步分析給出了第二個房間空氣質量不合格的監測結果。

而通過在系統當中事先輸入各氣體的標準值后，我們可以發現由于第二個房間中存在二氧化碳超標的問題，此時室內空氣質量在線監測系統將自動啟動報警功能，此后實驗人員通過將該裝置放置在室內空氣質量合格的第一個房間后，警報自動解除。

4. 結束語

總而言之，本文以ARM為基礎設計了一款室內空氣質量在線監測系統，并且分別從系統的硬件設計和軟件設計兩個角度出發，對該款室內空氣質量在線監測系統的具體設計方案以及工作原理等進行簡要分析，由于基于ARM室內空氣質量在線監測系統本身具有較高的精確性和實時性，使用周期相對比較長，加之具有便于攜帶和功能齊全等眾多優勢，因此相信其在未來還將有更加廣闊的應用空間。

＊ [1]郭聯金，虞曉瓊，王國勝，林繼隆. 室內空氣質量監測系統的設計與實現[J]. 微型機與應用，2016，18：99—102.

＊ [2]曹龍，劉煒，曾力. 無線室內空氣質量監測系統的設計[J].電子世界，2017，01：193—195.

＊ [3]周虎，秦沿海，代祥軍，李玉中，李瑞. 室內空氣質量的監測與控制系統的設計與實現[J]. 科技資訊，2014，10：37+39.

＊ [4]范奧博，鐵治欣，吳銘程，劉良桂. 室內空氣質量監測系統的設計[J]. 浙江理工大學學報，2015，05：382—389.