淺析低功耗室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

呂春梅

中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廈門宏業(yè)有限公司（361100）

淺析低功耗室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

呂春梅

中國建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廈門宏業(yè)有限公司（361100）

從根本上來講，居室空氣質(zhì)量與居民本身的健康之間具備內(nèi)在性的聯(lián)系。目前的狀態(tài)下，很多商場、飯店賓館以及辦公室等室內(nèi)空間都呈現(xiàn)了超標(biāo)的毒害性成分，其中典型為甲醛等毒害性較強(qiáng)的裝潢用材。對于毒害性建材如果不慎加以利用，那么很可能傷害到呼吸道、眼部、肺部及其他關(guān)鍵性的器官，甚至誘發(fā)致命性的癌癥等。因此可見，針對室內(nèi)空氣有必要予以全方位的檢測，借助低功耗系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)上述的檢測流程。低功耗的檢測系統(tǒng)具備突顯的專門性特征，對此應(yīng)當(dāng)予以優(yōu)化設(shè)計(jì)。

低功耗；室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

截至目前，已有很多類型的專門系統(tǒng)都能用來檢測室內(nèi)空氣。然而不應(yīng)當(dāng)忽視，某些系統(tǒng)整體上表現(xiàn)為相對較高的功耗，而與之相應(yīng)的能耗總量也是十分顯著的。從現(xiàn)狀來看，有關(guān)部門正在致力于研發(fā)專用性較強(qiáng)的新型室內(nèi)檢測裝置，此種類型的裝置有助于優(yōu)化關(guān)鍵性的檢測流程，同時(shí)也在根本上節(jié)省了能耗[1]。因此可以得知，建立于低功耗前提下的新型監(jiān)控系統(tǒng)本身具備獨(dú)特的檢測技術(shù)優(yōu)勢，借助屏幕顯示的方式來呈現(xiàn)實(shí)時(shí)性的室內(nèi)空間濕度、溫度以及甲醛讀數(shù)等。同時(shí)，上述的低功耗系統(tǒng)相比來講占據(jù)了更小體積，自身重量也是較輕的，因此尤其適用于現(xiàn)階段的室內(nèi)空氣全面檢測。

1 低功耗檢測系統(tǒng)的基本特性

檢測室內(nèi)空氣的專用系統(tǒng)具備功耗較低的優(yōu)勢，因此更適合運(yùn)用于現(xiàn)階段的室內(nèi)空氣監(jiān)控與檢測。從基本特征來看，低功耗系統(tǒng)設(shè)有特定規(guī)格的單片機(jī)，在此基礎(chǔ)上配置了液晶的顯示模塊、傳感器模塊、轉(zhuǎn)化模塊以及其他核心性的模塊[2]。近些年以來，信息化手段正在全面融入整個(gè)檢測過程，因此有助于全面優(yōu)化檢測室內(nèi)空氣的操作流程。

圖1 檢測室內(nèi)空氣質(zhì)量的低功耗裝置基本流程

具體在實(shí)現(xiàn)檢測時(shí)，系統(tǒng)可以借助傳感器來實(shí)現(xiàn)全方位的甲醛檢測，以便于精確測定各個(gè)時(shí)間段的甲醛濃度。除此以外，傳感器還能精確辨別可燃性的、毒害性的以及其他室內(nèi)氣體，典型為一氧化碳、甲醛及其他類型的室內(nèi)氣體。借助濕度傳感器以及溫度傳感器，就可以開展實(shí)時(shí)性的室內(nèi)檢測，然后借助A/D的模塊轉(zhuǎn)換裝置來完成全過程的模數(shù)變換。從現(xiàn)狀來看，很多液晶顯示屏設(shè)計(jì)了段式的基本結(jié)構(gòu)，因此有助于精確顯示實(shí)時(shí)性的空氣質(zhì)量，見圖1。

2 設(shè)計(jì)硬件電路

2.1 傳感器與主控芯片

從材質(zhì)特性的角度來講，傳感器材料本身具備優(yōu)良的活性以及敏感性。因此可見，半導(dǎo)體以及金屬氧化物都可以用來制作上述的傳感器。如果外溫表現(xiàn)為頻繁升高的狀態(tài)，那么傳感器將會(huì)呈現(xiàn)氧化反應(yīng)。受到上述狀況帶來的影響，氧負(fù)離子將會(huì)受到相應(yīng)的電離作用，同時(shí)也可能受到吸附作用的影響，因此表現(xiàn)為整體濃度升高的趨勢[3]。此外，如果涉及到氣體還原的反應(yīng)，傳感器裝置將會(huì)降低整體性的表面濃度。傳感器不僅可以辨別甲醛濃度，還能同時(shí)輸出電平信號以及模擬信號。

在低功耗的裝置中，主控芯片設(shè)有混合式的精簡指令集，針對各種類型的信號都能予以精確檢測。與傳統(tǒng)的檢測裝置相比來看，建立于超低功耗基礎(chǔ)上的主控芯片具備了更快的運(yùn)行速度。在必要的時(shí)候，針對低功耗系統(tǒng)通常可以將其轉(zhuǎn)換成省電模式，然后只需很短的時(shí)間就能再次將其喚醒。因此可見，空氣檢測系統(tǒng)占據(jù)了較少的用地面積，有助于實(shí)現(xiàn)12位以上的系統(tǒng)分辨率。

2.2 溫度與濕度的傳感裝置

空氣檢測系統(tǒng)不能缺少濕度檢測器以及溫度檢測器，如果要檢測實(shí)時(shí)性的溫濕度，則必須配置相應(yīng)的傳感器[4]。近些年以來，很多室內(nèi)檢測裝置都設(shè)有DHT21或者AM2301的新型復(fù)合式設(shè)施。通過運(yùn)用此種類型的傳感設(shè)施，就可以實(shí)現(xiàn)全過程的復(fù)合式溫濕度監(jiān)控。這是因?yàn)椋瑐鞲衅髟O(shè)有電容式元件，因此可以借助特定類型的感溫元件來連接單片機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了溫濕度信息的全過程傳輸。目前的狀態(tài)下，上述檢測系統(tǒng)已頻繁適用于揮發(fā)性氣體的精確檢測，因此在客觀上延長了系統(tǒng)壽命并且突顯了優(yōu)良的可靠性。

2.3 轉(zhuǎn)換電路

轉(zhuǎn)換電路應(yīng)當(dāng)能夠用來實(shí)現(xiàn)A/D的全面轉(zhuǎn)換。模擬信號來源于氣體傳感器，而數(shù)字信號則來源于微處理器。因此可見，對于上述兩種類型的檢測信號應(yīng)當(dāng)予以適度的轉(zhuǎn)換，然后將其變換成可識別度較強(qiáng)的信號或者數(shù)值。此外，針對模擬電壓也要將其限制于特定的限度內(nèi)，借助放大電路來實(shí)現(xiàn)全過程的電壓信號變換[5]。從現(xiàn)狀來看，某些單片機(jī)設(shè)有專門性的轉(zhuǎn)換性能，因此可以用來輔助模數(shù)轉(zhuǎn)換，確保實(shí)現(xiàn)精確度更高的轉(zhuǎn)換流程。

2.4 室內(nèi)的報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)的根本價(jià)值就在于實(shí)現(xiàn)精確度較高的室內(nèi)氣體監(jiān)控。通常來講，報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)有聲光報(bào)警的蜂鳴器以及顯示屏，借助電路來實(shí)現(xiàn)二者的串聯(lián)。針對各種類型的毒害性氣體而言，報(bào)警系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)配置相應(yīng)的發(fā)光二級管，對此設(shè)計(jì)成綠色與紅色的兩類二極管顏色。在特殊狀況下，如果檢測出超標(biāo)狀態(tài)的毒害氣體濃度，那么紅色二極管將會(huì)突然表現(xiàn)為發(fā)光現(xiàn)象，蜂鳴器也會(huì)因此而迅速實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)。

3 具體的系統(tǒng)運(yùn)行

在測查室內(nèi)濕度以及室內(nèi)溫度時(shí)，通常需要借助特定類型的濕度傳感器，據(jù)此實(shí)現(xiàn)多層次的室內(nèi)空氣檢測。經(jīng)過全方位的檢測對比之后，系統(tǒng)將會(huì)給出標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)濕度與真實(shí)濕度之間的數(shù)值比例。因此可見，上述檢測模塊應(yīng)當(dāng)專門針對室內(nèi)濕度或者室內(nèi)溫度，同時(shí)也要致力于提升其精準(zhǔn)度。

在測查毒害性氣體時(shí)，單片機(jī)與檢測模塊之間應(yīng)當(dāng)完成全方位的對接，運(yùn)用無縫銜接的手段來測查毒害性的室內(nèi)氣體。系統(tǒng)如果識別了毒害氣體，那么還需借助A/D轉(zhuǎn)換的措施來變更特定的數(shù)字信號以及濃度信息[6]。單片機(jī)設(shè)有上述的內(nèi)置性模塊，據(jù)此就能開展全過程的濃度檢測并且順利完成信號變換。通過運(yùn)用顯示屏來呈現(xiàn)上述信息，經(jīng)過修正可得實(shí)時(shí)性的毒害氣體濃度，確保將其限制于特定的濃度范圍內(nèi)。

除此以外，檢測系統(tǒng)還會(huì)涉及到其他類型的室內(nèi)檢測。從目前的現(xiàn)狀來看，低功耗的檢測裝置還能用來監(jiān)控其他類型的室內(nèi)氣體，對其濃度予以精確的識別與判斷。相比來看，低功耗系統(tǒng)本身占據(jù)了較少的室內(nèi)空間，同時(shí)也具備便攜性與低功耗性的典型特征。因此可見，低功耗系統(tǒng)尤其適用于家居環(huán)境的全面檢測，確保完成及時(shí)性的判斷。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)模式的室內(nèi)檢測裝置相比，新型的檢測裝置本身具備更低的功耗特征，借助此種類型的裝置系統(tǒng)也能精確判定可燃性丙烷、甲烷以及甲醛等毒害物質(zhì)濃度。具體在檢測整個(gè)居室的空氣質(zhì)量時(shí)，低功耗系統(tǒng)也有助于持續(xù)性的電能供應(yīng)，同時(shí)具備便攜性以及輕質(zhì)性的優(yōu)勢。未來在實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員還需不斷的摸索，在此前提下致力于健全空氣檢測的低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)，密切關(guān)注其中涉及到的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

[1]劉悅婷,王翰平,徐俊璽,劉正云.基于STC89C52的空氣檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].蘭州文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017(5):71-74.

[2]劉永濤,劉佳,夏旭洪,等.基于LabVIEW的遠(yuǎn)程空氣顆粒物含量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2016,13(3):62-67.

[3]陳雙葉,徐文政,丁雙春,等.智能家居室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測、評價(jià)與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息通信技術(shù),2016,10(3):49-56.

[4]許元,牛熠,肖達(dá)根.一種空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016(2):77.

[5]朱穎.基于單片機(jī)的室內(nèi)粉塵與異味檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與信息工程,2015,36(1):37-40.

[6]張豐壯,高坤,王雪,等.低功耗、便攜式室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2013,16(22):65-66.