互聯網+空氣質量檢測儀設計

曹志旭　李紅　金石　劉春雨

【摘 要】本文主要研究設計與互聯網通信的“空氣質量檢測儀”系統，此系統旨在實現甲醛、一氧化碳等有毒氣體的預警監測，更夠方便快捷的檢測空氣質量，為人們提供更多的便利。空氣質量檢測儀體積小，功耗低，操作簡單，適合應用于單個家庭和社區的醫療健康保健，可以實時監測室內或室外的空氣質量。

【關鍵詞】空氣質量；檢測；單片機；傳感器

中圖分類號： TH83 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）04-0025-001

Internet + air quality detector design

CAO Zhi-xu LI Hong JIN Shi LIU Chun-yu

（Jilin University of Architecture，Changchun 130022，China）

【Abstract】This paper mainly studies the "air quality tester" system designed and communicated by Internet. This system aims to realize the early warning and monitoring of toxic gases such as formaldehyde and carbon monoxide， and more convenient and quick detection of air quality， providing more convenience for people . Air quality detector is small， low power consumption， simple operation， suitable for medical and health care in a single home and community， real-time monitoring of indoor or outdoor air quality.

【Key words】Air quality；Detection；Microcontroller；Sensor

1 研究背景

在互聯網飛速發展的今天，網絡預報天氣及空氣質量已經普及到每個智能終端。但是，室內空氣質量的檢測及預報系統還不多見。本課題研究一套系統，可以檢測室內空氣質量的同時，可以通過互聯網同步天氣預報，并把室內控制質量參數上傳數據庫。

2 硬件系統設計

2.1 系統框圖

互聯網+室內空氣質量檢測與預報系統主要由單片機，WIFI模塊，溫濕度傳感器模組，甲醛傳感器模組，PM2.5傳感器模組，TVOC氣體傳感器、CO、CO2模組、顯示模塊、網絡服務器等組成，低功耗單片機模塊作為主控制芯片，對所采集的數據進行分析處理，并送入執行模塊進行相應響應。各類傳感器模塊可實現對多種有毒及易燃氣體甲醛、TVOC、CO及粉塵濃度進行檢測。通過WIFI模塊將預警系統所采集的數據進行無線傳輸，送至路由器與網絡服務器進行分析和記錄。顯示模塊的功能是當檢測濃度高于標準時采用多種方式進行報警，包括視覺、聽覺、觸覺報警。其結構如圖1所示。

2.2 各單元模塊的選擇與設計

（1）單片機

選擇ST公司的32位單片機STM32F103RB作為系統的控制核心。由于其低廉的價格、簡單的使用方式和很強的控制、運算性能，被廣泛運用于商業設備研制。

（2）WIFI模塊

WIFI模塊負責系統與互聯網的無線通信，WIFI模塊通過室內路由器實現室內空氣質量檢測與預報系統與互聯網的無線通信。我們選擇ESP8266串口轉WIFI模塊。

（3）溫濕度傳感器模組

溫濕度傳感器模組負責室內溫濕度的數據采集。使用瑞士sensirion公司的數字傳感器SHT20。當SDA與SCL同時處在高電平時總線處于空閑狀態，上拉電阻將電平拉高，總線的SCL與SDA處于釋放狀態。只有在SCL為低電平的狀態下，SDA才能改變其狀態。

（4）傳感器模組

甲醛傳感器模組負責室內空氣甲醛濃度的檢測。我們使用英國DART公司的甲醛傳感器。PM2.5傳感器模組負責室內霧霾指數的數據采集。光散射法是低成本檢測PM2.5常用方案，由于激光法比紅外光法更精準，因此選擇ZH03激光PM2.5粉塵傳感器。TVOC氣體傳感器、CO、CO2模組采集多個參數。使用英國劍橋CCS MEMS TVOC空氣質量氣體傳感器CCS811。

（5）顯示模塊

顯示模塊負責參數的顯示與設置。我們選擇了TFT液晶屏。TFT是指薄膜晶體管，意即每個（下轉第73頁）（上接第25頁）液晶像素點都是由集成在像素點后面的薄膜晶體管來驅動，從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。

3 軟件系統設計

系統軟件流程為：首先在軟件設計中預留各種有害氣體標準，在系開始工作時，各種有害氣體傳感器開始檢測數據并進行輸出，與設定值進行比較，當設定值高于當前值時，通過顯示模塊顯示當前值并繼續檢測，當設定值低于當前值時，通過顯示模塊顯示當前值并通過WIFI模塊發出警報，繼續測量，直到關閉。

4 結語

為達到設計要求，所設計的空氣質量檢測儀，技術上涉及到了甲醛傳感器技術、單片機技術、無線通信技術。通過多方面的研究，我們完成了對元器件的選擇，對系統硬件設計和軟件流程設計。預計性能可靠，與國外產品相比性價比較高。