一種新型可移動式空氣質量檢測儀的設計與制作

祖國峰 張勇 單嶠

摘 要：為了在有毒氣體存在等特殊場合實現空氣質量的自動監測，設計了一款新型可移動式空氣質量監測儀。其具有體積小，移動方便的特點。并能利光伏發電，節能環保。同時配備飛行器，必要時能進行立面操作。

關鍵詞：空氣質量檢測；報警器；無碳小車

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.031

1 前言

大氣污染問題是世界環境問題，世界衛生組織發表的報告顯示，無論是美、英等發達國家還是像中國這樣的發展中國家，這些國家大部分地區均在不同程度上遭受到顆粒物和臭氧對人類健康的影響。面對當前重工業的發展、化石燃料的燃燒以及汽車尾氣的排放等所帶來的大氣污染問題，我國采取了一系列的防治空氣污染措施而在這一系列的措施中最為首要的環節為對環境空氣質量進行監測。目前全國各大城市都在互聯網上建立了空氣質量實時發布平臺，但其發布的數據均為全國各城市的空氣質量檢測數據，各個城市都是定點監測，且每個城市的監測點數量少、實時性較小、空間局限性較大，因此新型可移動空氣質量檢測儀的設計與研發具有重大意義。

2 本設計的定位

雖然我國在搜救方面有了很大的突破，然而在某些爆炸后的工廠中，因為不清楚室內的情況，消防人員和專家貿然進入可能會存在二次爆炸的危險，因此為了解決上述問題，我們設計一種新型的儀器，需滿足如下條件：該儀器可靈敏的進行自動尋跡避障；該設備應具有無限輸出功能，使其能將狀況實時數據回傳；該設備體積適中，方便出入各類場地。此款可移動式空氣質量檢測儀除了能測溫度和濕度，還能測量液化氣、一些烷烴、一氧化碳、二氧化硫、酒精、氫氣、煙霧等。比如有毒氣體泄露的情況下，或在爆炸后的工廠中，因為不清楚室內情況，消防人員和測量專家冒然進入會存在生命危險。這個時候，就可以讓小車先行進入，將該區域的有害氣體成分和濃度檢測出來，并利用無線裝置向外傳送，由于小車具有智能避障的特點，可以在里面自由探測。同時，小車具有尋光傳感器，可以探測到具體火源位置，幫助消防員盡快控制火勢。

3 具體設計

可移動式質量檢測儀以無碳小車為載體進行移動。整個裝置是由51單片機構成的，分為三部分，溫濕度無線發射裝置、溫濕度無線接收裝置和有毒氣體報警裝置，見圖1。

DHT11溫濕度傳感器模塊可對空氣中的溫濕度進行信息采集，在顯示面板上可以顯示檢測到的現場溫度及濕度，可以直觀地反映采樣現場的環境狀況，顯示面版采用LCD1206液晶屏顯示，其顯示菜單的優點是具有良好的人機對話界面。屏幕上循環顯示各項測量值的上下限及實際濃度、實際溫度、濕度。并在按鍵選擇情況下連續顯示一個測量值的變化。當有害氣體濃度超出安全范圍時進行聲光報警。可任意設定時間，操作方便、直觀，可在控制面板設定檢測時間，檢測結束時自動停止工作，時間精度高。實現自動控制智能化。按鍵操作可進行測量值范圍的調整，及手動和自動測量的轉換。

利用NRF24L01無線傳輸模塊將DHT11溫濕度傳感器采集到的數據信息傳輸入到溫濕度無線接收裝置上，將采集到的信號轉換成電信號，再傳輸到51單片機上。無碳小車在探測溫濕度的過程中，我們可以很方便的來持續監測溫濕度的上下限，如果溫濕度超過或低于我們設定的范圍，聲光報警系統能夠實現在參數超標時及時報警，提醒我們。監測過程中，正常時綠燈閃爍，超過設定范圍，紅色警示燈閃爍，低于設定范圍，藍色警示燈閃爍。

小車上安裝有MQ-2煙霧報警器，這個傳感器靈敏度比較高，適用于液化氣、甲烷、丙烷、丁烷、酒精、氫氣、一氧化碳、二氧化硫、煙霧等的探測。該儀器也可以采用了大流量泵，可調阻力流量計，具有流量穩定，精度較高的特點，能很好適應苯、氨、甲苯、二甲苯、TVOC 等檢測管有較大采樣阻力的情況。當傳感器感覺到有毒氣體的濃度超過范圍時，利用LM393雙電壓比較功能，連接在蜂鳴器兩端的電壓就會升高，使蜂鳴器發出警報聲，并將氣體成分及濃度實時顯示出來，有助于人們采取相應措施。

4 無碳小車可移動式檢測儀的優點

這款監測儀體積小、功率低，可移動，易于操作。在小車上放置了太陽能板，可以利用太陽能光伏電熱板給儀器供電，節能環保（見圖2）。小車利用超聲波躲避障礙（見圖3），比運用紅外線避障，反應更靈敏，更好的采集信息，更好的處理運行路線。當遇到障礙物時，小車會自動分辨方向，可以做到智能轉彎。小車帶有無線傳輸裝置，可以自由地控制小車去探測我們無法深入的區域，并同時將數據回傳，讓我們在百米之外，還可以清楚地顯示小車所在位置的空氣質量。另外，小車還可在底部安裝飛行器（見圖4），比如有毒氣體泄露的情況下，或在爆炸后的工廠中，因為不清楚室內情況，消防人員和測量專家冒然進入會存在生命危險。這個時候，就可以讓小車先行進入，將該區域的有害氣體成分和濃度檢測出來，并利用無線裝置向外傳送，由于小車具有智能避障的特點，可以在里面自由探測。同時，小車具有尋光傳感器，可以探測到具體火源位置，幫助消防員盡快控制火勢。如果地面不方便行進，可以控制行器進行探測，進而可以實現不同高度不同濃度的數據分析。此外，飛行器還加入了GPS導航，當飛行器與遙控斷開聯系時，飛行器可以自行飛回原來起飛的位置，將數據帶回，這樣就給救援行動帶來很多實質性的幫助。

5 結束語

本設計的可移動空氣質量檢測儀具有很強的實用性，體積小，能夠方便移動，環境節能，能夠適應毒氣存在的場所、火災發生時或各種惡劣的環境，并保證在此環境下小車能夠正常工作，及時監測和反饋空氣質量監測數據。

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項目來源：遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目（名稱：可移動式空氣質量檢測儀，編號：201710154000021）；遼寧工業大學大學生創新創業訓練計劃項目（名稱：可移動式空氣質量檢測儀，編號：201701107）

*為通訊作者