探究智能化室內(nèi)甲醛檢測系統(tǒng)方案在實際生活中的應(yīng)用

馮帥 劇闖 李瑩 劉林

(桂林電子科技大學(xué),廣西桂林 541000)

0 引言

隨著科技與工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展,人們的生活質(zhì)量越來越高,因此對于家居環(huán)境裝修的要求也越來越高,這就直接導(dǎo)致了越來越多的不同的材料開始運用到室內(nèi)的裝修中來,但這些材料往往伴隨著各種各樣的污染物,如甲醛、氡、苯、氨、TVOC等。因此可以說室內(nèi)環(huán)境污染中最大的污染源就來自于裝修材料,而在各種各樣的污染物之中,甲醛無疑是排在榜首的,甲醛對人的眼睛、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等均有強烈危害,長時間接觸會導(dǎo)致組織畸變并引起癌變[1],因此它是一種潛在的危險致癌物和重要的環(huán)境污染物,對人體嚴(yán)重有害。因此,如何對室內(nèi)的甲醛進(jìn)行一個精準(zhǔn)的檢測與治理,開始慢慢地走入大眾的視線。

1 傳統(tǒng)室內(nèi)甲醛檢測方法

1.1 乙酰丙酮法

乙酰丙酮法是利用甲醛與乙酰丙酮經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后所產(chǎn)生的物質(zhì)在412nm下進(jìn)行分光鑒定的辦法;其優(yōu)點是操作簡單,性能相對與其他的檢測方法來說相對于穩(wěn)定,誤差小,不受其他化學(xué)物質(zhì)的干擾,但是其靈敏度較低,化學(xué)反應(yīng)周期長,僅適合用于在室內(nèi)甲醛較高的情況下進(jìn)行鑒定。

1.2 cta法

甲醛在濃硫酸溶液中可與變色酸作用形成紫色化合物,可用分光光度法進(jìn)行分析測定;該方法相對于乙酰丙酮法與酚試劑法來說更加穩(wěn)定、靈敏,且反應(yīng)時間也很快,但是整個反應(yīng)要在濃硫酸介質(zhì)中進(jìn)行,存在很強的危險性,一般人很難去操作,并且整個反應(yīng)過程不易控制,容易受到其他化學(xué)物質(zhì)的干擾。

1.3 酚試劑檢測盒

酚試劑檢測盒就是利用酚試劑法原理,通過甲醛與酚試劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),通過最終檢測盒所顯示的顏色與色卡進(jìn)行對比,從而確定室內(nèi)甲醛濃度;其優(yōu)點是操作方法簡單,且測定非常靈敏,缺點是檢測結(jié)果容易受到其他化學(xué)物的干擾,而且反應(yīng)環(huán)境受室內(nèi)溫度的限制很大,容易造成化合物顯色不完全,且吸收情況穩(wěn)定不變。

1.4 手持類甲醛檢測儀

手持類檢測儀器工作原理是通過電流感應(yīng)來判斷空氣中甲醛氣味的含量,數(shù)據(jù)結(jié)果受其他氣體的影響很大,任何一種類似氣味都可以導(dǎo)致甲醛讀數(shù)爆表,參考性是比較低,但是相對于其他檢測方法來說,檢測價格較為便宜,成本較低[2]。

1.5 室內(nèi)甲醛檢測注意事項

傳統(tǒng)的甲醛檢測之所以會產(chǎn)生各種各樣的數(shù)值誤差,主要是操作方法或者采集過程存在各種各樣的誤區(qū)。首先在采集過程中不可以只固定在室內(nèi)某一個空間進(jìn)行空氣采樣,我們應(yīng)當(dāng)采用隨機(jī)抽樣的方式,盡可能采用多的空間來進(jìn)行空氣的抽樣檢測,同時一個樣本數(shù)據(jù)我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)行多次計算,以此來求出這個區(qū)域內(nèi)甲醛的平均值,這樣可以更好的來實現(xiàn)甲醛檢測的一個數(shù)據(jù)化與精細(xì)化,這樣的數(shù)據(jù)才更加具有代表性。我們還應(yīng)該保證采樣空間的密閉性,不要在經(jīng)過長時間通風(fēng)的情況下對空間內(nèi)甲醛含量進(jìn)行檢測。

2 室內(nèi)甲醛治理方法

2.1 光觸媒治理法

光觸媒可以在陽光的作用下分解甲醛、甲苯、T V O C等有害有機(jī)物,且不會產(chǎn)生二次污染,光觸媒噴劑可以直接噴涂在家具地板上,使用方式簡單,哪怕是不用經(jīng)過系統(tǒng)的訓(xùn)練都可以直接進(jìn)行操作,但是光觸媒法無法從源頭上解決甲醛危害,物體本身的甲醛還是會隨著時間的流逝緩慢揮發(fā)[3]。

2.2 通風(fēng)法

通風(fēng)法是通過利用工業(yè)電扇、除甲醛凈化器等來實現(xiàn)室內(nèi)外空氣的流通,從而把室內(nèi)空氣中的甲醛交換到室外,成本低廉,操作簡單,但是甲醛的揮發(fā)周期太長,同樣沒有從源頭解決問題。

2.3 植物吸收法

綠植價格低廉,且容易養(yǎng)護(hù),還可以起到美化環(huán)境、凈化空氣、釋放氧氣的作用,但是植物除甲醛的效果比較微弱,甲醛治理效果不是很大。

2.4 延遲入住法

在新房裝修結(jié)束之后,往往是室內(nèi)甲醛含量最高的一段時期,同時也是甲醛揮發(fā)速度最快的窗口期,因此,我們可以根據(jù)實際情況采用延遲兩到三個月入住的方法實現(xiàn)規(guī)避甲醛揮發(fā)高峰期,并在這段時間內(nèi)定期采用通風(fēng)法、光觸媒法等,來確保入住時室內(nèi)甲醛含量處于一個合理的范圍[4]。

3 系統(tǒng)方案提出

3.1 智能化甲醛檢測

本文旨在研究一套基于深度學(xué)習(xí)算法的室內(nèi)甲醛檢測系統(tǒng),主要為了改善傳統(tǒng)的室內(nèi)甲醛檢測技術(shù)容易受到各種不同的外在因素,如香水、煙霧等干擾因素導(dǎo)致甲醛檢測不準(zhǔn)確的痛點。團(tuán)隊準(zhǔn)備基于深度學(xué)習(xí)算法,改良物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù),以此來建立一個室內(nèi)空氣圖譜算法智能屏蔽干擾因素,進(jìn)而實現(xiàn)對室內(nèi)甲醛濃度的精確校準(zhǔn),旨在提高室內(nèi)空氣監(jiān)測準(zhǔn)確度和監(jiān)測效率。

3.2 檢測系統(tǒng)構(gòu)成

智能甲醛監(jiān)測儀器主體上包括檢測模塊(包括甲醛檢測芯片、溫濕度計、非醛類化學(xué)物質(zhì)檢測器、空氣流速傳感器)、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊、GPS定位模塊、驅(qū)動模塊、空氣凈化模塊、數(shù)顯模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和中央處理器九大部分組成(如圖1所示)。

中央處理器在這整個系統(tǒng)中處于核心作用,主要用于接收檢測模塊檢測到的各項參數(shù),控制其余七大模塊對其進(jìn)行處理。檢測模塊中的甲醛檢測模塊依靠電流感應(yīng)來判斷室內(nèi)的甲醛含量甲醛濃度,完成數(shù)據(jù)采集;溫濕度計的作用是檢測室內(nèi)溫度、濕度的實際情況,依次來采集不同的溫度、濕度對室內(nèi)甲醛揮發(fā)起到的作用有多大;非醛類化學(xué)物質(zhì)檢測器主要是為了排除其他氣味(如香水、煙霧等)對于甲醛檢測模塊檢測結(jié)果的干擾;空氣流速傳感器包括多個并聯(lián)的氣體流速檢測裝置,以此來實現(xiàn)對于面積不同的空間內(nèi)氣體流速的檢測,以此來將空氣流速影響忽略到最低。

數(shù)據(jù)存儲模塊是儀器本地的數(shù)據(jù)存儲模塊,主要針對于用戶自己家庭內(nèi)的醛類數(shù)據(jù),來實現(xiàn)對于用戶家庭居住空間內(nèi)不同區(qū)域的甲醛數(shù)據(jù)存儲,這樣隨著時間的推進(jìn),儀器檢測數(shù)據(jù)可以更加精準(zhǔn);云端數(shù)據(jù)庫主要是將用戶家庭中的甲醛、室溫讀數(shù)數(shù)據(jù)上傳到云端,依靠大數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)算法來建立室內(nèi)空氣圖譜,從而為更好地治理甲醛提供科學(xué)依據(jù)。電源模塊為整個設(shè)備供電,維持整個設(shè)備的運轉(zhuǎn)。

圖1 檢測系統(tǒng)模塊構(gòu)成Fig.1 Detection system module composition

GPS定位模塊與驅(qū)動模塊受中央處理器控制,當(dāng)對一個區(qū)域內(nèi)的甲醛讀數(shù)檢測完畢之后,會自動移動到另一個地點進(jìn)行檢測,這樣可以實現(xiàn)對于甲醛檢測的跨空間移動,同時用戶還可以依靠手機(jī)AP P進(jìn)行操控,來控制檢測器移動。當(dāng)檢測單元采集到的數(shù)據(jù)高于國家規(guī)定的正常值時,中央處理器會控制空氣凈化模塊采取相應(yīng)的凈化措施,來基本維持用戶家庭中的甲醛數(shù)據(jù)低于國家標(biāo)準(zhǔn)值,但是無法實現(xiàn)深度的治理,還是要依靠專門的甲醛治理方式;數(shù)顯模塊則是將收集到的電信號轉(zhuǎn)化到儀器本身的LED顯示屏幕之上,讓用戶可以直觀的看到室內(nèi)甲醛數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸模塊除了將所收集到的數(shù)據(jù)上傳到云空間外,同時還與移動終端(手機(jī)APP)連接,以此來實現(xiàn)用戶在外就可以控制家庭中的設(shè)備進(jìn)行工作,查看家中的甲醛數(shù)值。

本系統(tǒng)主要由物聯(lián)網(wǎng)(實體硬件環(huán)境監(jiān)測設(shè)備+手機(jī)APP軟件)系統(tǒng)組成,環(huán)境監(jiān)測設(shè)備中的檢測模塊可以檢測到家居室內(nèi)場景中的各類污染物( 甲醛、苯、氨、氡、PM2.5)與溫度、濕度等信息,之后將采集到的數(shù)據(jù)除了保存到本地的數(shù)據(jù)存儲模塊之外,還會通過WIFI的方式上傳至云端數(shù)據(jù)庫,通過手機(jī)A P P 軟件的監(jiān)測界面來查看設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)及其變化趨勢。同時系統(tǒng)基于深度學(xué)習(xí)算法,還會給客戶提供數(shù)據(jù)分析模型,并支持預(yù)警、報警功能,便于用戶及時作出判斷,改善環(huán)境質(zhì)量。

3.3 系統(tǒng)功能演示

本系統(tǒng)移動終端采用基于iOS與Android操作系統(tǒng)開發(fā)的原生應(yīng)用形式來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu),其優(yōu)點在于工作速度更快、性能更高,能夠給用戶帶來良好的操作體驗。系統(tǒng)本身包擁有數(shù)據(jù)實時監(jiān)測功能、室內(nèi)環(huán)境提醒功能、數(shù)據(jù)分析功能、遙控硬件環(huán)境監(jiān)測模塊以及用戶交流廣場等。

用戶可以借助數(shù)據(jù)實時監(jiān)測功能模塊,來實時查看自己的家庭內(nèi)的空氣數(shù)據(jù),并選擇是否使用空氣凈化模塊對室內(nèi)空氣進(jìn)行一個簡單的凈化,哪怕不在家時也可以對家庭里的儀器進(jìn)行操作;當(dāng)檢測器檢測到室內(nèi)污染物高于國家標(biāo)準(zhǔn)或者臨界時,則會觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境提醒功能,進(jìn)行報警或是預(yù)報警,以提醒客戶應(yīng)當(dāng)對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行治理;數(shù)據(jù)分析功能則是系統(tǒng)針對收集到的數(shù)據(jù),對其進(jìn)行分析整理,直觀的將用戶家庭中最近一個月來的家庭實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總,給用戶以一個最直觀的數(shù)據(jù)體現(xiàn),同時為用戶計算出最合適的治理方案;遙控硬件環(huán)境監(jiān)測模塊與產(chǎn)品硬件的驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)合,用戶可以自由操控設(shè)備進(jìn)行移動,隨時隨地檢測客戶所處室內(nèi)的任何一個地點;用戶廣場則是為所有的產(chǎn)品用戶提供一個交流的平臺,一起分享產(chǎn)品使用心得或者是合理有效的甲醛治理方案。

4 結(jié)語

綜上所述,甲醛污染對人們的身體健康存在著巨大的危害,而設(shè)計研究出最合理的甲醛檢測或去除辦法是我們當(dāng)前的研究之重,但是現(xiàn)在因為各種各樣的環(huán)境污染問題,往往給除醛或者監(jiān)測工作帶來各種各樣的干擾,本文提出了基于深度學(xué)習(xí)算法的智能化室內(nèi)居住環(huán)境甲醛監(jiān)測系統(tǒng),依托大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),對由甲醛所引起的空氣污染的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析,一方面對人們進(jìn)行預(yù)警,提醒人們及時進(jìn)行合理的除醛措施,另一方面對所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行云存儲、云計算,通過深度學(xué)習(xí)提升檢測準(zhǔn)確度,以此來提高對甲醛數(shù)據(jù)監(jiān)測工作的精準(zhǔn)度。對提升室內(nèi)居住人員舒適性和安全具有重大意義。