摘要：空氣質(zhì)量問題事關(guān)人體健康，近年來得到了越來越多的關(guān)注。該文針對(duì)化學(xué)試劑檢測(cè)法檢測(cè)周期長(zhǎng)、無法測(cè)量空氣質(zhì)量變化過程及趨勢(shì)以及檢測(cè)過程中檢測(cè)人員需進(jìn)出室內(nèi)引起空氣擾動(dòng)的問題，以STM32硬件開發(fā)平臺(tái)，采用IDT氣體傳感器，開發(fā)了一款具有存儲(chǔ)測(cè)試功能的室內(nèi)環(huán)境評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用藍(lán)牙通訊，具有無線開關(guān)功能，測(cè)量過程無須測(cè)試人員出入測(cè)試場(chǎng)地，測(cè)量過程中室內(nèi)被測(cè)氣體平衡性更好，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)測(cè)試周期比化學(xué)試劑檢測(cè)法縮短70%，測(cè)量精度提高了5%，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確可信。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量檢測(cè);環(huán)境評(píng)估;氣體傳感器;藍(lán)牙通訊

中圖分類號(hào)：TP334.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）04-0115-03

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來越高，對(duì)生活環(huán)境品質(zhì)也提出了更多的要求[1-2]，室內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量，很大程度上影響著居住人口的身體健康，特別是新住房屋，甲醛超標(biāo)、材料污染等，都引起了人們的廣泛關(guān)注，近年來，很多專家學(xué)者致力于研究室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)裝置，比如甲醛濃度檢測(cè)儀、室內(nèi)PM2.5檢測(cè)儀等[3-6]，而且得到了很好的應(yīng)用。

但是甲醛濃度檢測(cè)儀等相關(guān)儀器設(shè)備，存在著很多的缺陷[7-8]，其一是檢測(cè)的物質(zhì)單一，僅僅能對(duì)某一方面進(jìn)行檢測(cè);其二是檢測(cè)過程中需要人為啟動(dòng)設(shè)備儀器等去檢測(cè)，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控[9-11]，這樣對(duì)于室內(nèi)環(huán)境不能起到很好的反饋監(jiān)控作用，因此，開發(fā)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，并能對(duì)室內(nèi)多因素進(jìn)行監(jiān)控的相關(guān)設(shè)備[12-14]，將具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。

針對(duì)以上相關(guān)缺陷，本文以STM32硬件開發(fā)平臺(tái)，采用IDT氣體傳感器，開發(fā)了一款具有存儲(chǔ)測(cè)試功能的室內(nèi)環(huán)境評(píng)估測(cè)試系統(tǒng)。

1 整體方案設(shè)計(jì)

該室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)裝置主要采用STM32開發(fā)平臺(tái)，資源豐富，設(shè)計(jì)采用多傳感器信息采集模塊，采集需要檢測(cè)的溫濕度等物理量，通過藍(lán)牙模塊上傳數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控[15-18]。整體框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控;氣體傳感器檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境各類氣體濃度的監(jiān)控;藍(lán)牙模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸?，F(xiàn)就相關(guān)的電路設(shè)計(jì)介紹如下：

2.1 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)采用DS1302芯片，具體的設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

2.2 藍(lán)牙通訊模塊

藍(lán)牙通訊模塊采用HC-06藍(lán)牙模塊，具體的電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。該電路主要負(fù)責(zé)上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，簡(jiǎn)單可靠。

2.3 氣體傳感器檢測(cè)模塊

氣體傳感器檢測(cè)模塊采用MQ135氣體傳感器，該模塊的電路連接圖如下圖4所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的主控部分軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

系統(tǒng)工作后，開始對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間要符合條件，確保采樣準(zhǔn)確，然后進(jìn)入自適應(yīng)采樣模式，完成后對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，是否超過標(biāo)準(zhǔn)值，并進(jìn)行一下步地檢測(cè)，其具體流程圖如圖6所示。

4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

為配合硬件電路采集數(shù)據(jù)的處理，利用Labview平臺(tái)設(shè)計(jì)了針對(duì)性的上位機(jī)軟件，使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，以框圖的形式產(chǎn)生的程序，使用靈活，直觀高效?，F(xiàn)對(duì)配套使用的上位機(jī)軟件進(jìn)行說明。

該軟件實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，其有兩種主要功能，一是將現(xiàn)有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理結(jié)果顯示;二是將預(yù)先實(shí)驗(yàn)保存到計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)在繪圖區(qū)進(jìn)行復(fù)現(xiàn)以進(jìn)行后續(xù)分析。

該軟件的界面分為三部分，命令區(qū)、繪圖區(qū)與數(shù)值顯示區(qū)。命令區(qū)由無線數(shù)據(jù)傳輸、打開本地?cái)?shù)據(jù)和退出系統(tǒng)三項(xiàng)指令組成。

5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

經(jīng)過測(cè)試，具體的空氣質(zhì)量在線檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。具體的測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果顯示區(qū)如圖9所示。上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控，并且繪制出變化曲線，有利于數(shù)據(jù)的分析，在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)變化有突變的情況，有助于提醒居住人員實(shí)時(shí)關(guān)注。并且實(shí)現(xiàn)了多因素的監(jiān)控。

數(shù)據(jù)顯示區(qū)可顯示特定時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，方便用戶對(duì)數(shù)據(jù)有更詳細(xì)的了解。

用戶還可以針對(duì)各自的不同需求，可以由選擇性地對(duì)某一類氣體等環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)控，軟件調(diào)試選擇檔位就可以完成，簡(jiǎn)單方便。

通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行化學(xué)試劑檢測(cè)法比對(duì)，周期大大縮短，而且精度提高了將近5%，很好地實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的要求。

6 結(jié)論

本文在闡述室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的重要性的基礎(chǔ)上，分析了當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備存在的缺點(diǎn)，針對(duì)此情況，采用STM32開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了一款實(shí)時(shí)可多因素檢測(cè)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)設(shè)備，該系統(tǒng)采用藍(lán)牙通訊，具有無線開關(guān)功能，測(cè)量過程無須測(cè)試人員出入測(cè)試場(chǎng)地，測(cè)量過程中室內(nèi)被測(cè)氣體平衡性更好，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)測(cè)試周期比化學(xué)試劑檢測(cè)法縮短70%，測(cè)量精度提高了5%。

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收稿日期：2021-09-24

作者簡(jiǎn)介：陳新喜（1969—），男，湖南祁陽人，副教授，主要研究方向?yàn)殡娮有畔⒓夹g(shù)、嵌入式技術(shù)應(yīng)用等。