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室內有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)設計研究 摘 要：目前人們除了關心室外大氣污染以外，也開始將關注點放在了室內空氣污染方面，為了實時監(jiān)測出室內空氣的有害氣體，筆者提出了一種室內有害氣體的監(jiān)測系統(tǒng)設計思路，可以對室內有害氣體參數(shù)進行實時觀測。該系統(tǒng)集成了有害氣體的檢測傳感器，同時設置了集成電路，其在運行中可以對有害氣體如甲烷、一氧化碳、甲醛等濃度進行檢測，當有害氣體濃度達到一定的限定值后，監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)出警報，提醒人們及時對此做出處理。筆者在文中對該系統(tǒng)架構設計及功能實現(xiàn)簡要論述，并對其應用進行相關探討。 關鍵詞：有害氣體；監(jiān)測系統(tǒng)；設計；研究 中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 0.引言 目前市面上有許多種類的室內有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)，但是大多數(shù)儀器都存在操作較為復雜，成本較高等缺點，導致了該系統(tǒng)難以普及到家庭之中，僅有部分專業(yè)機構才會安裝該系統(tǒng)。然而目前許多家庭在買房后對房間進行裝修，卻難以對裝修材料散發(fā)出的有害氣體引起注意，長此以往很容易患上慢性疾病，因此安裝室內有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。筆者對此提出一種適合家庭的經(jīng)濟、便捷的有害氣體監(jiān)測設備，其采用傳感器作為核心，具有較高的性價比，能夠在日常生活中保護用戶人身健康。

1.研究背景分析 隨著人們生活水平的提高，加之房產“熱潮”愈演愈烈，許多家庭開始瘋狂購房，并對其進行裝修，然而市面上的裝修材料質量良莠不齊室內有害氣體檢測，很容易在室內散發(fā)出有害氣體。據(jù)統(tǒng)計，每年因為室內空氣污染而死亡的人數(shù)已達到11.1萬人，可謂是一個非常龐大的群體。一般來說，室內有害氣體的來源包括兩方面：一是現(xiàn)代化社會需求大，工業(yè)發(fā)展十分迅速，各類石油、化工、消防、火電廠、醫(yī)藥等廠房向大氣排放各種有害氣體，這些氣體嚴重影響了廠房工人和附近居民的身體健康，對此，工廠一定要改變原來的排污方式，保證居民的居住環(huán)境綠色、健康；二是現(xiàn)代化社會的物質水平提高，人們對室內的裝修要求提高，然而各種新式的裝修材料中正隱藏著大量的有毒氣體?；谝陨系脑?，目前社會中部分家庭空氣質量較差，而僅僅依靠自己的感官是無法判斷其是否有害，對此多數(shù)科研人員進行了研究汽油檢測儀，設計出了一套室內有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)。過去的系統(tǒng)設計具有操作復雜、價格昂貴的特點，導致了該監(jiān)測系統(tǒng)并未在普通家庭得到普及。因此，筆者對原系統(tǒng)重新進行改良，設計了一套適合普通家庭使用的有害氣體檢測系統(tǒng)。 2.系統(tǒng)整體架構 2.1 整體架構 （1）整個系統(tǒng)的框架由六大模塊組成，每個模塊都有自己對應的功能： 控制模塊，該模塊采用的是ATmega16單片機設備，它可以大大地提高系統(tǒng)代碼的運行效率，比一般的控制模塊提高約10倍以上的數(shù)據(jù)吞吐率。

（2）顯示電路，其選用了LCD12864顯示屏，為中文字庫型系統(tǒng)，適用于中國居民使用，電路可以將處理后的結果顯示在屏幕上，給用戶直觀的感受。 （3）電源模塊以及報警模塊，電源模塊采用USB供電，具有方便使用、節(jié)約用電的效果；報警模塊則采用普通的蜂鳴器和發(fā)光二極管，在有害氣體濃度超出指標時進行報警，報警模式為發(fā)光和聲響交替，能夠起到提醒用戶的作用。 （4）傳感模塊，其內部安裝有感應不同氣體濃度的傳感器，可以對空氣中有害氣體的濃度進行感應，傳感器再將得到的信息傳遞給單片機，而單片機會把信息傳遞給報警器和顯示屏幕，讓整個系統(tǒng)得以循環(huán)運行。 （5）獨立鍵盤模塊，該模塊設立了3個鍵來檢測有害氣體的濃度狀況并將其，另外還設有其他的鍵可重啟整個系統(tǒng)，使得系統(tǒng)可以反復地進行。 （6）GSM模塊，該模塊選用了SIM900A芯片，其主要功能是在濃度達到限定值后，將已設定好的通知短信發(fā)送給用戶，以此來通知用戶空氣中有害氣體的濃度達到限定值，并做出相應的處理。 2.2 功能實現(xiàn) 該系統(tǒng)分為6個模塊，各個模塊相互獨立又相互聯(lián)系。系統(tǒng)啟用后，傳感器開始工作將收集到的信息傳遞給單片機，單片機將信息處理了以后再將信息顯示在顯示屏上，如果超標的話甲苯報警器，報警器會開始工作，這樣就構成了一個完整的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能得以實現(xiàn). 3.系統(tǒng)設計 3.1 硬件設計 本系統(tǒng)主要由6個模塊組成，分別為：控制芯片、顯示、傳感器、獨立鍵盤、供電以及GSM等，整個系統(tǒng)的結構如圖1所示。

系統(tǒng)的控制核心采用了ATmega16單片，并且融合了MQ-7、MQ-138和MQ-2等系統(tǒng)來分別監(jiān)測一氧化碳、甲醛以及甲烷的濃度，通過濃度來判斷該氣體目前對人體的危害程度。在濃度判斷結束后，系統(tǒng)將會把采集的數(shù)據(jù)傳遞給單機片，當數(shù)據(jù)到達后，單機片會對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，處理后會將結果傳到顯示屏，如果濃度達到限定值，則報警器就會響，以此來提醒用戶室內空氣中的有害氣體濃度已經(jīng)超標，有助于人們及時做出處理（開窗通風，暫時離開）。報警器采用普通的有源蜂鳴器設備，指示燈則選用發(fā)光二極管，供電模塊采用USB接口，GSM模塊采用SIM900系統(tǒng)，這些設備相對便捷，方便人們操作，以上的功能模式即組成一個完整的系統(tǒng)。 3.2 軟件設計 軟件部分的設計主要針對傳感器檢測到有害氣體濃度后對低電平進行的處理環(huán)節(jié)。在程序初始化的階段后，用戶可以在機器的外部通過表示有何種有害氣體的監(jiān)測按鈕室內有害氣體檢測，選擇自己想要監(jiān)測的氣體，并且系統(tǒng)監(jiān)測后會在LED屏幕上顯示監(jiān)測后處理過的數(shù)據(jù)，得到室內有害氣體的濃度情況和室內空氣等級質量數(shù)據(jù)。當監(jiān)測濃度超過初始設定的限定值后，報警器發(fā)光閃爍并發(fā)出報警聲響，同時也將發(fā)出文字報警短信。在處理室內空氣的有害氣體后，按下復原鍵就可以將該裝置恢復到初始狀態(tài)，使得系統(tǒng)初始化，根據(jù)用戶的需要再次進行工作。

4.系統(tǒng)測試與應用 本產品的設計思路與電路原理較為簡單，測試時主要是為了檢測測試器電路狀況和其工作情況。筆者將其安置在一個密閉的盒子內，先將其中通入一定濃度的甲烷，進行測定后復原，再輸入比之前量更多的甲烷，以此類推幾次試驗后，再用同樣的方式對其他的有害氣體進行相同的實驗。通過實驗發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的監(jiān)測時間較短，復原較快，并且能夠快速而且準確地判讀空氣中有害氣體的濃度并做出分析，同時顯示在顯示屏上，報警系統(tǒng)也可以正常地進行工作。感應器系統(tǒng)如圖2所示，其能夠實現(xiàn)良好工作，且由于性能較高，成本較低，因此值得推廣應用。 結語 本系統(tǒng)對于室內有害氣體的監(jiān)測具有良好的效果，并且操作十分便捷，成本較低，適用于各收入層次的家庭。因為該系統(tǒng)對煙霧比較敏感，因此在煙霧較多的環(huán)境中難以進行正確判斷，有時可能產生錯誤的數(shù)據(jù)，而這也是該系統(tǒng)的不足之處。但從整體來看，筆者通過多次對該系統(tǒng)進行實驗，系統(tǒng)各方面都是比較穩(wěn)定的，可以正常地進行工作，運行的速度也能夠達到設計的要求，該設備的電路模塊便攜性高，有益于對系統(tǒng)進行調試和升級。總而言之，該室內有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)，具有實用性強、價格低廉、操作簡單、易于普及等多個優(yōu)點，可以對室內的有害氣體濃度做出正確的判斷，從而保證了用戶的健康生活。

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