一种小型、廉价空气质量测量装置的设计

李响　郭世栋　吕勇

(北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京　100192)

一种小型、廉价空气质量测量装置的设计

李响郭世栋吕勇

(北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院,北京100192)

当今社会随着人口密集程度的增加,工业化快速发展,导致环境不断恶化,空气质量日益下降,空气污染及呼吸状况不良已经成为国民疾病的主要杀手之一。对空气质量的监测已经迫在眉睫,本文提出了一种小型、廉价空气质量测量装置的设计,本系统以单片机为实现功能的主要控制中心,外设空气微粒检测模块、二氧化碳检测模块、室内温湿度检测模块、时钟模块、显示单元以及控制电路部分等,实现了空气质量的多参数同时监测。

空气质量PM 2.5PM 10系统设计

当今社会随着人口密集程度的增加，工业化快速发展，导致环境不断恶化，空气质量日益下降，空气污染及呼吸状况不良已经成为国民疾病的主要杀手之一[1]。人类健康生存的要素之一是时刻需要呼吸新鲜空气。

随着人们对环境及健康问题的日益重视，对室内空气中有害气体监测的种类也越来越多。随着人们生活水平的提高，窗户密闭性增强，通风越来越少，室内空气质量恶劣，人民健康存在巨大隐患。因此，建立高效、低价的室内空气监控系统，具有重要意义。

当前，我国室内通风的主要设备为传统型的排风扇和高端的通风系统，高端的通风系统价格昂贵，而排风扇只有常开和常关两种状态，无法实现智能控制，不仅带来噪声污染，而且由于换气系统一般没有空气质量检测模块，因此在室内空气质量己经良好时，换气扇仍然工作造成了能源的浪费，而市场上却缺乏中、低端的可安装智能通风系统。

本文研究拟搭建低价、高效的室内空气质量监控系统，以期改善办公、家居环境。

1　发展现状与趋势

现代微电子技术的发展使得测量装置的精度越来越高，促进了室内环保监测监控仪器向着智能化的方向发展。新的智能化仪表具有以下特点[4，5]:

(1)操作自动化:仪器的整个测量过程都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。

(2)测量智能化:可实现自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等功能，方便仪器的维护。

(3)具有数据处理功能:可以进行统计分析等复杂的数据处理功能，使用户从繁重的数据处理中解放出来，有效地提高了仪器的测量精度。

(4)具有友好的人机对话能力:操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便直观。

(5)具有良好的 可扩展性:可以与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，完成更复杂的测量任务。

2　小型、廉价空气质量测量装置的设计

2.1系统总体方案

空气质量监控系统由于具备智能检测室内空气质量指标，自动控制排风装置，当空气质量达标后可以改变排风装置状态的作用，节省了大量的人力看管和物力投入，节能减排，系统有着很好的应用前景，既适用于企事业单位的办公场所(宾馆、酒店、、写字楼)，也适用于无人值守的机房;由于系统充分考虑到作为家居一部分的美观性和实用性，系统也可以应用于普通的居民家庭室内，改善室内空气质量。

本系统以单片机为实现功能的主要控制中心，外设空气微粒检测模块、二氧化碳检测模块、室内温湿度检测模块、时钟模块、显示单元以及控制电路部分等。

监测系统实时将空气质量参数发送至微处理器，当达到临界值后，启动排风装置，同时，在进气口加装过滤装置，防止室外空气对室内空气造成二次污染。

2.2本文研究的特色和创新

(1)目前各类测量系统的研究多是自行开发电路，本研究采用A rduino平台进行监测系统开发，具有以下优势:具有可复现性，研制成功后，更容易推广;具有可扩展性，A rduino平台可以很容易的扩展接入温、湿度传感器，光线传感器等其他模块以同时测量其他参数，可以方便扩充有线/无线网络或与PC机通讯;使用A rduino平台进行二次开发的难度降低，推广后，用户可根据需要修改标定参数，扩充功能等;由于开发难度较低，可以带动部分本科生参与，也为开设开放性实验或大学生创新活动进行了前期探索。

(2)传统方法为常开或简单的继电特性开关，本文建立室内空气质量分布与扩散模型，利用此模型确定换气系统的规格与运转情况。

(3)本系统具有更高的性价比，本课题在实施过程中会充分考率产品的实用性及投产后的性价比，改变市场上低端市场空白的现状。

(4)本系统适办公/家居使用，系统的设计会充分考虑办公/家居或室内使用的实用性，在功能和外观的设计上尽量符合加入人性化的设计，同时降低系统运行或排风装置工作时的噪声。

3　结论与展望

本文提出了一种小型、廉价空气质量测量装置的设计，本系统以单片机为实现功能的主要控制中心，外设空气微粒检测模块、二氧化碳检测模块、室内温湿度检测模块、时钟模块、显示单元以及控制电路部分等，实现了空气质量的多参数同时监测。本系统具有可复现性，研制成功后，更容易推广;具有可扩展性，A rduino平台可以很容易的扩展接入温、湿度传感器，光线传感器等其他模块以同时测量其他参数，可以方便扩充有线/无线网络或与PC机通讯。

[1]李先庭,杨建荣,王欣．室内空气质量研究现状与发展.暖通空调[J],2000,30(3):36-40．

[2]沈晋明.室内空气质量评价,暖通空调[J],1 997,27(4):22-25．

[3]沈士珍.环境质量分析的数理统计方法,城市环境与城市生态[J], 1 996,8(4):42-45．

[4]沈晋明,毛继传,孙光前.上海办公大楼空气质量客观评价[J].通风除尘,1995,1 4(4):14-17．

[5]宋玲,施云波,修德斌,等.基于MSP430的气体传感器批量测试系统[J].电子测量技术,2009,32(10):77－80．

项目资助:北京市专业建设-光信息科学与技术、电子信息工程(PXM 2014_014224_000066),北京信息科技大学大学生科研训练项目(市级)PXM 2014_014224_000079。

李响,生于1982年,辽宁省阜新人,男,博士,讲师,研究方向为光电检测与光谱分析技术。

吕勇,Email：lvyong@bistu.edu.cn。