基于ARM的室内空气质量在线监测系统初探

作者/邱启华，广东省高级技工学校

基于ARM的室内空气质量在线监测系统初探

作者/邱启华，广东省高级技工学校

随着我国国民经济的飞速提升，人民群众的生活水平越来越高，而环保观念也越来越深入人心，因此越来越多的人开始关心和重视室内空气质量问题，尤其是新闻报道中有关室内空气质量不合格而导致人体出现不良反应的事例，使得人们对监测室内空气质量的愿望日益迫切。在此背景之下，本文将立足于ARM设计一款室内空气质量在线监测系统，在尽可能扩大监测范围、简化监测流程和控制监测成本的基础之上，有效完成实时监测室内空气质量的任务。

ARM；室内空气质量；在线监测系统

引言

由于房屋装修或是在房屋内喷洒杀虫剂等过程中，往往会在室内释放出大量的有毒有害气体以及挥发性有机物，如果人体过量接触和吸入此类物质与气体，将会有致癌的风险并严重影响人们的身体健康。因此非常有必要设计一款能够在线监测室内空气质量的系统，帮助人们随时对室内空气质量进行监测，进而有效保障人们的身体健康。因此本文将着重围绕基于ARM的室内空气质量在线检测系统进行简要分析研究。

1. 基于ARM的室内空气质量在线监测系统总体设计

考虑到系统的稳定性和开发过程的简便性，因此本文将在设计基于ARM的室内空气质量在线监测系统的过程中，选择使用嵌入式操作系统。从总体上来看，嵌入式室内空气质量在线监测系统主要包括了硬件层和软件层，以及中间层与功能层，在层与层之间将通过运用板级支持包进行分隔[1]。

2. 室内空气质量在线系统硬件设计

2.1 基本构架

在本文设计的基于ARM的室内空气质量在线监测系统当中，硬件部分主要是由包括传感器加热与信号采集电路在内的，与该系统相匹配的传感器列阵电路以及负责保障室内空气质量在线监测系统能够正常运行的外围电路，例如可以显示各类气体实际浓度值的液晶显示电路、转换系统需要的电压电路、声光报警电路等等共同组合而成。

2.2 主处理模块电路

下图展示的就是本文设计的系统中主处理器模块电路的设计示意图，在基于ARM的室内空气质量在线监测系统当中，占据着中心地位的便是主处理器模块以及微处理器，该模块主要负责进行数据的分析与处理以及AD转换等等，而在设计主处理器模块电路的过程当中，出于性能以及经济成本的角度，本文选择使用3.68M的晶振频率，A/D转换器为AVCC，其模拟基准则是由E7和C7组成[2]。在使用ADC6的过程当中，低通滤波器则是由L1和C9共同组合而成，而输入系统中的ADVS信号则是用过由R4和E7以及C8共同组合而成的低通滤波器进行过滤。

图1 主处理器模块电路设计图

2.3 气体传感器

2.4 开发板资源

在开发板资源的设计当中，本文选择使用某公司研发生产的以太网控制器芯片，用于有效保障通信具有较高的效率，并有效控制通信成本。而在扩展接口的设计当中，本文选择使用具有丰富引脚资源和扩展接口的i.MX283处理器，在该处理器拥有若干接口，譬如说SD接口、JTAG接口等等，能够在不需要用户进行人为干预的情况下，实现数据集中器同汇聚节点之间的通信，同时在进行数据的收发时，DR线电平也将受到串口驱动的自动控制，从而有效提升信号和数据间的通信效率与通信质量[3]。

2.5 液晶显示模块

在液晶显示模块当中主要负责包括数据通信与监测、查询，以及事件查询、终端管理和参数设置等任务。在当前我国科学技术水平日益提升的背景之下，越来越多的工业液晶显示屏开始朝着智能化、现代化、信息化的方向发展，选择使用此类液晶显示屏不仅能够支持串口通信与各种色彩模式，同时还可以帮助完成绘制监测数据的动态变化曲线等，加之其无论是编程还是显示界面均具有简单方便的特性，因此比较适合使用在基于ARM的室内空气质量在线监测系统当中。

3. 室内空气质量在线系统软件设计

3.1 基本构架

在基于ARM的室内空气质量在线监测系统当中，为了能够对各种资源和任务等进行有效的管理与控制，可以将RTOS作为软件开发平台，并将整个在线监测室内空气质量的任务进行细分化，以有效简化系统的操作流程。

设计的基于ARM室内空气质量在线监测系统，首先需要工作人员对硬件和操作系统进行初始化，之后将LCD进行初始化，并进行字库的装载，之后需要结合实际情况对系统配置文件进行调用并创建相应任务，此后需要对用户界面、时钟等进行初始化为后续的实际监测工作奠定良好基础。

在完成上述操作之后，需要启动多任务调度，完成包括键盘扫描、液晶刷新、采集和处理模拟信号以及数字信号等各项任务。

3.2 应用软件

为保障基于ARM的室内空气质量在线监测系统能够有效完成调度和管理任务、管理时间与内存等任务，操作人员需要充分结合实际情况以及系统想要实现的功能，对任务及其优先级别等进行合理划分，通常情况下，随着工作频率的不断提高，任务也将有着更高的优先级。

对于ARM室内空气质量在线监测系统，优先级最高的的采集模拟信号的任务，其次为处理和采集模拟信号以及数字信号的任务，而后需要进行修正和刷新系统时间以及液晶的任务，而优先级最低的任务则是液晶自动关闭任务。通过发送和接收信息以及信号量，或是数据队列等方式可以有效完成任务与任务之间的通信[4]。

为有效检验本文设计的基于ARM的室内空气质量在线监测系统能够顺利完成室内有害气体、可燃气体等在线监测任务，笔者通过按照设计方案将检监测室内空气质量的终端监测器以及数据集中器和WEB服务器等进行有效连接，之后通过为各模块提供所需电能，完成该系统的硬件搭建。

通过在第一个房间当中放置能够采集甲醛和一氧化碳数据的终端，在第二个房间当中放置能够采集二氧化碳的数据终端，以五分钟为监测单位进行一次数据采集，共计监测二十四小时。

通过监测我们可以发现在第一个房间当中显示甲醛和一氧化碳的数据分别保持在0.02与0.4左右，因此表明在第一个房间当中并未出现甲醛和一氧化碳超标而影响室内空气质量的问题。

而在第二个房间当中，基于ARM的室内空气质量在线监测系统显示，在全天的监测时间段内，其采集到的二氧化碳数值一直维持在908左右，通过系统的进一步分析给出了第二个房间空气质量不合格的监测结果。

而通过在系统当中事先输入各气体的标准值后，我们可以发现由于第二个房间中存在二氧化碳超标的问题，此时室内空气质量在线监测系统将自动启动报警功能，此后实验人员通过将该装置放置在室内空气质量合格的第一个房间后，警报自动解除。

4. 结束语

总而言之，本文以ARM为基础设计了一款室内空气质量在线监测系统，并且分别从系统的硬件设计和软件设计两个角度出发，对该款室内空气质量在线监测系统的具体设计方案以及工作原理等进行简要分析，由于基于ARM室内空气质量在线监测系统本身具有较高的精确性和实时性，使用周期相对比较长，加之具有便于携带和功能齐全等众多优势，因此相信其在未来还将有更加广阔的应用空间。

＊ [1]郭联金，虞晓琼，王国胜，林继隆. 室内空气质量监测系统的设计与实现[J]. 微型机与应用，2016，18：99—102.

＊ [2]曹龙，刘炜，曾力. 无线室内空气质量监测系统的设计[J].电子世界，2017，01：193—195.

＊ [3]周虎，秦沿海，代祥军，李玉中，李瑞. 室内空气质量的监测与控制系统的设计与实现[J]. 科技资讯，2014，10：37+39.

＊ [4]范奥博，铁治欣，吴铭程，刘良桂. 室内空气质量监测系统的设计[J]. 浙江理工大学学报，2015，05：382—389.