探究智能化室内甲醛检测系统方案在实际生活中的应用

冯帅 剧闯 李莹 刘林

(桂林电子科技大学,广西桂林 541000)

0 引言

随着科技与工业化进程的发展,人们的生活质量越来越高,因此对于家居环境装修的要求也越来越高,这就直接导致了越来越多的不同的材料开始运用到室内的装修中来,但这些材料往往伴随着各种各样的污染物,如甲醛、氡、苯、氨、TVOC等。因此可以说室内环境污染中最大的污染源就来自于装修材料,而在各种各样的污染物之中,甲醛无疑是排在榜首的,甲醛对人的眼睛、呼吸系统、神经系统等均有强烈危害,长时间接触会导致组织畸变并引起癌变[1],因此它是一种潜在的危险致癌物和重要的环境污染物,对人体严重有害。因此,如何对室内的甲醛进行一个精准的检测与治理,开始慢慢地走入大众的视线。

1 传统室内甲醛检测方法

1.1 乙酰丙酮法

乙酰丙酮法是利用甲醛与乙酰丙酮经过化学反应后所产生的物质在412nm下进行分光鉴定的办法;其优点是操作简单,性能相对与其他的检测方法来说相对于稳定,误差小,不受其他化学物质的干扰,但是其灵敏度较低,化学反应周期长,仅适合用于在室内甲醛较高的情况下进行鉴定。

1.2 cta法

甲醛在浓硫酸溶液中可与变色酸作用形成紫色化合物,可用分光光度法进行分析测定;该方法相对于乙酰丙酮法与酚试剂法来说更加稳定、灵敏,且反应时间也很快,但是整个反应要在浓硫酸介质中进行,存在很强的危险性,一般人很难去操作,并且整个反应过程不易控制,容易受到其他化学物质的干扰。

1.3 酚试剂检测盒

酚试剂检测盒就是利用酚试剂法原理,通过甲醛与酚试剂进行化学反应,通过最终检测盒所显示的颜色与色卡进行对比,从而确定室内甲醛浓度;其优点是操作方法简单,且测定非常灵敏,缺点是检测结果容易受到其他化学物的干扰,而且反应环境受室内温度的限制很大,容易造成化合物显色不完全,且吸收情况稳定不变。

1.4 手持类甲醛检测仪

手持类检测仪器工作原理是通过电流感应来判断空气中甲醛气味的含量,数据结果受其他气体的影响很大,任何一种类似气味都可以导致甲醛读数爆表,参考性是比较低,但是相对于其他检测方法来说,检测价格较为便宜,成本较低[2]。

1.5 室内甲醛检测注意事项

传统的甲醛检测之所以会产生各种各样的数值误差,主要是操作方法或者采集过程存在各种各样的误区。首先在采集过程中不可以只固定在室内某一个空间进行空气采样,我们应当采用随机抽样的方式,尽可能采用多的空间来进行空气的抽样检测,同时一个样本数据我们应当进行多次计算,以此来求出这个区域内甲醛的平均值,这样可以更好的来实现甲醛检测的一个数据化与精细化,这样的数据才更加具有代表性。我们还应该保证采样空间的密闭性,不要在经过长时间通风的情况下对空间内甲醛含量进行检测。

2 室内甲醛治理方法

2.1 光触媒治理法

光触媒可以在阳光的作用下分解甲醛、甲苯、T V O C等有害有机物,且不会产生二次污染,光触媒喷剂可以直接喷涂在家具地板上,使用方式简单,哪怕是不用经过系统的训练都可以直接进行操作,但是光触媒法无法从源头上解决甲醛危害,物体本身的甲醛还是会随着时间的流逝缓慢挥发[3]。

2.2 通风法

通风法是通过利用工业电扇、除甲醛净化器等来实现室内外空气的流通,从而把室内空气中的甲醛交换到室外,成本低廉,操作简单,但是甲醛的挥发周期太长,同样没有从源头解决问题。

2.3 植物吸收法

绿植价格低廉,且容易养护,还可以起到美化环境、净化空气、释放氧气的作用,但是植物除甲醛的效果比较微弱,甲醛治理效果不是很大。

2.4 延迟入住法

在新房装修结束之后,往往是室内甲醛含量最高的一段时期,同时也是甲醛挥发速度最快的窗口期,因此,我们可以根据实际情况采用延迟两到三个月入住的方法实现规避甲醛挥发高峰期,并在这段时间内定期采用通风法、光触媒法等,来确保入住时室内甲醛含量处于一个合理的范围[4]。

3 系统方案提出

3.1 智能化甲醛检测

本文旨在研究一套基于深度学习算法的室内甲醛检测系统,主要为了改善传统的室内甲醛检测技术容易受到各种不同的外在因素,如香水、烟雾等干扰因素导致甲醛检测不准确的痛点。团队准备基于深度学习算法,改良物联网传感技术,以此来建立一个室内空气图谱算法智能屏蔽干扰因素,进而实现对室内甲醛浓度的精确校准,旨在提高室内空气监测准确度和监测效率。

3.2 检测系统构成

智能甲醛监测仪器主体上包括检测模块(包括甲醛检测芯片、温湿度计、非醛类化学物质检测器、空气流速传感器)、数据存储模块、电源模块、GPS定位模块、驱动模块、空气净化模块、数显模块、数据传输模块和中央处理器九大部分组成(如图1所示)。

中央处理器在这整个系统中处于核心作用,主要用于接收检测模块检测到的各项参数,控制其余七大模块对其进行处理。检测模块中的甲醛检测模块依靠电流感应来判断室内的甲醛含量甲醛浓度,完成数据采集;温湿度计的作用是检测室内温度、湿度的实际情况,依次来采集不同的温度、湿度对室内甲醛挥发起到的作用有多大;非醛类化学物质检测器主要是为了排除其他气味(如香水、烟雾等)对于甲醛检测模块检测结果的干扰;空气流速传感器包括多个并联的气体流速检测装置,以此来实现对于面积不同的空间内气体流速的检测,以此来将空气流速影响忽略到最低。

数据存储模块是仪器本地的数据存储模块,主要针对于用户自己家庭内的醛类数据,来实现对于用户家庭居住空间内不同区域的甲醛数据存储,这样随着时间的推进,仪器检测数据可以更加精准;云端数据库主要是将用户家庭中的甲醛、室温读数数据上传到云端,依靠大数据与深度学习算法来建立室内空气图谱,从而为更好地治理甲醛提供科学依据。电源模块为整个设备供电,维持整个设备的运转。

图1 检测系统模块构成Fig.1 Detection system module composition

GPS定位模块与驱动模块受中央处理器控制,当对一个区域内的甲醛读数检测完毕之后,会自动移动到另一个地点进行检测,这样可以实现对于甲醛检测的跨空间移动,同时用户还可以依靠手机AP P进行操控,来控制检测器移动。当检测单元采集到的数据高于国家规定的正常值时,中央处理器会控制空气净化模块采取相应的净化措施,来基本维持用户家庭中的甲醛数据低于国家标准值,但是无法实现深度的治理,还是要依靠专门的甲醛治理方式;数显模块则是将收集到的电信号转化到仪器本身的LED显示屏幕之上,让用户可以直观的看到室内甲醛数据。数据传输模块除了将所收集到的数据上传到云空间外,同时还与移动终端(手机APP)连接,以此来实现用户在外就可以控制家庭中的设备进行工作,查看家中的甲醛数值。

本系统主要由物联网(实体硬件环境监测设备+手机APP软件)系统组成,环境监测设备中的检测模块可以检测到家居室内场景中的各类污染物( 甲醛、苯、氨、氡、PM2.5)与温度、湿度等信息,之后将采集到的数据除了保存到本地的数据存储模块之外,还会通过WIFI的方式上传至云端数据库,通过手机A P P 软件的监测界面来查看设备采集到的数据及其变化趋势。同时系统基于深度学习算法,还会给客户提供数据分析模型,并支持预警、报警功能,便于用户及时作出判断,改善环境质量。

3.3 系统功能演示

本系统移动终端采用基于iOS与Android操作系统开发的原生应用形式来实现物联网系统的架构,其优点在于工作速度更快、性能更高,能够给用户带来良好的操作体验。系统本身包拥有数据实时监测功能、室内环境提醒功能、数据分析功能、遥控硬件环境监测模块以及用户交流广场等。

用户可以借助数据实时监测功能模块,来实时查看自己的家庭内的空气数据,并选择是否使用空气净化模块对室内空气进行一个简单的净化,哪怕不在家时也可以对家庭里的仪器进行操作;当检测器检测到室内污染物高于国家标准或者临界时,则会触发系统内的室内环境提醒功能,进行报警或是预报警,以提醒客户应当对室内环境进行治理;数据分析功能则是系统针对收集到的数据,对其进行分析整理,直观的将用户家庭中最近一个月来的家庭实时数据进行分析汇总,给用户以一个最直观的数据体现,同时为用户计算出最合适的治理方案;遥控硬件环境监测模块与产品硬件的驱动系统结合,用户可以自由操控设备进行移动,随时随地检测客户所处室内的任何一个地点;用户广场则是为所有的产品用户提供一个交流的平台,一起分享产品使用心得或者是合理有效的甲醛治理方案。

4 结语

综上所述,甲醛污染对人们的身体健康存在着巨大的危害,而设计研究出最合理的甲醛检测或去除办法是我们当前的研究之重,但是现在因为各种各样的环境污染问题,往往给除醛或者监测工作带来各种各样的干扰,本文提出了基于深度学习算法的智能化室内居住环境甲醛监测系统,依托大数据与物联网技术,对由甲醛所引起的空气污染的数据进行采集分析,一方面对人们进行预警,提醒人们及时进行合理的除醛措施,另一方面对所采集到的数据进行云存储、云计算,通过深度学习提升检测准确度,以此来提高对甲醛数据监测工作的精准度。对提升室内居住人员舒适性和安全具有重大意义。