物联甲醛测量仪

康留元

教学背景

甲醛是一种无色、有特殊刺激性气味的气体，对人的眼、鼻等有强烈刺激作用。经常吸入甲醛，会危害我们的身体健康。然而甲醛已经成为我们生活居住环境中常见的污染类型，如装修新家、购置新车、家具换新、办公楼装修等，都可能会遇到甲醛污染。如何判断当下生活的环境甲醛浓度是否超标，是否适宜居住？本节课结合物联网技术，引导学生创意设计一个物联甲醛测量仪，实时监测空气中的甲醛浓度和温湿度情况，帮助我们关注甲醛污染，保护人体健康。

教学目标

知识与技能 了解甲醛传感器读取浓度数值的过程;掌握甲醛传感器模块的使用方法;熟悉在Mind+软件中创建变量、调用函数的方法。

过程与方法 通过观察作品，认识到甲醛的危害性，了解检测甲醛的方法，培养观察力和创造力。

情感态度与价值观 感受物联甲醛测量仪的使用过程，培养发现问题、解决问题的能力，树立正确的科学观。

教学重点与难点

教学重点 实现甲醛传感器模块检测的数据与手机物联实时显示数值对应。

教学难点 在Blynk软件中设置温度、湿度、甲醛曲线等組件对应相关类型。

教学准备

掌控板、Gravity：DHT11温湿度传感器、Gravity：HCHO甲醛传感器、I/O扩展板、3.7V电池各1件。

教学过程

一、情景导入

师：近些年来，室内空气质量越来越受到人们重视。甲醛是空气中的杀手之一，需要时刻提防。比如新装修的房子、新买的汽车等，若空气中甲醛浓度过高，可引起中毒反应，轻微的会造成眼睛流泪、皮肤过敏、鼻咽不适等症状，严重的甚至可致癌。因此，本节课老师就带领大家DIY一个甲醛测量仪，为自己的健康把把关。

二、知识讲授

师：甲醛是一种有机化学物质，易溶于水和乙醇，化学式是HCHO或CH2O，有毒且有致癌性，所以检测环境中的甲醛浓度十分有必要。请同学们想一想，如何测量甲醛浓度呢？

学生思考讨论并回答。

师：如果采用专用的试剂检测甲醛，不仅费时费力，而且精度低，使用的次数也非常有限。但是我们可以借助甲醛传感器，它是一种电化学传感器，可以将甲醛气体的浓度转换为微弱的电流信号。这样就可以通过电流电压变换电路，将微弱的电流信号转换为可以测量的稳定的电压信号，增强电信号的稳定性。本课采用的Gravity：HCHO甲醛传感器能与Arduino、树莓派等兼容，可以精确地测量空气中的甲醛浓度，并且抑制干扰气体，具有稳定性高、抗干扰气体能力强等特点。

除了甲醛浓度，空气的温湿度也是判断环境是否适宜人类居住的重要条件，所以本节课还使用了Gravity：DHT11温湿度传感器。Gravity：DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。Arduino可以通过屏幕实时显示该传感器的读数变化。

三、操作实践

1.电路连接

把甲醛传感器、温湿度传感器和扩展板通过导线进行连接。P0接温湿度传感器;P1接甲醛传感器，甲醛传感器背面拨码开关切换到UART一端，开启UART模式。具体连接方法如图1。

2.Blynk安装和设置

在手机上安装Blynk App，并用个人邮箱注册账号;登录账号并配置自己的服务器地址;创建项目，完成项目中温度、湿度、甲醛曲线等控件参数的设置，如图2。这样，我们通过手机就能实时获取并查看检测数据。

3.程序设计

打开Mind+软件，连接设备COM38，点击软件右上角区域切换至“上传模式”。

点击软件左下角“扩展”，添加“主控板”—“掌控板”;点击软件左下角“扩展”，添加“传感器”—“温湿度传感器”;点击软件左下角“扩展”，添加“用户库”—“Blynk”。

（1）显示甲醛浓度数值子程序

编写程序，使甲醛传感器能根据UART模式下的通信命令行格式，主动上传数据，每间隔1秒发送一次浓度值，如图3。

（2）判读甲醛浓度子程序

编写程序，实现如下功能：当居室空气中的甲醛浓度在安全范围内（甲醛浓度低于0.06ppm，即0.08mg/m3），屏幕显示为绿色;当居室空气中的甲醛浓度超出安全范围（甲醛浓度大于0.06ppm小于0.2ppm），屏幕显示为黄色（此时就要注意，该在室内放置一些祛除甲醛的东西）;当甲醛浓度严重超标（甲醛浓度大于0.2ppm小于1ppm），屏幕显示为红色（出于安全考虑，这类环境至少需要空置半年再入住）;当居室空气中的甲醛浓度大于1ppm，已经达到了爆表的程度，这时屏幕会红色紫色交替闪烁。具体程序如图4。

（3）显示温湿度子程序

编写程序读取温湿度传感器引脚数据，并在屏幕显示，如图5。

（4）Blynk数据传输子程序

编写程序，将温湿度及甲醛数值等数据定时传送到手机Blynk服务端，如图6。

（5）主程序

完善项目主程序，并调试运行，测试程序功能。

四、小组展示

学生以小组为单位，由小组代表分享作品，然后组内学生自评、组间互评。学生通过电子教室上交个人作业，教师再给予评价和指导。

教学反思

通过制作物联甲醛测量仪，手机端实时显示空气中甲醛数值、室内的温度和湿度，学生了解了物联网Blynk服务器相关技术，认识了甲醛传感器的工作原理。本课例将开源硬件编程和物联网、传感器相关知识相结合，既锻炼了学生的逻辑思维，同时培养了学生动手操作的能力。

（本课件由DF创客社区推荐）