无线室内环境评估测试系统的设计

摘要：空气质量问题事关人体健康，近年来得到了越来越多的关注。该文针对化学试剂检测法检测周期长、无法测量空气质量变化过程及趋势以及检测过程中检测人员需进出室内引起空气扰动的问题，以STM32硬件开发平台，采用IDT气体传感器，开发了一款具有存储测试功能的室内环境评估测试系统。该系统采用蓝牙通讯，具有无线开关功能，测量过程无须测试人员出入测试场地，测量过程中室内被测气体平衡性更好，经过实验测试，该系统测试周期比化学试剂检测法缩短70%，测量精度提高了5%，测量结果更准确可信。

关键词：空气质量检测;环境评估;气体传感器;蓝牙通讯

中图分类号：TP334.3    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）04-0115-03

随着社会的进步，人们对居住环境的要求也越来越高，对生活环境品质也提出了更多的要求[1-2]，室内的环境质量，很大程度上影响着居住人口的身体健康，特别是新住房屋，甲醛超标、材料污染等，都引起了人们的广泛关注，近年来，很多专家学者致力于研究室内环境检测装置，比如甲醛浓度检测仪、室内PM2.5检测仪等[3-6]，而且得到了很好的应用。

但是甲醛浓度检测仪等相关仪器设备，存在着很多的缺陷[7-8]，其一是检测的物质单一，仅仅能对某一方面进行检测;其二是检测过程中需要人为启动设备仪器等去检测，不能实现自动实时监控[9-11]，这样对于室内环境不能起到很好的反馈监控作用，因此，开发具有实时监控功能，并能对室内多因素进行监控的相关设备[12-14]，将具有很好的现实意义。

针对以上相关缺陷，本文以STM32硬件开发平台，采用IDT气体传感器，开发了一款具有存储测试功能的室内环境评估测试系统。

1 整体方案设计

该室内环境检测装置主要采用STM32开发平台，资源丰富，设计采用多传感器信息采集模块，采集需要检测的温湿度等物理量，通过蓝牙模块上传数据，可实现实时监控[15-18]。整体框图如图1所示。

2 硬件电路设计

硬件电路的设计主要包括实时时钟电路，实现设备的实时监控;气体传感器检测模块，实现室内环境各类气体浓度的监控;蓝牙模块，实现数据的可靠传输。现就相关的电路设计介绍如下：

2.1 时钟电路

时钟电路设计采用DS1302芯片，具体的设计原理图如图2所示。

2.2 蓝牙通讯模块

蓝牙通讯模块采用HC-06蓝牙模块，具体的电路设计原理图如图3所示。该电路主要负责上位机与下位机的数据传输，简单可靠。

2.3 气体传感器检测模块

气体传感器检测模块采用MQ135气体传感器，该模块的电路连接图如下图4所示。

3 软件设计

本设计的主控部分软件设计流程图如图5所示。

系统工作后，开始对传感器数据进行采样，采样时间要符合条件，确保采样准确，然后进入自适应采样模式，完成后对采样数据进行分析，是否超过标准值，并进行一下步地检测，其具体流程图如图6所示。

4 上位机软件设计

为配合硬件电路采集数据的处理，利用Labview平台设计了针对性的上位机软件，使用的是图形化编辑语言G编写程序，以框图的形式产生的程序，使用灵活，直观高效。现对配套使用的上位机软件进行说明。

该软件实现的功能是对采集数据进行分析处理，其有两种主要功能，一是将现有数据实时处理结果显示;二是将预先实验保存到计算机上的数据在绘图区进行复现以进行后续分析。

该软件的界面分为三部分，命令区、绘图区与数值显示区。命令区由无线数据传输、打开本地数据和退出系统三项指令组成。

5 实验测试

经过测试，具体的空气质量在线检测结果如图8所示。具体的测试数据结果显示区如图9所示。上位机能够实时监控，并且绘制出变化曲线，有利于数据的分析，在监测时间段内变化有突变的情况，有助于提醒居住人员实时关注。并且实现了多因素的监控。

数据显示区可显示特定时间段内的数据统计信息，方便用户对数据有更详细的了解。

用户还可以针对各自的不同需求，可以由选择性地对某一类气体等环境因素进行监控，软件调试选择档位就可以完成，简单方便。

通过对数据进行化学试剂检测法比对，周期大大缩短，而且精度提高了将近5%，很好地实现了检测的要求。

6 结论

本文在阐述室内环境监控的重要性的基础上，分析了当前室内环境监测设备存在的缺点，针对此情况，采用STM32开发平台，开发了一款实时可多因素检测的室内环境检测设备，该系统采用蓝牙通讯，具有无线开关功能，测量过程无须测试人员出入测试场地，测量过程中室内被测气体平衡性更好，经过实验测试，该系统测试周期比化学试剂检测法缩短70%，测量精度提高了5%。

参考文献：

[1] 颜鑫，陈向东.基于手机APP的O2O住房空气质量测评系统[J].单片机与嵌入式系统应用，2019，19（7）：51-55.

[2] 武晋，郑杰良，孙宇凯.基于STM32的PM2.5空气质量检测仪[J].中国集成电路，2020，29（Z2）：86-89.

[3] 何金凤.PM2.5多功能检测仪的设计与开发[J].工业技术与职业教育，2019，17（3）：10-13，19.

[4] 朱泽安，陈志航.基于Arduino的多场景PM2.5检测仪[J].电子技术与软件工程，2015（3）：154.

[5] 郭亚勤，杨静，王艳花.基于OceanConnect室内空气质量检测系统[J].电子设计工程，2020，28（5）：56-60.

[6] 杨菲.室内空气质量检测与报警系统的设计与实现[J].电子制作，2020（S1）：29-30，28.

[7] 王斌，付晓豹，王清珍，等.一种便携式室内空气质量监测仪设计[J].工业控制计算机，2020，33（2）：53-54.

[8] 郑婷婷.基于ARM的室内空气质量检测系统研究[J].中国农村教育，2020（5）：113-114..

[9] 王琳辉.基于单片机的气体质量检测系统的设计[J].科技风，2019（36）：10.

[10] 原忠虎，李沐，杜英魁，等.云误差修正与复合滤波的空气质量监测系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2019，19（12）：76-80.

[11] 王明伟，李铭，杨荣.基于Zynq7000的空气质量采集与显示实验设计[J].实验技术与管理，2019，36（11）：45-49.

[12] 邓然，朱英坤，林德洋.基于单片机的空气质量检测系统设计[J].科学技术创新，2019（33）：144-145.

[13] 陈一洲，林麒光，夏京，等.基于无人机的城市空气质量移动式监测系统[J].电子测量与仪器学报，2019，33（10）：1-6.

[14] 宋志强，方武.多无人机协同空气质量监测系统总体设计[J].电脑知识与技术，2019，15（26）：92-93，100.

[15] 胡仲怡.室内空气质量控制中关键检测技术[J].环境与发展，2019，31（8）：164，166.

[16] 王延文，何赫，趙志杰，等.基于多传感器的空气质量监测系统设计[J].电子器件，2019，42（4）：1012-1017.

[17] 程远航，许雪姝，杜英魁，等.基于Wi-Fi的空气质量监测无线传感器系统设计[J].传感器与微系统，2019，38（7）：99-101.

[18] 刘迪.智能家居室内空气质量监测系统的研究与实现[D].淮南：安徽理工大学，2019.

收稿日期：2021-09-24

作者简介：陈新喜（1969—），男，湖南祁阳人，副教授，主要研究方向为电子信息技术、嵌入式技术应用等。