室内有害气体监测系统设计研究

莫洪

摘 要：目前人们除了关心室外大气污染以外，也开始将关注点放在了室内空气污染方面，为了实时监测出室内空气的有害气体，笔者提出了一种室内有害气体的监测系统设计思路，可以对室内有害气体参数进行实时观测。该系统集成了有害气体的检测传感器，同时设置了集成电路，其在运行中可以对有害气体如甲烷、一氧化碳、甲醛等浓度进行检测，当有害气体浓度达到一定的限定值后，监测系统将发出警报，提醒人们及时对此做出处理。笔者在文中对该系统架构设计及功能实现简要论述，并对其应用进行相关探讨。

关键词：有害气体；监测系统；设计；研究

中图分类号：TP391 文献标识码：A

0.引言

目前市面上有许多种类的室内有害气体监测系统，但是大多数仪器都存在操作较为复杂，成本较高等缺点，导致了该系统难以普及到家庭之中，仅有部分专业机构才会安装该系统。然而目前许多家庭在买房后对房间进行装修，却难以对装修材料散发出的有害气体引起注意，长此以往很容易患上慢性疾病，因此安装室内有害气体监测系统是十分必要的。笔者对此提出一种适合家庭的经济、便捷的有害气体监测设备，其采用传感器作为核心，具有较高的性价比，能够在日常生活中保护用户人身健康。

1.研究背景分析

随着人们生活水平的提高，加之房产“热潮”愈演愈烈，许多家庭开始疯狂购房，并对其进行装修，然而市面上的装修材料质量良莠不齐，很容易在室内散发出有害气体。据统计，每年因为室内空气污染而死亡的人数已达到11.1万人，可谓是一个非常庞大的群体。一般来说，室内有害气体的来源包括两方面：一是现代化社会需求大，工业发展十分迅速，各类石油、化工、消防、火电厂、医药等厂房向大气排放各种有害气体，这些气体严重影响了厂房工人和附近居民的身体健康，对此，工厂一定要改变原来的排污方式，保证居民的居住环境绿色、健康；二是现代化社会的物质水平提高，人们对室内的装修要求提高，然而各种新式的装修材料中正隐藏着大量的有毒气体。基于以上的原因，目前社会中部分家庭空气质量较差，而仅仅依靠自己的感官是无法判断其是否有害，对此多数科研人员进行了研究，设计出了一套室内有害气体监测系统。过去的系统设计具有操作复杂、价格昂贵的特点，导致了该监测系统并未在普通家庭得到普及。因此，笔者对原系统重新进行改良，设计了一套适合普通家庭使用的有害气体检测系统。

2.系统整体架构

2.1 整体架构

（1）整个系统的框架由六大模块组成，每个模块都有自己对应的功能：

控制模块，该模块采用的是ATmega16单片机设备，它可以大大地提高系统代码的运行效率，比一般的控制模块提高约10倍以上的数据吞吐率。

（2）显示电路，其选用了LCD12864显示屏，为中文字库型系统，适用于中国居民使用，电路可以将处理后的结果显示在屏幕上，给用户直观的感受。

（3）电源模块以及报警模块，电源模块采用USB供电，具有方便使用、节约用电的效果；报警模块则采用普通的蜂鸣器和发光二极管，在有害气体浓度超出指标时进行报警，报警模式为发光和声响交替，能够起到提醒用户的作用。

（4）传感模块，其内部安装有感应不同气体浓度的传感器，可以对空气中有害气体的浓度进行感应，传感器再将得到的信息传递给单片机，而单片机会把信息传递给报警器和显示屏幕，让整个系统得以循环运行。

（5）独立键盘模块，该模块设立了3个键来检测有害气体的浓度状况并将其，另外还设有其他的键可重启整个系统，使得系统可以反复地进行。

（6）GSM模块，该模块选用了SIM900A芯片，其主要功能是在浓度达到限定值后，将已设定好的通知短信发送给用户，以此来通知用户空气中有害气体的浓度达到限定值，并做出相应的处理。

2.2 功能实现

该系统分为6个模块，各个模块相互独立又相互联系。系统启用后，传感器开始工作将收集到的信息传递给单片机，单片机将信息处理了以后再将信息显示在显示屏上，如果超标的话，报警器会开始工作，这样就构成了一个完整的系统，该系统的功能得以实现.

3.系统设计

3.1 硬件设计

本系统主要由6个模块组成，分别为：控制芯片、显示、传感器、独立键盘、供电以及GSM等，整个系统的结构如图1所示。系统的控制核心采用了ATmega16单片，并且融合了MQ-7、MQ-138和MQ-2等系统来分别监测一氧化碳、甲醛以及甲烷的浓度，通过浓度来判断该气体目前对人体的危害程度。在浓度判断结束后，系统将会把采集的数据传递给单机片，当数据到达后，单机片会对这些数据进行分析处理，处理后会将结果传到显示屏，如果浓度达到限定值，则报警器就会响，以此来提醒用户室内空气中的有害气体浓度已经超标，有助于人们及时做出处理（开窗通风，暂时离开）。报警器采用普通的有源蜂鸣器设备，指示灯则选用发光二极管，供电模块采用USB接口，GSM模块采用SIM900系统，这些设备相对便捷，方便人们操作，以上的功能模式即组成一个完整的系统。

3.2 软件设计

软件部分的设计主要针对传感器检测到有害气体浓度后对低电平进行的处理环节。在程序初始化的阶段后，用户可以在机器的外部通过表示有何种有害气体的监测按钮，选择自己想要监测的气体，并且系统监测后会在LED屏幕上显示监测后处理过的数据，得到室内有害气体的浓度情况和室内空气等级质量数据。当监测浓度超过初始设定的限定值后，报警器发光闪烁并发出报警声响，同时也将发出文字报警短信。在处理室内空气的有害气体后，按下复原键就可以将该装置恢复到初始状态，使得系统初始化，根据用户的需要再次进行工作。

4.系统测试与应用

本产品的设计思路与电路原理较为简单，测试时主要是为了检测测试器电路状况和其工作情况。笔者将其安置在一个密闭的盒子内，先将其中通入一定浓度的甲烷，进行测定后复原，再输入比之前量更多的甲烷，以此类推几次试验后，再用同样的方式对其他的有害气体进行相同的实验。通过实验发现，该系统的监测时间较短，复原较快，并且能够快速而且准确地判读空气中有害气体的浓度并做出分析，同时显示在显示屏上，报警系统也可以正常地进行工作。感应器系统如图2所示，其能够实现良好工作，且由于性能较高，成本较低，因此值得推广应用。

结语

本系统对于室内有害气体的监测具有良好的效果，并且操作十分便捷，成本较低，适用于各收入层次的家庭。因为该系统对烟雾比较敏感，因此在烟雾较多的环境中难以进行正确判断，有时可能产生错误的数据，而这也是该系统的不足之处。但从整体来看，笔者通过多次对该系统进行实验，系统各方面都是比较稳定的，可以正常地进行工作，运行的速度也能够达到设计的要求，该设备的电路模块便携性高，有益于对系统进行调试和升级。总而言之，该室内有害气体监测系统，具有实用性强、价格低廉、操作简单、易于普及等多个优点，可以对室内的有害气体浓度做出正确的判断，从而保证了用户的健康生活。

参考文献

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[2]单慧琳，张银胜，李春，等.室内有害气体监测系统设计[J].电子技术与软件工程，2014（22）：151-152.

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