互联网+空气质量检测仪设计

曹志旭　李红　金石　刘春雨

【摘 要】本文主要研究设计与互联网通信的“空气质量检测仪”系统，此系统旨在实现甲醛、一氧化碳等有毒气体的预警监测，更够方便快捷的检测空气质量，为人们提供更多的便利。空气质量检测仪体积小，功耗低，操作简单，适合应用于单个家庭和社区的医疗健康保健，可以实时监测室内或室外的空气质量。

【关键词】空气质量；检测；单片机；传感器

中图分类号： TH83 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）04-0025-001

Internet + air quality detector design

CAO Zhi-xu LI Hong JIN Shi LIU Chun-yu

（Jilin University of Architecture，Changchun 130022，China）

【Abstract】This paper mainly studies the "air quality tester" system designed and communicated by Internet. This system aims to realize the early warning and monitoring of toxic gases such as formaldehyde and carbon monoxide， and more convenient and quick detection of air quality， providing more convenience for people . Air quality detector is small， low power consumption， simple operation， suitable for medical and health care in a single home and community， real-time monitoring of indoor or outdoor air quality.

【Key words】Air quality；Detection；Microcontroller；Sensor

1 研究背景

在互联网飞速发展的今天，网络预报天气及空气质量已经普及到每个智能终端。但是，室内空气质量的检测及预报系统还不多见。本课题研究一套系统，可以检测室内空气质量的同时，可以通过互联网同步天气预报，并把室内控制质量参数上传数据库。

2 硬件系统设计

2.1 系统框图

互联网+室内空气质量检测与预报系统主要由单片机，WIFI模块，温湿度传感器模组，甲醛传感器模组，PM2.5传感器模组，TVOC气体传感器、CO、CO2模组、显示模块、网络服务器等组成，低功耗单片机模块作为主控制芯片，对所采集的数据进行分析处理，并送入执行模块进行相应响应。各类传感器模块可实现对多种有毒及易燃气体甲醛、TVOC、CO及粉尘浓度进行检测。通过WIFI模块将预警系统所采集的数据进行无线传输，送至路由器与网络服务器进行分析和记录。显示模块的功能是当检测浓度高于标准时采用多种方式进行报警，包括视觉、听觉、触觉报警。其结构如图1所示。

2.2 各单元模块的选择与设计

（1）单片机

选择ST公司的32位单片机STM32F103RB作为系统的控制核心。由于其低廉的价格、简单的使用方式和很强的控制、运算性能，被广泛运用于商业设备研制。

（2）WIFI模块

WIFI模块负责系统与互联网的无线通信，WIFI模块通过室内路由器实现室内空气质量检测与预报系统与互联网的无线通信。我们选择ESP8266串口转WIFI模块。

（3）温湿度传感器模组

温湿度传感器模组负责室内温湿度的数据采集。使用瑞士sensirion公司的数字传感器SHT20。当SDA与SCL同时处在高电平时总线处于空闲状态，上拉电阻将电平拉高，总线的SCL与SDA处于释放状态。只有在SCL为低电平的状态下，SDA才能改变其状态。

（4）传感器模组

甲醛传感器模组负责室内空气甲醛浓度的检测。我们使用英国DART公司的甲醛传感器。PM2.5传感器模组负责室内雾霾指数的数据采集。光散射法是低成本检测PM2.5常用方案，由于激光法比红外光法更精准，因此选择ZH03激光PM2.5粉尘传感器。TVOC气体传感器、CO、CO2模组采集多个参数。使用英國剑桥CCS MEMS TVOC空气质量气体传感器CCS811。

（5）显示模块

显示模块负责参数的显示与设置。我们选择了TFT液晶屏。TFT是指薄膜晶体管，意即每个（下转第73页）（上接第25页）液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。

3 软件系统设计

系统软件流程为：首先在软件设计中预留各种有害气体标准，在系开始工作时，各种有害气体传感器开始检测数据并进行输出，与设定值进行比较，当设定值高于当前值时，通过显示模块显示当前值并继续检测，当设定值低于当前值时，通过显示模块显示当前值并通过WIFI模块发出警报，继续测量，直到关闭。

4 结语

为达到设计要求，所设计的空气质量检测仪，技术上涉及到了甲醛传感器技术、单片机技术、无线通信技术。通过多方面的研究，我们完成了对元器件的选择，对系统硬件设计和软件流程设计。预计性能可靠，与国外产品相比性价比较高。