室内居住环境监测联动控制系统设计与实现

徐锦全

广东呈斯意特建筑设计有限公司，广东 惠州 516001

我国相关部门做过大量的研究与统计，结果都显示新建筑物体室内经过装修后，有害物质严重超标，比如甲醛、三氯乙烯、氡、氨等有害气体。因此，室内居住环境成为社会各界热议的一个话题。在当前形势下，随着人们生活水平的不断提高，居住环境也越来越受到重视。

1 室内居住环境有害气体

1.1 室内居住环境有害气体的来源

（1）装修材料。建筑市场中新材料的品种越来越多，但材料的质量良莠不齐，导致室内环境污染问题越来越严重。比如，室内装修材料中挥发有害气体的材料主要包括粉刷涂料、木材木板、吊顶材料等，这些材料中含有大量的甲醛、三氯乙烯、氡等有害气体，特别是对于一些质量不合格的建筑材料来说，将对人体健康产生巨大危害，严重时甚至引发各类疾病。

（2）家居电器。现代室内家居电器品种越来越多，但部分家居电器的甲醛物质严重超标，其所挥发出来的有机气体通过人体呼吸系统进入人体，带来严重威胁。另外，部分家居电器虽然在不工作状态下不会产生有害气体，但在工作时，随着电器内部零部件温度的不断上升，将挥发有机气体，严重影响业主的身体健康。

（3）生活日用品。在人们的日常生活中，所使用的大量的生活日用品是经过工业流程生产的，比如各类洗涤用品，其中包含大量对人体有害的物质；同时，这些日用品的包装材料同样含有大量的有害物质，长期使用势必会影响人们的身体健康。

1.2 室内居住环境有害气体的危害

（1）甲醛。甲醛是室内装修材料中最常见的一种污染物，会对人的眼睛、鼻子等器官产生一定的刺激性作用，如果长期处于含有甲醛的环境中，会使人的大脑受到损伤，导致记忆力下降，甚至引发癌症。

（2）苯类物质。苯类物质在装修材料和包装材料中最为常见，其虽然属于中低类型的有害物质，但具有较强的挥发性。苯中毒轻则刺激人的皮肤和眼睛，重则会使人患上支气管炎、过敏性皮炎以及血小板下降等疾病。

（3）三氯乙烯。三聚乙烯主要存在于生活日用品中，特别是一些干洗剂，如果长期使用，容易增加癌症风险。

（4）氡。氡同样也是室内居住环境中一种具有挥发性的有害气体，而且其本身具有极强的放射性，会致使人的肺部产生病变，进而引发癌症。

2 室内居住环境监测现状

室内居住环境监测属于智能家居中的一个子类目，即以人们的日常生产生活区域为基础，融合各类科学技术将相关设备相融合，以此达到对区域内环境进行监测的根本目的。室内环境监测经历了多个阶段，如人工监测、STC89C52单片机环境检测系统以及现在的嵌入式环境监测系统，文章主要以单片机环境检测系统为研究对象。

早期的人工监测存在效率低下、环境局限等问题而逐渐被淘汰。随着计算机技术的不断发展，STC89C52单片机监测系统应运而生，其弥补了人工监测的缺点，具有集成度高、实时性好、资源利用率高等特点，还可以提高监测效率。

虽然，国内的STC89C52单片机监测系统起步较晚，但得到了快速发展，经过相关学者和专家的共同努力，该监测系统逐渐成熟，由功能化向智能化和数字化的方向发展。该监测系统不仅可以有效完成对室内环境的监测，还可以结合其所获得的数据信息实现对室内的新风机、空调以及壁暖设备的实时控制，从而形成一个“监测-控制-执行”的闭环结构。

3 联动控制系统设计

3.1 整体设计原理及思路

该设计主要借助单片机工作原理，利用传感器的特点，实现联动控制系统设计，通过单片机采集传感器上信息数据的变化情况，显示在液晶屏幕上，超过预警界限时，发出声光报警，提示业主做出相应的处理。

3.2 设计方案比选

（1）方案一。将STC89C52单片机作为联动控制系统的控制核心，使用温湿度传感器采集室内的温度、湿度和有害气体数据，并使用烟雾传感器监测室内有害气体，将这些数据信息传递到单片机中，经过单片机的分析，显示在LCD12864显示屏上。

（2）方案二。将ARM7处理器作为联动控制系统的核心，使用温湿度传感器采集室内的温度和湿度数据，经过AD转换器，通过TFT彩屏显示，并设置气体检测传感器实时检测室内的有害气体，使用矩阵键盘输入信号，方便业主实时检测。

（3）方案比选。方案一的联动控制系统设计比较简单，在对室内温度和湿度要求较低的情况下，基本可以满足相关要求，不仅可以帮助业主实现实时监测，且调试过程简单明了，能节约不必要的监测成本。方案二的联动控制系统需要使用ARM处理器监测室内环境变化情况，主要适用于对温度和湿度要求较高的室内监测中，特别是工业领域尤为适用，如果使用到普通住宅室内环境监测中，不但成本昂贵，而且调试复杂。由此可见，方案一具有良好的性价比和推广性，经过综合考虑选择方案一的STC89C52单片机。

3.3 联动控制系统工作主循环模式

单片机通电，系统开始初始化，待系统初始化完毕后，系统进入主循环模式。

（1）检测键盘，检测内容包括判断是否有键按下，如果有键按下，判断按键状态是否正常。

（2）合理设置温度上下限函数，设置完毕后，返回至主循环模式。

（3）观察和读取时间。室内的温度、湿度和有害气体数据在经过单片机处理后，暂时存放于时间缓冲区域，再读取传感器上温湿度的数据信息，将其转化为具体的温度。

（4）判断温度、湿度和有害气体是否超过设置的上下限。如果超过，联动控制系统会自动报警，随之上限指示灯开始闪烁；若是低于下限温度，下限指示灯就会闪烁，联动控制系统同样会发出报警；如果监测结果在正常范围内，联动控制系统指示灯会显示正常状态。

3.4 联动控制系统的实现

联动控制系统的实现主要是通过室内的现场联动和集中联动，其在对室内居住环境进行监测的过程中离不开与分散联动控制系统、纵向联动控制系统以及横向联动控制系统之间的配合。

（1）分散联动控制系统。分散联动控制系统常用于面积较大的室内环境和场所。为了方便用户对该系统的使用，技术人员通常将分散联动控制系统安装于控制盒中，通过控制盒将室内环境监测数据信息传输给用户，用户仅需手动操作即可明确有害物质的含量。

（2）纵向联动控制系统。通常情况下，纵向联动控制系统常用于标准建筑楼层和高层建筑立面中，但其需要以分散联动控制系统为基础才能实现对室内居住环境有害物质的监测。

（3）横向联动控制系统。此系统具有自动化特点，因此在建筑物的每一层中都会安装。该系统可以根据室内不同有害气体发出多类型的报警信号，再将报警信号集中发送至整个联动控制系统中，常用于写字楼和宾馆中。

4 联动控制系统的应用范围和效果

联动控制系统现已广泛应用于高端住宅、写字楼、大型商务酒店等的室内环境监测中。在室内环境监测中应用联动控制系统，可以实现对室内温度、湿度和有害物质的实时监测，其主要基于STC89C52单片机，对各类传感器采集的数据信息进行深入分析，根据监测结果实现对室内已经安装的空调、地暖、空气净化机、中央新风和除湿主机、加湿器等设施设备中有害物质的监测。

5 结束语

综上所述，文章对联动控制系统设计与实现的相关问题进行了详细分析，并基于CP/IP通信协议，实现了对室内建筑环境监测、设施设备数据信息的分析与计算，不仅有效地改善了室内居住环境，还提高了空调、地暖、空气净化机、中央新风和除湿主机、加湿器等设备的运行效率。