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摘要：
近年来，随着社会的不断发展空气污染愈发地严重，从而引起广大人民的对居住环境的广泛关注。由于当前人们大多数时间都在室内工作，对可引起自身健康问题的空气质量重视水平日益提升，应对室内空气质量监测与污染处理，对空气中污染物进行实时有效的数据监测与分析，亟待设计出方便大众使用的室内空气质量监测设备。室内空气质量（IAQ）是指在某个具体的环境内，某些要素对人们生活、工作的适宜程度。通过不断的监测与处理给人们提供一个舒适且安全的生活和工作环境。文章最作出了监测系统将和5G技术结合的展望，相信在未来技术的支持下，我们的智能室内空气监测系统将会越来越智能化、人性化、便捷化。
关键词： 室内空气质量，传感器，单片机，智能化
1 课题研究的背景
空气质量监测起源很早，但一直缺乏具体的空气质量监测方案，直到美国的一家公司完成了信息化的智能型建筑，才拉开了空气质量监测的序幕。近几年，万物互联技术和硬件设备的快速发展成为空气质量监测设备的一个发展契机[1]。嵌入式技术和计算机技术也应用到了很多领域，在空气质量监测方面的成效尤为突出。通过控制室内的一些电气设备，如空气净化器，加湿器以及风扇等来改善室内的环境质量，使人们的生活更加方便。但是它们没有彻底改善室内空气质量，只是做了一些表象上的改变。因为室内空气污染的成因还有悬浮颗粒物和气态污染源[2]。较大的悬浮颗粒物包括灰尘、棉絮等，可以被鼻子、喉咙过滤掉，至于用肉眼无法看到的细小的悬浮物，比如 PM2.5、PM10、纤维、细菌和病毒等，会随着呼吸进入肺泡，造成免疫系统的负担，危害身体健康。室内空气的气态污染源包括一氧化碳、CO2、甲醛和有机蒸汽等。随着工业化进程的不断加快，基础设施建造、交通能源、化工生产过程中排放的有毒有害气体越来越多，导致环境污染日益加重。而在建筑环境中，甲醛污染日益严重，在室内装修过程中，各种类型的建筑复合材料产生的甲醛污染尤为隐蔽和持久。甲醛( HCHO) 是一种常见的具有刺激性气味的强毒性气体，会在房屋装修、化工生产过程中大量产生[3~4]。目前国家逐渐倡导绿色建筑设计使用理念，建筑甲醛监测与检测变得越来越重要[5~6]。针对这一现状,本文提出设计一款智能室内空气质量监测系统，这类系统不仅可以实监测室内有害气体的浓度是否超标，还能够自动处理并及时通知用户，具有一定的应用价值。
2 国内外现状及技术分析
国外的空气质量监测行业起步较早，一些欧美国家在空气质量监测方面的研究早在 20世纪 80年代就开始了，像美国、德国、英国和日本等国家更是推出了有自主知识产权的设计方案，并通过实践的研究设计来解决空气质量监测中的生活功能问题[7]。经查资料可知，美国和德国的两款检测系统，虽然有诸多优点，但都不具备良好的人机交互界面，无法实时查看室内各气体的浓度。英国 GMI的PS200 四合一气体检测仪和日本理研的 GX-8000 四合一检测仪，虽能同时检测4种气体，但气体的数量还可扩展得更多，而且加入无线传输技术，比如ZIGBEE技术或 WIFI技术，可以实现无线检测。国内的室内空气质量监测系统，大多具有价格昂贵、检测耗时长、信号传输不稳定、检测精度不高、响应不迅速、操作方法复杂等缺点。通过对国内外室内空气质量监测系统的分析，本文设计了一款智能室内空气质量监测系统，在测量过程中，整个系统的监测过程将不需要人为的手动选择量程，开启和关闭监测系统，由微处理器完成数据采集、数据传输、数据处理等。第二，监测系统在测量精度、稳定性以及响应速度方面都有很大改善，同时还增加了数据处理功能。如果用到微处理器还可以结合软件的功能，软件可以完成硬件完不成的功能，还能够增加很多附加功能，使监测系统的功能更加完善，使用起来更加方便[8]。第三，检测仪将朝着小型化和智能化方向发展，结合当下比较流行的万物互联技术[9]。第四，人机交互界面将会更加友好，用户可以实时查看室内的空气质量，并且一旦有气体超标，监测系统会立马报警，提醒用户做出相应的应急措施，来改善室内的空气质量。
传感器技术：建筑物室内甲醛用 ZnO纳米线作为检测甲醛的目标物。该传感器在甲醛气体检测中获得最大灵敏度，同时展现出了优良的稳定性、重现性以及选择性[10]；甲烷用MQ5检测；二氧化碳用MG811检测；可吸入颗粒物等可以用攀腾科技的G5PMS5003或者PM2.5-PM10传感器。中央处理器：规定使用STC单片机，STC单片机是宏晶生产的单时钟周期的单片机,说白了STC单片机是51与AVR的结合体,而STC单片机恰恰结合了51和AVR的优点,虽然功能不及AVR那么强大，但是在AVR能找到的功能,在STC上基本都有,同时STC单片机是51内核，这给以51单片机为基础的工程师们提供了极大的方便,省去了学习AVR的时间,同时也不失AVR的各种功能。STC单片机是一款增强型51单片机,完全兼容MCS-51，还增加了新的功能，比如新增两级中断优先级，多一个外中断,内置EEPROM,硬件看门狗,具有掉电模式,512B内存等。还支持ISP下载,不用编程器,只要一个MAX232和一些廉价的元件就能写程序,可擦写10万次，因此是一款很好用的单片机[11]。报警技术：燃气泄漏主动报警技术。该技术能够在不同的环境条件下实时监控燃气灶是否有燃气泄漏，当出现泄漏时，能够及时关闭阀体并阻止点火，避免燃气遇明火爆炸。同时，通过对传感器和控制方式进行优化，保障了报警器连续工作的稳定性，且提高了系统的抗干扰能力[12]。还有复合式感烟感温火灾探测报警系统是一种新型火灾探测报警系统。该系统控制器与探测器之间的信号传输采取自学习、自调整、自适应通信方式，提高了信号传输速度和传递距离以及系统的稳定可靠性，为国内外首创。系统在烟感、温感信号处理方面，采用了人工神经网络，数学计算模型和模糊逻辑相结合的火灾判断技术，充分提高了系统去掉环境因素干扰，正确区别真、伪火灾信号的能力。不仅适用于烟、温复合探测器，而且能够提高单一感烟和单一感温探测器的性能[13]。处理和人机交互方面通过万物互联的技术，将各种空气净化器等电器与系统相连接处理并将各超标气体记录生成报告传输到电脑，并通过打印机打印。
3 结论
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