【正文】 ...............20 聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì) ..........................................21 液晶顯示電路設(shè)計(jì) ............................................21 復(fù)位電路設(shè)計(jì) ................................................22 電源電路設(shè)計(jì) ................................................23 本章小結(jié) ....................................................23第四章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì) ..........................24 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思路 ............................................24 編程語言的選擇 ...................................................24 軟件功能需求 .....................................................24 軟件模塊設(shè)計(jì) ................................................26 主程序模塊 .......................................................26 AD 轉(zhuǎn)換模塊 ......................................................26 液晶顯示模塊 .....................................................27 聲光報(bào)警模塊 .....................................................28 本章小結(jié) ....................................................28第五章 仿真調(diào)試 .................................................29 PROTEUS 軟件仿真調(diào)試 ........................................29 顯示電路調(diào)試 .....................................................29 鍵盤電路以及氣體測(cè)量電路調(diào)試 .....................................29 溫濕度測(cè)量電路調(diào)試 ...............................................30 聲光報(bào)警電路調(diào)試 .................................................32 實(shí)物調(diào)試 ....................................................33 本章小結(jié). ...................................................36第六章 結(jié)論與展望 ..............................................37 主要結(jié)論 ....................................................37 展望 ........................................................37參考文獻(xiàn) .........................................................38附 錄 ............................................................39附錄一 原理電路圖 ..............................................39附錄二 PCB 板 ..................................................40附錄三 程序清單 ................................................41附錄四 外文翻譯 ................................................50致 謝 ............................................................65緒 論 課題的目的及意義 室內(nèi)空氣品質(zhì)(IAQ) 的重要性隨著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)條件、生活水平的改善和提高，建筑結(jié)構(gòu)的封閉化室內(nèi)辦公人員的增加，Indoor Air Quality（IAQ）室內(nèi)空氣品質(zhì)的研究吸引了越來越多人的關(guān)注。美國(guó)科學(xué)家在 80 年代末的一項(xiàng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)有害污染物濃度比室外高，有的甚至高達(dá) 100 倍。我國(guó)有關(guān)部門在 1994 年的一次調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，城市室內(nèi)空氣的污染程度比室外嚴(yán)重，有的超過室外 56 倍。據(jù)估計(jì)，人的一生平均 90%的時(shí)間在室內(nèi)度過，室內(nèi)作為現(xiàn)代人類最主要的活動(dòng)場(chǎng)所之一，其環(huán)境品質(zhì)與人類健康息息相關(guān)。由此造成的病態(tài)建筑綜合癥（SBS－Sick Building Syndrome）：現(xiàn)代都市病，包括頭痛、惡心 疲乏、失眠、記憶力衰退 皮膚、粘膜有刺激感（眼紅、流淚、咽干） 呼吸紊亂等也越來越突出。IAQ 在健康方面的影響：美國(guó)環(huán)保署(EPA)調(diào)查表明:在美國(guó)，IAQ 問題是有關(guān)全民健康的首要問題之一，受其影響的美國(guó)人口多達(dá) 3000 萬，造成的經(jīng)濟(jì)損失超過了 400 億美元/年，這些數(shù)字令人觸目驚心[1] ；加拿大衛(wèi)生組織調(diào)查表明：68%的疾病與室內(nèi)環(huán)境污染有關(guān)，其中 80%~90%的癌癥與居住環(huán)境和生活習(xí)慣有關(guān)。英國(guó)科學(xué)家漢密爾頓測(cè)驗(yàn)了 220 名英國(guó)人血液中 60 種化學(xué)元素的平均含量，發(fā)現(xiàn)其與地殼中這些元素的含量分布相當(dāng)。湖南省相關(guān)部門對(duì)空氣污染區(qū)及清潔區(qū)910 歲兒童為調(diào)查對(duì)象，研究空氣污染對(duì)兒童免疫力的影響，結(jié)果顯示: 污染區(qū)兒童的免疫能力僅為清潔區(qū)兒童免疫能力的 1/3。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年有 11 萬人因 IAQ不好而導(dǎo)致死亡。 從我國(guó) “室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心”對(duì) IAQ 監(jiān)測(cè)力度越來越大的趨勢(shì)也可以看出，此問題在我國(guó)也是越來越嚴(yán)重。IAQ 在工作效率及社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的影響：美國(guó)“職業(yè)安全及健康管理局”估計(jì)因室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量惡劣而導(dǎo)致每個(gè)員工每天損失 1415 分鐘的工作時(shí)間，不僅損失了生產(chǎn)力，使成本上升，而且也導(dǎo)致醫(yī)療費(fèi)用的增多影響整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)利益。美國(guó)的另一項(xiàng)調(diào)查得知由于 IAQ 惡劣而導(dǎo)致總經(jīng)濟(jì)成本的損失每年高達(dá) 4754 億美元( 沒有包括對(duì)建筑材料及各種器材的損失)。香港環(huán)保署的首份 IAQ 調(diào)查表明香港辦公室和公共場(chǎng)所的 IAQ 不佳，造成醫(yī)療費(fèi)、生產(chǎn)力和機(jī)電費(fèi)的損失每年高達(dá)176 億元[2][3]。鑒于此，人們認(rèn)識(shí)到解決 IAQ 問題的重要性與迫切性，同時(shí) IAQ 問題已經(jīng)成為建筑環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生、智能監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等研究領(lǐng)域所關(guān)心的問題。 課題研究目的及意義 目前由于建筑材料品質(zhì)不一、劣質(zhì)燃料、抽煙、通風(fēng)不良等原因，室內(nèi)的空氣狀況往往不如室外，盡管大量的空調(diào)系統(tǒng)被應(yīng)用到室內(nèi)空間，但往往為了節(jié)能，減少自然通風(fēng)了而利用回風(fēng)，使 IAQ 進(jìn)一步惡化，同時(shí)出現(xiàn)的舒適性空調(diào)僅著眼于熱舒適，忽視了空氣凈化，從而導(dǎo)致了一些負(fù)面作用: SBS(Sick Building Syndrom)建筑物綜合癥、BRI(Building Rolated Illiness)建筑物關(guān)聯(lián)癥和MCS(Multiple Chemical Sensitivity)化學(xué)物資過敏癥等[4]。隨著人們對(duì) IAQ 認(rèn)識(shí)程度的加深，以及健康保健知識(shí)的發(fā)展，人們不僅希望知道是什么污染物在作怪，更希望知道污染的濃度水平如何?這種濃度會(huì)對(duì)健康造成什么短期和長(zhǎng)期危害?對(duì)存在的污染應(yīng)該如何控制治理? 在這種情況下，設(shè)計(jì)開發(fā)一套空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀表是有現(xiàn)實(shí)意義的。目前，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)具儀表已經(jīng)有很多種，雖然此類儀表成本不是很高，監(jiān)測(cè)速度較快，但是絕大數(shù)產(chǎn)品只是用來監(jiān)測(cè)，不具備自動(dòng)控制調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量的能力。實(shí)際上，單純的監(jiān)測(cè)不能提供經(jīng)濟(jì)可行的空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)措施，因此只有以控制作為監(jiān)測(cè)的后備支持，監(jiān)測(cè)工作才可以更深入持久地開展下去，才能達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制的有機(jī)結(jié)合，盡快為人們創(chuàng)造良好的室內(nèi)環(huán)境。因此，本文基于量化監(jiān)測(cè)，提出“室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀”系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣溫度、濕度、有害氣體的預(yù)警監(jiān)測(cè)及自適應(yīng)智能調(diào)節(jié)，利用 MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)，為人類營(yíng)造一個(gè)健康的室內(nèi)生存空間。 國(guó)內(nèi)外的研究狀況氣體傳感器測(cè)定甲醛成為近年來甲醛檢測(cè)研究的新熱點(diǎn)。早在 1983 年，壓電類甲醛傳感器就已問世。這種傳感器可以不需要對(duì)樣品進(jìn)行任何處理就可以測(cè)定，但易受水分子的影響而使晶體震動(dòng)頻率發(fā)生漂移，故基本無實(shí)用性。為適應(yīng)室內(nèi)空氣甲醛現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的要求，目前已開發(fā)出不少甲醛快速測(cè)定儀，這些儀器可直接在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定甲醛濃度，操作方便，適用于室內(nèi)和公共場(chǎng)所空氣中甲醛濃度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，也適用于環(huán)境測(cè)試艙法測(cè)定木質(zhì)板材中的甲醛釋放量。但這些儀器的工作原理、響應(yīng)性能、適應(yīng)范圍等都不同。在測(cè)試甲醛、苯等害氣體方面，國(guó)外比較出名的有:美國(guó) ESC 公司生產(chǎn)的 Z一 300 甲醛檢測(cè)儀、英國(guó) PPM 公司生產(chǎn)的 PPM400 甲醛檢測(cè)儀。國(guó)內(nèi)的有:江蘇安普電子工程有限公司生產(chǎn)的 400 型甲醛分析儀、北京賓達(dá)綠創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的甲醛測(cè)定儀抑一 308 等[5]。這些儀器可實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體的檢測(cè)功能，適用于專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)研究機(jī)構(gòu)。準(zhǔn)確測(cè)定甲醛、苯、氨等有害氣體的設(shè)備昂貴(如英國(guó) PPM 公司生產(chǎn)的PPM400 甲醛儀約兩萬多元)，測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)，每隔一段時(shí)間就需進(jìn)行重新標(biāo)定，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作，很難連續(xù)測(cè)定[6]；目前國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的設(shè)計(jì)差異主要集中在監(jiān)測(cè)傳感器和控制單片機(jī)芯片的選用，操作方面國(guó)外的產(chǎn)品操作界面方便，功能加完備[7]。 本文的主要研究?jī)?nèi)容及總體方案設(shè)計(jì) 本文的主要研究?jī)?nèi)容本課題主要集中在 IAQ 的監(jiān)測(cè)、顯示、報(bào)警三個(gè)方面。本文內(nèi)容安排如下:第一章:室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)課題的提出及意義，介紹國(guó)內(nèi)外的研究狀況及確定總體方案。第二章:監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體方案的選擇 (1)確定監(jiān)測(cè)對(duì)象:選擇有代表性的監(jiān)測(cè)對(duì)象是進(jìn)行下一步研究的關(guān)鍵。(2)布置采樣點(diǎn):根據(jù)選用的傳感器的特點(diǎn)，及待測(cè)指標(biāo)的精度要求布置傳感器。(3)數(shù)據(jù)的顯示及報(bào)警控制系統(tǒng)。第三章與第四章:室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的各個(gè)硬件模塊的設(shè)計(jì)，介紹在室內(nèi)空氣品質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件與軟件組成。第五章:整個(gè)系統(tǒng)的仿真調(diào)試。第六章:總結(jié)本文研究工作以及在研究方面存在的不足，提出了進(jìn)一步研究的展望。 總體方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)集甲醛，苯，氨氣以及溫濕度監(jiān)測(cè)，顯示與報(bào)警于一體，利用 MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用 LCD 點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第二章 室內(nèi)空氣品質(zhì)基本介紹 室內(nèi)空氣品質(zhì)及認(rèn)識(shí) 室內(nèi)空氣研究的背景隨著城市人們生活水平的不斷提高，各類裝飾裝修材料、家具和日用化妝品大量進(jìn)入室內(nèi)，使室內(nèi)污染物的來源和種類日益增多，造成室內(nèi)空氣污染程度在室外空氣污染的基礎(chǔ)上更加重了一層。為了節(jié)約能源現(xiàn)代建筑物的密閉性增加，新風(fēng)量不足，加上建筑的密閉性越來越好，使用的人工合成材料越來越多，使得室內(nèi)污染物不能及時(shí)排除室外，在室內(nèi)存儲(chǔ)、蓄積，造成室內(nèi)空氣惡化。人們?cè)谌斯きh(huán)境中所處的時(shí)間越來越長(zhǎng)，結(jié)果引發(fā)了各種與室內(nèi)環(huán)境相關(guān)的病癥。所謂“兇宅”、 “鬼屋 ”或“ 風(fēng)水不好 ”的房屋，不少是積累了大量有毒有害物質(zhì)的緣故[8]。 在 20 世紀(jì) 70 年代末期，認(rèn)為 IAQ 代表一系列污染物濃度的指標(biāo)，采用通風(fēng)換氣等手段稀釋污染物濃度，使危害降低。近幾年研究表明， IAQ 還包含其它因素，如空氣溫度、濕度、及氣流速度等，同時(shí)注意到 IAQ 是一個(gè)變量，涉及到設(shè)計(jì)、施工、和運(yùn)行管理等多專業(yè)、多學(xué)科。污染源控制屬于起點(diǎn)控制，而通風(fēng)換氣控制屬于終點(diǎn)控制，每種單一的控制都不能解決目前的 IAQ 問題，因此 IAQ 成為現(xiàn)代建筑科學(xué)、醫(yī)學(xué)衛(wèi)生、建筑環(huán)境工程、建筑設(shè)計(jì)等諸方面的研究課題[9]。 室內(nèi)污染物種類及來源分析室內(nèi)的污染源大致有五類如表 所示:表 室內(nèi)五大污染源種類 舉例顆粒物 可吸入顆粒物化學(xué)污染物 甲醛、苯、甲苯、氨氣、二氧化硫等生物污染物 生物過敏源（貓狗等） 、細(xì)菌和病毒放射性污染 氡氣及其衰變子體、地板等釋放的 γ 射線物理污染 噪音、照明不足或過亮、溫濕度過高或過低所引起的相關(guān)問題 室內(nèi)污染物的來源主要有如表 所示的四種來源：表 室內(nèi)污染物主要來源來源 舉例建筑材料 形成石棉、氡、氨等污染物裝飾材料 產(chǎn)生化學(xué)類污染物人的活動(dòng) 殺蟲劑，清新劑，吸煙，飼養(yǎng)寵物等室外污染物 汽車尾氣，工廠廢氣，煙霧等雖然影響 IAQ 的原因多，但絕大多數(shù)由室內(nèi)環(huán)境自身原因造成的，隨室內(nèi)容積、通風(fēng)量、自然清除等而不同。IAQ 對(duì)健康的影響有以下的特性:(1)影響范圍大，幾乎涉及所有人群；(2) 接觸時(shí)間長(zhǎng)；(3) 污染物濃度