【文章內(nèi)容簡介】 總體方案設計 本設計 集甲醛，苯，氨氣以及溫濕度監(jiān)測，顯示與報警于一體，利用 MCU進行數(shù)據(jù)采集保證了前臺數(shù)據(jù)的及時、準確，有利于進行全方位的評價。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 點陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機對話界面。 圖 系統(tǒng)結構框圖 天津工業(yè)大學 2021 年本科生畢業(yè)設計（論文） 4 第二章 室內(nèi)空氣品質 基本介紹 室內(nèi)空氣品質及認識 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)污染物不能及時排除室外，在室內(nèi)存 儲、蓄積，造成室內(nèi)空氣惡化。 人們在人工環(huán)境中所處的時間越來越長，結果引發(fā)了各種與室內(nèi)環(huán)境相關的病癥。 所謂“兇宅 ”、 “鬼屋 ”或 “風水不好 ”的房屋，不少是積累了大量有毒有害物質的緣故 [8]。 在 20 世紀 70 年代末期，認為 IAQ 代表一系列污染物濃度的指標，采用通風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，同時注意到 IAQ 是一個變量，涉及到設計、施工、和運行管理等多專業(yè)、多學科。污染源控制屬于起點控制，而通風換氣控制屬于終點控制，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、醫(yī)學衛(wèi)生、建筑環(huán)境工程、建筑設計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 天津工業(yè)大學 2021 年本科生畢業(yè)設計（論文） 5 來源 舉例 建筑材料 形成石棉、氡、氨等污染物 裝飾材料 產(chǎn)生化學類污染物 人的活動 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 風量、自然清除等而不同。 IAQ 對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)接觸時間長； (3)污染物濃度低，短期內(nèi)反應不明顯 。(4)污染物種類多 。(5)濃度值與健康的關系不明顯 [10]。 室 內(nèi)空氣品質的幾點認識 (1)對“室內(nèi)空氣品質問題”的認識與評價方法、對策措施、解決途徑與以往的“室內(nèi) 污染”完全不同，如果不跳出“室內(nèi)污染”的老框框，難以使室內(nèi)空氣品質問題有新進展。 (2)由于 IAQ 問題是由多因子、多途徑誘發(fā)的，應將 IAQ 看成一個變量，是設計、施工、維護管理和運行狀態(tài)綜合形成的一個結果，如果單純強調(diào)建筑裝修材料污染控制 (起點控制 )或僅依賴通風空調(diào) (終點控制 )是不可能解決 IAQ 問題，只有從設計、施工維護以及運行管理“全過程控制”才可能真正改善室內(nèi)空氣品質。目前迫切需要多學科協(xié)同研究，做一些綜合 性的大課題。 (3)我國己經(jīng)建立了有關 IAQ 方面的標準，應用于新修訂的節(jié)能暖通規(guī)范條文中，但較為籠統(tǒng)，難以解決具體工程問題，建議全國學會應象美國 ASHRAE 學會一樣，單獨建立室內(nèi)空氣品質評估。 室內(nèi)空氣品質的監(jiān)測方法及改善空氣品質的方法 室內(nèi)空氣品質監(jiān)測方法 (1)化學分析方法 主要采用空氣取樣，通過一定的化學反應方法，測定待測的污染物濃度。 (2)傳感器監(jiān)測方法 選擇適當類型的傳感器可直接讀取待測物的濃度。傳感器按原理分為 :電阻型傳感器、電感型傳感器、電容型傳感器、 DNA 生物傳感器、電化 學傳感器。 天津工業(yè)大學 2021 年本科生畢業(yè)設計（論文） 6 改善空氣品質方法 (1)開窗通風換氣 開窗通風可以始終保持室內(nèi)具有良好的空氣品質 ,是改善住宅室內(nèi)空氣品質的關鍵。 Sundell 教授對瑞典 160 幢建筑進行研究 ,發(fā)現(xiàn)新風量越大 ,發(fā)生建筑病綜合癥的風險就越小。即使在較寒冷的冬季 ,也最好能開一些窗戶 ,使室外的新鮮空氣能進入室內(nèi)。 (2)合理使用空調(diào) 包括三方面的內(nèi)容 :一是合理控制室內(nèi)的溫度濕度。室內(nèi)外的溫差不宜太大 ,夏季一般溫差維持在 6~7℃比較合適 ,有利于人體進行自我調(diào)節(jié) 。冬天 ,空氣較干燥 ,最好能配備加濕設備 ,使空氣保持濕潤。二是現(xiàn)在住宅多 使用分體式空調(diào) ,空氣基本上在室內(nèi)循環(huán) ,因此 , 最好能適當開一點窗引進些新鮮空氣。三是對過濾器要經(jīng)常進行清洗 ,既可保證盤管的風量 ,又能及時清除過濾器上的臟物。 (3)選用一些室內(nèi)空氣處理設備配合空調(diào)一起使用如去濕機、加濕機、過濾器、負離子發(fā)生器等。去濕機、加濕機能保持室內(nèi)適當?shù)臐穸??；钚蕴几咝н^濾器 ,能有效過濾室內(nèi)的 CO CO、 VOC、顆粒物等污染物 ,保持室內(nèi)具有較好的空氣品質。負離子對人體的健康有益。 (4)辯證地看待現(xiàn)有空調(diào)器的一些附加功能所謂空調(diào)器的附加功能 ,如負離子發(fā)生器、冷觸媒、高效過濾等功能 ,對 改善室內(nèi)空氣品質有一定的作用 ,但所起的作用很有限 ,不能完全依賴。更何況某些附加功能隨著時間的推移 ,效果會越來越差 ,有的甚至不起作用 ,因此 ,開窗通風換氣還是改善室內(nèi)空氣品的重要手段。 (5)合理選擇裝修材料及裝修方式 盡量選擇釋放 VOC 較少的裝修材料、膠水、涂料、油漆等 ,并在裝修好后 ,開窗換氣 , 等室內(nèi) VOC 降低至較低程度后再入住。提倡接近自然的裝修方式 ,盡量少用各種化學及人工材料，盡量不要過度裝修。購置新家具后也應開窗換氣 ,向外散發(fā)家具中釋放的 VOC 等。除此之外，居住者應在排氣、通風、種植植物、不在室內(nèi)抽煙 、不使用噴霧劑和殺蟲劑 ,以及經(jīng)常清潔地毯、環(huán)境等方面，注意保護和造就良好的室內(nèi)空氣品質 [11]。 室內(nèi)空氣品質測試指標的選定 室內(nèi)污染物種類繁多，不可能逐一 測量，研究的思路是用一個典型的污染物來 代表一類污染物，這種污染物稱為評價指標。此外，室內(nèi)空氣品質是一個綜合性的指標，要考慮多方面的因子，借鑒目前國內(nèi)外常用的 IAQ 監(jiān)測指標，本課題的監(jiān)測指標訂為溫度，濕度，甲醛，苯，氨氣五個參量。各指標標準見表 ： 表 室內(nèi)空氣監(jiān)測指標限度 天津工業(yè)大學 2021 年本科生畢業(yè)設計（論文） 7 檢測指標 單位 濃度 備注 溫度 ℃ 18～ 28 平均 相對濕度 100% 30%～ 70% 甲醛（ HCHO） Mg/m3 苯（ C6H6） Mg/m3 氨氣（ NH3） Mg/m3 甲醛，苯和氨氣是室內(nèi)空氣中常見的三種毒氣： (1)甲醛 (HCHO)是一種無色易溶的刺激性氣體，沸點 190C，易揮發(fā)，所以在室內(nèi)空 氣品質研究中，將其歸為 VOC，即揮發(fā)性有機化合 (Volatile Organic ompounds)。甲醛具有強烈刺激性氣味，其毒性主要表現(xiàn)在神經(jīng)系統(tǒng)及呼吸系統(tǒng)癥狀。當室內(nèi)甲醛含量為 mg/m3 時就有異味和不適感， 起流淚， 。濃度再高可引起惡心、嘔吐、咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫 。當空氣中達到 30 mg/m3 時可當即導致死亡。 甲醛是室內(nèi)揮發(fā)性有機物中最主要污染源，其廣泛存在于室內(nèi) 裝修材料如壁紙、地板、油漆、膠水等。我國于 1996 年頒布了《居室空氣中甲醛的衛(wèi)生標準》，明確規(guī)定居室空氣中甲醛的最高允許濃度為 (2)苯 (C6H6)是一種無色具有特殊芳香氣味的液體，沸點為 80176。 C。目前室內(nèi)裝飾中多用甲苯、二甲苯代替純苯作各種膠、油漆、涂料和防水材料的溶劑或稀釋劑。苯具有易揮發(fā)、易燃、蒸氣有爆炸性的特點。人在短時間內(nèi)吸入高濃度甲苯、二甲苯時，可出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)麻醉作用，輕者有頭暈、頭痛、惡心、意識模糊，嚴重者可致昏迷以致呼吸衰竭而死亡。 苯及其同系衍生物主要來 自各種建筑材料，油漆、膠和防水涂料。目前我國對苯及苯系衍生物的室內(nèi)空氣濃度尚沒有標準，一般認為苯含量低于 1ppm，甲苯含量低于 ，二甲苯含量低于 ，乙苯含量低于 2ppm 即可認為其對人體無害 ,即 。 (3)氨 (NH3)是一種無色而具有強烈刺激性臭味的氣體，比空氣輕 (比重 )，當濃度高于 。氨是一種堿性物質，它對接觸的皮膚組織有腐蝕和刺激作用。 室內(nèi)空氣中的氨主要來自建筑施工中使用的混凝土添加劑，這些含大量氨類物質的添加劑在墻體中隨著溫度 等環(huán)境因素的變化而還原成氨氣，從墻體中緩慢釋放出來。另外，氨也可來自室內(nèi)裝飾材料。 目前主要使用國家衛(wèi)生部門 1995 年制定的公共場所衛(wèi)生標準中的《理發(fā)店、美容店衛(wèi)生標準》，因為理發(fā)店操作中經(jīng)常使用氨水，所以國家規(guī)定每立方米空氣中氨氣不得超過 毫克 [12]。 天津工業(yè)大學 2021 年本科生畢業(yè)設計（論文） 8 第三章 室內(nèi)空氣品質監(jiān)測儀的硬件設計 室內(nèi)空氣品質監(jiān)測儀系統(tǒng)簡介 基于 AT89S52 的室內(nèi)便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀是以室內(nèi)空氣中有毒有害氣體的 監(jiān)測監(jiān)控為背景，能夠實現(xiàn)對室內(nèi)溫度，濕度，甲醛，苯和氨的實時采集處理、顯示、報警等功能。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 點陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機對話界面。同時設計了聲光報警系統(tǒng)，實現(xiàn)在參數(shù)超標時及時的報警。室內(nèi)智能空氣品質監(jiān)測儀體積小，功耗低，操作簡單，適合應用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠實時知道室內(nèi)空氣的質量。 系統(tǒng)硬件結構及原理 本文研究的室內(nèi)便攜式智能空氣品質監(jiān)測儀是以 ATMEL工公司的一款 8位超低功 耗單片機 AT89S52 為控制核心，系統(tǒng)結構如圖 所示。室內(nèi)空氣中有害氣體甲醛、苯、氨分別通過傳感器組中的傳感器 傳感器 傳感器 3 輸出一個與甲醛、苯 、氨濃度相對應的電流信號 ,該信號經(jīng)過放大濾波后通過多路轉換器分時間段進行采樣保持 ,最后經(jīng)過 A/D 轉換電路按一定得采樣頻率將模擬信號轉換為數(shù)字信號送入單片機進行數(shù)據(jù)采集以便進行顯示處理，溫濕傳感器直接與單片機相連。單片機對采樣值進行數(shù)字處理后驅動液晶顯示器分別顯示出被測室內(nèi)空氣中的甲醛、苯、氨的濃度值及溫濕度。若被測室內(nèi)空氣中甲醛、苯、氨的濃度某種有超過國家標準或設定的危險值時報警電路對應的發(fā)出聲光報警信號。 圖 系統(tǒng)結構 圖 天津工業(yè)大學 2021 年本科生畢業(yè)設計（論文） 9 AT89S52 單片機簡介 隨著計算機技術的發(fā)展，單片機因 具有集成度高、體積小、速度快、價格低等特點 而在許多領域如過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡技術等方面得到廣泛應用，從而使這些領域的技術水平、自動化程度大大提高。根據(jù)上述幾方面及本課題的實際情況，單片機型號的選擇主要從以下兩點考慮 : 一是要有較強的抗干擾能力。由于一般室內(nèi)電子電器產(chǎn)品比較多，這對單片機的干擾較大，所以應采用抗干擾性能較好的單片機機型。 二是要有較高的性價比。由于 MCS51 系列在我國使用最廣且該系列的資料和能夠 兼容的外圍芯片也比較多，特別是 ATMEL 公司 2021 年推出 的新一代 89S系列單片機，故本文采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89S52 單片機作為本系統(tǒng)控制單元的核心部件。 AT89S52 單片機是 AT89S 系列單片機中的一種，圖 是一般常用的雙列直插式，它是在現(xiàn)己廣泛應用于工業(yè)控制等各領域的 AT89C52 系列單片機的換代產(chǎn)品。因此它具有 89C52 的全部功能： AT89S52 新增加的功能由特殊功能寄存器完成。 圖 AT89S52 芯片 AT89S52 單片機有以下特點：兼容 MCS51 微控制器； 8K 字節(jié) FLASH 存貯器支持 在系統(tǒng)編程 ISP1000 次擦寫周期； 256 字節(jié)片內(nèi) RAM；工作電壓 ；全靜態(tài)時鐘 0Hz 到 33MHz；三級程序加密； 32 個可編程 I/O 口； 3 個 16 位定時 /計數(shù)器； 8 個中斷源；完全的雙工 UART 串行口；低功耗支持 Idle 和 Powerdown模式； Powerdown 模式支持中斷喚醒；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針 ；上電復位標志 此外， AT89S52 和 AT89C 系列單片機 相比新增加了許多功能，這將使單片機天津工業(yè)大學 2021 年本科生畢業(yè)設計（論文） 10 在工作過程中具備 更高的穩(wěn)定性和電磁抗干擾性。首先， AT89S52 支持 ISP 在線編程，這使生產(chǎn)及維 護更為方便。其次， AT89S52 內(nèi)部增加了