基于arm的室内空气质量检测系统研究

基于ARM的室内空气质量检测系统研究郑婷婷

众所周知，家庭生活中的室内空气质量污染源，包括总挥发性有机物（TVOC）和粉尘，而TOVC中主要是甲醛。在实际生活中，能同时检测TVOC和粉尘的设备主要应用在工业生产中，而且这些设备一般体积比较庞大，质量比较重，价格一般也很贵，根本无法适用于家庭生活中。针对以上的问题，本文设计了一款基于ARM的、用于家庭的空气质量监测仪，并完成了该监护仪的软硬件两方面的设计。该检测仪可以对空气中的粉尘、TOVC、甲醛、温度和湿度进行快速检测，并将结果显示在LCD显示屏上，同时也可以根据用户要求，将检测到的数据通过ZigBee技术,发送到用户手机上，供用户随时查看。

引言

近些年来，随着工业化的迅速发展，人们的生活水平也得到了大大改善。与此同时，工业化的发展，使家用汽车、居家装饰等，一些污染性的设备及材料变得更普及，从而导致目前严重的空气质量污染，人类的身体健康成了一个严峻的问题。因此人们也越来越重视室内空气质量的好坏，本文所设计的空气质量检测系统，可以满足人们平时对室内空气质量的检测。

该系统是基于STM32F030C8T6微处理器进行设计的，在该处理器的基础上，利用气体传感器MS1100，对空气中的TVOC进

行检测，利用光电倍增管实现对粉尘颗粒的检测，利用甲醛传感器ZE08—CH2O，对甲醛进行检测，利用温湿度传感器DH11，实现对空气中温度和湿度的检测。然后将检测到的所有数据通过ADC0808芯片，实现模数转换后，送到STM32F030C8T6微处理器，进行进一步处理分析，分析处理后的数据显示在LCD1602显示屏上，还可以通过远程传输的ZigBee通信技术，将结果发送到用户手机或手持设备上，以方便用户随时查看室内生活环境。本文设计研究的这款空气质量检测仪，具有数据检测精度高、数据量大，检测全面且检测地点不需要专人进行操

作等特点。

一、关键技术的介绍（一）粉尘检测的原理介绍

粉尘检测主要是对生活中的粉尘浓度进行检测，随着工业和生活双重污染的影响，空气中PM2.5的污染情况越来越严重，我们对于空气中PM2.5的检测主要是通过分析空气中粉尘的百分比，从而得到粉尘的污染浓度数值。测定粉尘百分比的关键原理是微电脑激光原理：在昏暗条件下，让一束光通过空气中悬浮的粉尘，此时遇到粉尘的光会发生散射，散射的这部分光，会进入到检测系统中，检测系统对接受到的散射光的光强进

的切身利益。

三、电子商务物流配送发展对策（一）转变物流服务观念

电子商务的发展在一定程度上加大了我国物流企业的市场竞争。因此，我国物流企业要想在激烈的市场竞争中立于不败之地，就需要转变物流服务观念。首先，企业要树立“以客户为中心”的服务理念，不断提高物流配送的快速性和安全性；其次，企业要学会利用微信、QQ等社交软件，提高物流配送服务工作的人性化；最后，企业要注意树立并维护自身的企业形象，从而抢占市场资源，稳定客户群体。

（二）完善相关的法规

我国应该加强对电子商务中配送问题的重视，从而结合当前物流企业发展的实际情况，完善相关的法律，为企业的

日常经营管理提供完善的制度法律支持、的参考约束，完善电子商务活动，实现电子商务市场发展的规范化。同时，不断提高消费者对企业的信任程度，进而拓宽并稳固企业的客户群体。除此之外，我国相关监管部门还应该加强对电子商务企业的监督和管理，对于扰乱电子商务物流市场秩序的行为，要严厉打击。同时，监管部门还需要对物流企业是否落实了相关的法律制度进行监管，保证法律制度的有效性。

（三）积极应用信息化技术

信息化技术是物流配送速度的基本保障，因此，物流配送企业应该积极应用新时期下的信息化技术，提高物流配送的质量和效率。首先，企业要利用信息化技术，建立现代化的物流管理系统，进而利用信息共享，提高物流工作的效益；其次，企业要实

现物流配送的信息化发展，在物流配送的各个环节中，融入信息化技术，为电子商务客户提供更加优质的服务；最后，企业要时刻以维护客户的利益为工作核心，利用信息化技术满足客户的实际需要。

四、结语

总而言之，新时期下，随着我国科学信息技术的发展进步，在很大程度上，也给我国物流配送企业提供了新的发展机遇。因此，我国物流配送企业应该利用信息化技术，完善物流配送系统，不断提高物流配送的质量，从而满足消费者的各种需求，促进我国电子商务企业和物流配送企业的发展。

（通联：江苏省扬州技师学院）

（责任编辑：潘鑫国）

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行检测，而散射光的光强大小与粉尘的质量浓度成正比关系，利用光强大小向质量浓度转换的转换系数K，完成空气中粉尘浓度的检测。

（二）ZigBee技术简介

随着通信技术的发展，目前无线4G网络在全世界已经开始蓬勃发展，并且5G技术也快实现商用了，如果我们使用4G甚至5G网络进行近距离的传送信息，存在很多问题，比如传输过程比较复杂，功率损耗比较高等，而使用新兴的ZigBee通信技术可以克服上面的问题。ZigBee通信技术使用的无线网络通信标准是IEEE802.15.4标准，该标准的通信协议能保证在复杂的环境中准确的传输信息，还能保证在数据传输过程中不受到其他通信协议的干扰，完美的实现了将数据传输到不同的地址。ZigBee的整体框架包括应用层、网络层、数据链路层和物理层，而且每一层都有自己的标准规范。

二、系统硬件电路设计

本系统先利用STM32F030C8T6控制粉尘传感器、甲醛传感器、TVOC传感器和温湿度传感器，对空气中相应的成分进行采集，然后将采集到的数据回传给STM32，经过ARM的处理分析，将数据显示到液晶显示屏LCD1602上，最后及时的通过ZigBee通信技术将数据传送到用户手持显示设备上。

（一）传感器电路设计

本文选用的TVOC气体检测传感器是比较流行的MS1100传感器，该传感器在检测到TVOC气体后,会将其浓度转化为与之相对应的一个模拟电压值，以此实现对TVOC气体的检测。选用的温湿度检测的传感器是DHT11，它是一种包含测湿模块和测温模块的集成传感器，该传感器可以测量0-50℃的温度，可以测量20-90%的湿度。传感器DHT11需要的供电电压为3-5.5V，一般给其通电1s以后，就可以正常稳定工作了，同时我们需要在高电压和地直接加一个0.1uF的电容，实现去耦滤波功能。

本设计选用的甲醛传感器是ZE08-CH2O，该传感器稳定性和选择性非常好，而且是一款体积小，通用性好的传感器模块，该传感器在使用过程中会产生一定温度误差，所以在该传感器电路中,加了一个温度传感器，对甲醛传感器的温度进行一个补

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偿，甲醛传感器可以将甲醛的浓度转化成相对应的模拟电压值。同时，该传感器还可以提供脉冲宽度调制（PWM）波形，通用异步收发传输器、模拟电压信号等，几种不同的输出方式。

（二）供电电路设计

本设计中用到的处理器STM32需要的电源为3.3V，而一般的锂电池供电电压为3.7V，所以本设计选用LDO电源芯片为系统供电，该芯片价格便宜，电流呈静态并且噪声低，抗干扰能力强，它主要应用在低电压电路中。在选择电源芯片前，先对处理器所需的电流进行分析，根据具体所需要的总电流，设计出可应用在本设计中的处理电路中。最终将3.7V的锂电池的电压调节到3.3V，电流调节到所需的总电流大小。

本论文共使用了三种传感器，其中温湿度传感器DHT11，所需的供电电压是3.3V，因为MCU使用的就是3.3V电压，所以温湿度传感器，可以直接应用MCU的供电电压，而甲醛传感器ZE08-CH2O和TVOC气体检测传感器MS1100所需的供电电压是5V，所以本文中，选用型号为FP6291的DC/DC电源芯片将3.7V的电压升压到5V，以此为上述两个传感器提供工作电压。FP6291芯片内设置了温度保护电路，同时也设置了关断保护电路和欠压保护电路，通过电阻将输出的电压由3.7V调节到5V。

（三）LCD液晶显示电路设计本文对测量的粉尘浓度的显示采用了LCD1602液晶显示电路，只要给该显示电路提供5V电压，就能使其正常驱动工作，设计之后的显示，一共可以显示两行英文和字符，但是无法显示汉字。LCD1602通过1.2引脚给其供电；通过3引脚串联一个电位器调节整个显示屏幕的对比度；通过4引脚实现对读指令/写指令的选择；通过5引脚实现对读选择和写选择的选择；接受数据通过引脚7-14实现，这8个数据端口直接连在STM32的P0口，而且P0口必须串联一个上

拉电阻，才能正常使用；通过15引脚串联一个电阻，实现防止屏幕背光灯被烧坏的情况。

三、系统软件程序设计

本系统根据设计要完成的具体功能是，将三个传感器集成在一个系统中，对其整体系统进行工作模块分工，并完成程序设计，按照不同的功能，将整个系统划分为不同的小模块。首先给系统一个初始化指令，使系统进入初始化状态，然后进行各个参数的检测——甲醛传感器将检测到的甲醛浓度，转化为模拟电压后，经过模数转换后输出具体数值；TVOC传感器将检测到的气体浓度转化为模拟电压后，经过模数转换后输出具体的数值；粉尘检测设备对管中间采集到的空气成分的粉尘量进行检测；温湿度传感器检测到的数据，不需要经过任何处理直接输出数据。所有这些检测的数据，最终都通过LCD进行显示，同时利用ZigBee通信设备将上述参数传输给手持设备，供用户查看。

四、总结

本文设计的这款对粉尘、甲醛、TVOC和温湿度同时进行检测的空气质量检测设备，体积较小，可随身携带，并且具有良好的人机交互界面，对于保护人体健康和改善生活质量很有帮助。本设计选用的处理器为STM32F030C8T6控制芯片，它作为整个系统的核心有很重要的作用；选用ZE08-CH2O传感器检测甲醛，选用MS1100传感器检测TVOC气体，选用光电倍增管进行空气中粉尘的检测，选用DH11传感器实现对温湿度的检测，还实现了用ZigBee通信技术传输测量参数，这样用户就可以随时随地的监测远程环境中的空气质量，大大提高了使用的便捷性。由此可见，设计的系统可以对空气中的粉尘、甲醛、TVOC气体以及温湿度这些日常使用中的指标进行检测。

（通联：西安外事学院）（责任编辑：潘鑫国）