基于云存儲的室內甲醛監測儀的研究

摘 要：本系統是基于STC15為核心的單片機，通過MQ138采集數據，經由AD轉換成數值，如果該值超過國家標準（0.08mg/m3），則SIM300會向用戶指定的手機發送短信，蜂鳴器還會進行報警，與此同時該數據還會經過W5100傳送至云端，供客戶查詢使用。

關鍵詞：STC15；MQ138；SIM300；W5100

引言

甲醛是一種危害性極大，對人體極為不利的一種有機溶劑。它的來源比較復雜，主要來自于建筑版材，新裝修的房子里一般甲醛都會超標。經常吸入少量甲醛，會有頭痛、乏力、失眠及植物神經紊亂等癥狀。能引起慢性中毒，甲醛已成為室內空氣的主要污染物，被世衛組織確定為致癌和致畸形物質。在所有接觸者中，兒童和孕婦對甲醛尤為敏感。調查數據表明，在城市兒童白血病患者中，90%的家庭一年內進行過室內裝修。因此了解室內生活中甲醛含量以及如何預防具有重大意義。

1 系統的總體設計

該系統以STC15單片機為核心，利用MQ-138傳感器采集環境中的甲醛含量，經過ADC0809轉換器對采集的數據進行轉換，然后在顯示器LCD12864上面顯示，如果采集的值超過我們指定的標準，一方面通過SIM300給手機發送短信，另一方面還會通過報警器實行報警，最后將采集的所有有效數據通過W5100網絡模塊傳送到云端，加以保存，以便我們隨時可以查閱以前的數據信息。系統原理的結構圖1所示。

2 硬件設計

（1）W5100是多功能的網絡接口芯片，內部集成了10/100Mbps 以太網控制器，主要應用于高集成、高性能、高穩定和低成本的嵌入式系統中。W5100與IEEE802.3 10BASE-T和802.3u 100BASE-TX兼容。W5100內部集成了全硬件的、且經過多年市場驗證的 TCP/IP協議棧、以太網介質傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。W5100內部還集成有16KB存儲器用于數據傳輸。使用W5100不需要考慮以太網的控制，只需要進行簡單的端口編程。如下實例：

（2）MQ-138是半導體氣敏原件，它的檢測濃度范圍是5-500ppm，基本測試回路如圖2所示。

3 軟件設計

該系統開機后由一個系統初始化，當一切都具備之后，Mq138開始采集數據，ADC轉換器轉換后，一方面直接經過路由器傳到云端，是利用跨平臺的java語言寫的web網頁前端，mysql語句操作后臺數據庫，當軟件接收到W5100通過網絡發送過來的數據包后，進行解壓分組，用數據庫語句處理分組后的數據，判斷是否合理，如果合理則存入數據庫中，否則丟棄。我們還進一步對數據進行了處理，將采集到的數據進行處理畫出對應的折線圖，以便客戶更好地了解室內環境各物質濃度的變化情況，另一方面判斷采集的數據是否超過了國家標準，如果超過，則初始化SIM300，發短信給對應的用戶，蜂鳴器開啟進行報警。最后將采集的數據在本地保留一份，繼續循環，該系統具體原理圖如圖3所示。

4 甲醛含量的計算方式

濃度單位ppm與mg/m3的換算：

質量濃度mg/m3=M氣體分子量/22.4*ppm數*[273/（273+T氣體溫度）]*（Ba壓力/101325）

M為氣體分子量，ppm為測定的體積濃度值，T為溫度、Ba為壓力。

甲醛HCHO氣體分子量為30.0260。

硬件采集的數據也會有偶然誤差，效果不是百分之百的準確，為了解決這個問題，我用了數字濾波算法和算術平均值濾波算法，有效地提高了數據的可靠性和真實性。我們對此進行了簡單測試，總共獲取了十六組數據，每組連續采集5個樣本，存在數組中，數組的長度為5，然后去除其中的最大值和最小值而取剩余的3個A/D 轉換值的平均值，具體數據如表1所示。

實驗證明，在沒有濾波前，系統穩定狀態下會產生偶然誤差，傳感器讀數波動較大；采用濾波后，傳感器讀數波動明顯減小，特別是變化緩慢的環境下，讀數基本保持穩定，自動控制系統沒有誤動作。

5 結束語

通過實驗驗證表明基于云存儲的甲醛監測儀能夠實時監測環境中甲醛的含量，在檢測范圍和基本誤差都在可以達標，并且該監測儀不僅保留實時數據，還會傳到網絡的云端存儲，便于用戶或監測部門了解室內甲醛的變化情況，這是不同于傳統的甲醛的檢測儀的。當甲醛含量超過標準值時會通過聲光報警，同時發短信到指定的手機通知用戶，便于用戶及時掌握室內環境情況。

參考文獻

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