共享式社區服務甲醛檢測系統設計

盧春池，陳向東

（西南交通大學信息科學與技術學院，四川成都611756）

隨著人們生活水平的不斷提高，房間裝修中對裝修材料的廣泛使用，使得室內空氣中的甲醛污染問題越來越嚴重[1]。及時發現甲醛濃度超標，可以避免甲醛對自身造成的傷害。目前家居環境中檢測甲醛有以下3個方法：購買甲醛檢測儀器設備，設備價格不一，但普遍較高；請專業的檢測公司，由于檢測過程的復雜性，一是檢測時間長，二是檢測成本高；使用甲醛檢測試紙，精度低、誤差大，不能準確檢測室內的甲醛濃度[2]。

近年來，移動互聯網得到了長足發展，涌現了一些通過手機App檢測甲醛的技術方案。“狗鼻子”甲醛檢測儀通過將檢測儀插入到手機的音頻插口，甲醛數據經插口的信號編解碼后顯示在手機App上，該設備小巧輕便，App提供數據存儲、污染等級等功能[3]；“愛可知”智能甲醛檢測儀通過家中的WIFI路由器將當前的甲醛含量實時同步到手機App中，實現了遠程監控甲醛濃度[4]。

上述甲醛檢測App的共同特點是都需要購買配套的甲醛檢測儀，而檢測儀的價格比較昂貴，在家居環境中使用次數較少的情況下，顯然很不劃算。而本系統基于共享經濟理念，實現甲醛檢測儀的可共享化，用戶在社區物業處獲取甲醛檢測儀，每次使用后只需要支付當次的檢測費用，并在規定的時間內及時歸還到社區物業處。這樣一個小區配備幾部甲醛檢測儀即可滿足整個小區用戶檢測甲醛的需求。

1 系統總體與工作流程

共享式社區服務甲醛檢測系統整體結構如圖1所示，主要由底層甲醛檢測終端、Android客戶端App和基于B/S后臺業務管理系統構成。底層甲醛檢測終端由主控芯片STM32、電化學CH2O甲醛傳感器、無線WIFI模塊組成。Android客戶端App控制檢測終端的開始和停止采集、顯示和存儲甲醛濃度，以及支付檢測費用。基于B/S后臺業務管理系統采用MVC模式，并通過Java Web和MySQL數據庫設計實現。

圖1 系統整體結構圖

工作流程如下：1）甲醛檢測終端上電初始化WIFI熱點，等待客戶端的連接；2）用戶登錄Android客戶端App，進入檢測界面后App開始計時，搜索并連接檢測終端的WIFI熱點，連接成功后App向甲醛檢測終端發送開始檢測的指令，App接收到WIFI傳輸的甲醛濃度信息，同時將數據存儲在Android的SQLite數據庫中；3）停止檢測時，客戶端App向甲醛檢測終端發送停止檢測的指令，檢測終端接收到指令后停止檢測，用戶通過App支付本次檢測費用，支付完成后App接收到服務器發送的消息提醒；4）用戶可以通過App查看甲醛濃度的歷史記錄，向后臺業務管理系統提交意見反饋以及查看當地的空氣質量情況；5）通過后臺業務管理系統管理用戶的個人信息、查看用戶意見反饋、設置收費標準、查看用戶訂單、查看設備使用情況和月份收入報表統計等操作。

2 硬件設計

系統硬件電路主要包括STM32最小系統、甲醛傳感器模塊、WIFI模塊、OLED顯示電路和按鍵電路，硬件電路框圖如圖2所示。

圖2 硬件電路框圖

2.1 甲醛傳感器模塊設計實現

電化學甲醛傳感器模塊利用電化學原理對空氣中存在的CH2O進行探測，此模塊與電化學甲醛傳感器相結合，具有良好的穩定性，此模塊帶有NTC溫度傳感器，可進行溫度補償[5]。

甲醛傳感器模組總共有4個管腳，各管腳的功能如表1所示。開啟STM32的UART2，甲醛模塊的RX、TX引腳分別連接STM32的PA2、PA3引腳。

表1 傳感器管腳功能

甲醛模塊通訊波特率為9 600，無校驗位，數據位8位，停止位1位，發送的數據幀格式如表2所示。

表2 發送數據幀格式

模塊接收到發送過來的數據幀后，返回檢測結果，返回的數據幀格式如表3所示。

表3 返回數據幀格式

2.2 WIFI模塊設計實現

WIFI無線傳輸采用ATK_ESP8266串口WIFI模塊。ESP8266模塊電路設計較為簡單，模塊有串口發送接收引腳，僅需給其供電并將其TXD引腳（串口發送腳）接STM32的UART3的PB11引腳（串口3接收腳），RXD引腳接處理器的PB10引腳（串口3發送腳），模塊運行于AP工作模式，并設置為TCP服務器，作為無線WIFI熱點，等待客戶端App的連接，實現串口與App的無線數據轉換互傳。

3 軟件設計

3.1 甲醛檢測控制的軟件設計

甲醛檢測終端上電初始化等待客戶端App連接檢測終端的WIFI熱點，OLED顯示連接狀態。若接收到App發送的開始檢測指令，檢測終端啟動甲醛傳感器，并向串口2連續發送數據幀；串口2接收甲醛傳感器返回的數據幀，經STM32解析處理后在OLED上顯示當前的甲醛濃度，同時通過連接在串口3的WIFI模塊發送數據到App。接收到App發送的停止檢測指令后，檢測終端停止發送數據幀到串口2。甲醛檢測終端的程序流程圖如圖3所示。

圖3 甲醛檢測終端程序流程圖

3.2 Android客戶端App設計

本系統的Android客戶端App開發環境采用谷歌公司新推出的Android Studio，Android Studio提供了集成的Android開發工具用于開發和調試[6]。客戶端App的功能架構如圖4所示，包括用戶管理、甲醛檢測、移動支付、功能模塊等功能。

用戶使用App注冊個人信息，此信息存儲在管理后臺的MySQL數據庫中，登錄后進入如圖5（左）的歡迎界面，該界面簡單介紹了系統的服務流程，體現了共享的特點。主界面如圖5（右）所示，界面使用到了5個Fragment設計，對應5個導航圖標，分別是歷史數據、個人信息、設備查詢、甲醛檢測、其他功能，點擊圖標切換界面。在“歷史”菜單中用戶可查看檢測甲醛的歷史數據，數據存儲在SQLite數據庫中。“設備”菜單如圖6（左）所示，顯示了該小區所有甲醛檢測儀當前的使用情況，為“空閑”狀態時，說明該編號的檢測儀可供用戶使用，顯示“使用中”，則表示當前編號的檢測儀有其他用戶在使用。

圖4 客戶端App功能架構圖

圖5 歡迎界面和主界面

用戶使用檢測功能時，點擊檢測界面中間的按鈕，根據提示輸入甲醛檢測終端的編號，進入甲醛檢測界面，App開始檢測計時。

檢測界面如圖6（右）所示，該界面包含的功能分為無線連接、檢測控制、數據顯示、超標報警和移動支付。檢測流程是：首先，用戶需要連接檢測終端的WIFI熱點，并點擊界面的“開始連接”按鈕；確認連接WIFI成功后點“開始檢測”，App發送指令到檢測終端，檢測開始后App接收甲醛數據并動態顯示和污染評級，若甲醛超標，App發出警報；最后，檢測結束，點擊付款按鈕，App停止計時，根據檢測時長計算檢測費用。

用戶可使用支付寶和微信支付結算檢測費用訂單，由于是個人開發，并不具備商戶資質認證資格，所以無法調用支付寶和微信支付的官方API。本系統App采用Bmob后端云封裝的支付寶和微信支付SDK來完成支付功能的接入。

工具模塊功能包括關于我們、版本更新、空氣質量、一鍵分享和意見反饋，其中空氣質量查詢使用了高德地圖定位SDK，使用此功能，用戶可以實時查看當前城市的空氣質量情況。除此之外，用戶的建議可以通過意見反饋功能發送到到后臺業務管理系統。

圖6 設備狀態顯示和甲醛檢測界面

3.3 后臺業務管理系統設計

后臺業務管理系統基于MVC模式的B/S架構，運行環境為Win7系統，使用MyEclipse開發工具，使用到的技術為 JSP、Servlet、JavaBean、JDBC、Tomcat等的組合，通過HTTP通信協議實現前后臺的數據交互通信，客戶端App與后臺服務器通信示意圖如圖7所示，客戶端App發送數據到指定請求地址，請求地址的格式為[7]：http：//服務器 ip地址/工程名/servlet的映射地址。

圖7 App與后臺業務管理系統通信過程

服務器接收到App發送的數據后通過DAO層的實體對象操作MySQL數據庫獲得需要的數據，再經過業務邏輯層最終返回給表示層，展示給后臺管理員使用[8]。在表示層，管理員能完成的功能操作主要包括添加管理員、用戶信息維護、用戶訂單管理、用戶建議查看、收費標準設置、設備使用情況、收入金額統計等，后臺業務管理系統功能框圖如圖8所示。管理員模塊和用戶模塊都是對數據庫的增刪改查操作，可供管理員對用戶信息進行管理。訂單查詢功能可查看用戶使用設備的時長以及消費的金額。設備模塊是所有甲醛檢測終端的使用狀態信息，若編號為01的檢測終端當前為未歸還狀態，管理員可以查詢到某用戶正在使用01編號的甲醛檢測終端，并通過發信息催還，用戶歸還后，管理員把狀態改為“空閑”。收費模塊分為費用設置和報表統計[16]，管理員可以設置甲醛檢測終端使用的收費標準，以及查詢每個月的收入統計情況。

圖8 后臺業務管理系統功能框圖

4 系統測試

系統模擬共享過程進行了測試，該過程包括：1）用戶在查詢到編號可用的甲醛檢測儀后到物業管理處索取檢測儀；2）登錄客戶端App后開啟甲醛檢測儀來檢測甲醛含量；3）檢測結束后支付本次檢測費用；4）用戶歸還甲醛甲醛檢測儀。

檢測甲醛過程在某小區對新裝修的房子進行甲醛濃度檢測，選擇了6個不同的測試點，室溫27℃，同時與當前市面上銷量較好的“樂控”甲醛檢測儀測試的甲醛濃度進行比較，如表4所示。從測試得到的數據與參考值的比較中可以看出，本系統甲醛檢測儀所測得的甲醛值在超標與未超標的情況下比較接近，總體來說數值是比較準確的。

表4 測試數據（單位g/m3）

檢測界面顯示的甲醛濃度情況如圖9所示，同時超標報警正常運行，檢測完成后支付檢測費用，賬單顯示了用戶的開始使用時間、結束時間、收費標準、使用時長、支付金額和支付方式選擇。在查詢歷史數據菜單可以查詢到測試后的歷史數據，如圖10所示，可查看檢測時間和甲醛濃度值，方便用戶隨時查看。用戶歸還甲醛檢測議后，設備狀態改為“已歸還”，如圖11所示。

圖9 檢測界面和支付賬單

圖10 歷史數據查詢界面

圖11 設備使用情況

5 結束語

共享式社區服務甲醛檢測系統可以實現用戶使用共享的甲醛檢測儀，并通過客戶端App檢測家居環境中的甲醛濃度，和支付檢測費用。后臺業務管理系統實現了對客戶端App的數據和業務支持，從而達到了一體化管理的效果。借助移動互聯網和物聯網節省了人們檢測甲醛的檢測成本[17]，本系統具備了智能化、便捷化、節能化的特點。適用于新裝修房子較多的各大社區、新樓盤等，在共享經濟大熱的當下，本系統具有一定的推廣價值。