淺談室內一體化PM2.5與噪音分貝自動化監測設備的設計

孫正可 謝文博 李壯壯

摘要：科技和社會的發展速度都是非常快的，各種高科技設備與技術正在不斷地走近我們的生活，雖然方便了我們的生活，但是卻帶來了很多方面的污染問題，其中較為嚴重的就是噪音污染和空氣污染。PM2.5這個指標正在大大影響著我們的健康，同時噪音讓我們的心情變得煩躁，因此需要采取相關措施來對于這些污染進行治理。采用相關的檢測設備來對于這些指標進行監測，在發現超標之后可以采取措施和對其進行提醒，這樣就大大降低了進一步發展的可能性，讓這些產生噪音和污染的因素慢慢消除，本文對其設備設計方法展開探究。

關鍵詞：PM2.5 噪音 自動化監測

引言

隨著社會的快速發展和人們生活質量的提高，空氣質量問題越來越受人們的關注，其中的一個重要指標為PM2.5值。然而大部分人只注意到室外的PM2.5值，紛紛采取自我防護措施，但卻沒有關注到室內環境。據有關數據得知，相對于室外PM2.5污染，室內PM2.5污染對人的影響更顯著。我們希望可以通過手機APP實時查詢到室內PM2.5的濃度，并及時采取相應的應對措施（安裝加濕器、空氣清新器、超聲霧化器等），就可以大大降低PM2.5對人體健康的影響。

吸煙是室內PM2.5的來源之一。在公共場合吸煙，所造成的最直接的傷害是影響吸煙者和身邊人身體健康。尤其很多公共場所不允許吸煙，但還是有很多不遵守規則的人，幾乎所有周邊群眾雖然痛恨在公共場合吸煙的這種做法，但又很無奈，只能選擇主動遠離或默默忍受。我們希望可以通過手機APP發送指令開啟語音提醒功能，來達到對吸煙者的一種警示作用。

在眾多大學生不文明現象中最讓人無法接受的就是在圖書館或者教室產生的噪音污染，影響他人。我們希望可以通過手機APP發送指令開啟語音提醒功能，來達到對他人的一種警示作用。

綜上所述，我們期望設計出結合室內PM2.5與噪音分貝監測的一體化自動化設備。

1自動化監測設備模塊設計

1.1 STM32單片機

STM32單片機屬于arm內核的一個版本，相比較傳統的5l單片機，運行速度快、自身攜帶功能多。它與無線WIFIESP8266模塊、傳感器模塊以及蜂鳴器建立聯系，是整個系統的主控模塊。實時計算空氣中的PM2.5濃度和噪音分貝，并將數據通過無線WIFI模塊上傳至IOT服務器。

1.2電源模塊

本設備需要對于電源進行整流與降壓，將220V的交流電變為5V的直流電來進行供電，通過整流將其變為脈沖直流電，濾波電路可以將電流中的諧波過濾掉，使得輸出的諧波較少，經過穩壓電路使得電路的穩定性進一步得到提升，使得其可以平穩地對其他模塊進行供電。

1.3 PM2.5傳感器及噪音傳感器

本設備所選用的檢測PM2.5濃度的傳感器型號為SDSOII，SDSOII使用激光散射原理，可以檢測到空氣中PM2.5濃度，數據穩定可靠，可數字化輸出。其輸出數據幀中的2、3分別代表PM2.5濃度的低字節和高字節。PM2.5的計算公式為《PM2.5高字節*256）+PM2.5低字節）/10。本設備所選用的噪音傳感器為BY208ZY噪音檢測傳感器模塊。噪音傳感器正是由于傳感器內置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒，聲波使話筒內的駐極體薄膜振動，導致電容的變化，而產生與之對應變化的微小電壓，從而實現到電信號的轉換。

1.4蜂鳴器

本設備采用的是利用蜂鳴器發聲進行“語音提醒”。當他人在公共場合吸煙造成空氣中PM2.5濃度多大以及他人發出的噪聲多大時，我們可以通過手機APP發送指令開啟蜂鳴器，來達到對他人一種警示作用。

1.5無線WIFI ESP8266模塊

WIFI數據傳輸模塊由數據接口層、AT命令層、API接口層組成。采用無線WIFI模塊的STA模式，即設備可以通過連接路由器實現與外部電腦或手機聯網，連接網絡后電腦或手機聯網即可實現控制功能。

2 自動化監測設備設計方案

系統結構圖如圖1所示。

2.1下位機端

主控模塊實時計算空氣中的PM2.5濃度和噪音分貝數值，搭載無線WIFI ESP8266模塊進行網絡通信，本地與傳感器、蜂鳴器相連。具體實施思路包括硬件接線、串口顯示傳感器檢測到的數值、單片機與WIFI模塊的調試。

2.2服務器端

WIFI模塊可以通過TCP的方式連接到IOT服務器，這樣一來，設備通過WIFI模塊連接路由器就可以上網了。當設備和服務器建立好TCP通道后還要建立MQTT的通信協議才可真正實現數據傳輸，即PM2.5濃度信息和噪音分貝信息要通過MQTT協議上報至IOT服務器，IOT服務器可以將其轉發至數據庫進行長久保存。

2.3上位機端

填寫WIFI的SSID和密碼使WIFI模塊連接至互聯網，手機或電腦通過互聯網實現對設備的遠程控制。

2.4 APP端

采用Eclipse環境和Java語言開發APP，使實時數據查詢和語音提醒的功能得以實現。

3總結

生活中絕大多數室內PM2.5與噪音檢測裝置并沒有實現與互聯網的通訊，沒有起到對數據處理的作用。本項目通過無線WIFI模塊實現了與互聯網之間的通訊，有利于用戶對數據做出及時的處理與反饋。本設備在基于STM32單片機，利用IOT平臺實現遠程監控的基礎上增加了語音提醒功能，巧妙的解決了諸如”不知該如何勸阻他人吸煙和發出噪音”的問題。本項目將噪音檢測與PM2.5檢測裝置合二為一，相比市面上已有的檢測裝置，應用范圍更加廣泛，能從不同方面滿足用戶的多種需求。

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