物聯甲醛測量儀

康留元

教學背景

甲醛是一種無色、有特殊刺激性氣味的氣體，對人的眼、鼻等有強烈刺激作用。經常吸入甲醛，會危害我們的身體健康。然而甲醛已經成為我們生活居住環境中常見的污染類型，如裝修新家、購置新車、家具換新、辦公樓裝修等，都可能會遇到甲醛污染。如何判斷當下生活的環境甲醛濃度是否超標，是否適宜居住？本節課結合物聯網技術，引導學生創意設計一個物聯甲醛測量儀，實時監測空氣中的甲醛濃度和溫濕度情況，幫助我們關注甲醛污染，保護人體健康。

教學目標

知識與技能 了解甲醛傳感器讀取濃度數值的過程;掌握甲醛傳感器模塊的使用方法;熟悉在Mind+軟件中創建變量、調用函數的方法。

過程與方法 通過觀察作品，認識到甲醛的危害性，了解檢測甲醛的方法，培養觀察力和創造力。

情感態度與價值觀 感受物聯甲醛測量儀的使用過程，培養發現問題、解決問題的能力，樹立正確的科學觀。

教學重點與難點

教學重點 實現甲醛傳感器模塊檢測的數據與手機物聯實時顯示數值對應。

教學難點 在Blynk軟件中設置溫度、濕度、甲醛曲線等組件對應相關類型。

教學準備

掌控板、Gravity：DHT11溫濕度傳感器、Gravity：HCHO甲醛傳感器、I/O擴展板、3.7V電池各1件。

教學過程

一、情景導入

師：近些年來，室內空氣質量越來越受到人們重視。甲醛是空氣中的殺手之一，需要時刻提防。比如新裝修的房子、新買的汽車等，若空氣中甲醛濃度過高，可引起中毒反應，輕微的會造成眼睛流淚、皮膚過敏、鼻咽不適等癥狀，嚴重的甚至可致癌。因此，本節課老師就帶領大家DIY一個甲醛測量儀，為自己的健康把把關。

二、知識講授

師：甲醛是一種有機化學物質，易溶于水和乙醇，化學式是HCHO或CH2O，有毒且有致癌性，所以檢測環境中的甲醛濃度十分有必要。請同學們想一想，如何測量甲醛濃度呢？

學生思考討論并回答。

師：如果采用專用的試劑檢測甲醛，不僅費時費力，而且精度低，使用的次數也非常有限。但是我們可以借助甲醛傳感器，它是一種電化學傳感器，可以將甲醛氣體的濃度轉換為微弱的電流信號。這樣就可以通過電流電壓變換電路，將微弱的電流信號轉換為可以測量的穩定的電壓信號，增強電信號的穩定性。本課采用的Gravity：HCHO甲醛傳感器能與Arduino、樹莓派等兼容，可以精確地測量空氣中的甲醛濃度，并且抑制干擾氣體，具有穩定性高、抗干擾氣體能力強等特點。

除了甲醛濃度，空氣的溫濕度也是判斷環境是否適宜人類居住的重要條件，所以本節課還使用了Gravity：DHT11溫濕度傳感器。Gravity：DHT11是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。Arduino可以通過屏幕實時顯示該傳感器的讀數變化。

三、操作實踐

1.電路連接

把甲醛傳感器、溫濕度傳感器和擴展板通過導線進行連接。P0接溫濕度傳感器;P1接甲醛傳感器，甲醛傳感器背面撥碼開關切換到UART一端，開啟UART模式。具體連接方法如圖1。

2.Blynk安裝和設置

在手機上安裝Blynk App，并用個人郵箱注冊賬號;登錄賬號并配置自己的服務器地址;創建項目，完成項目中溫度、濕度、甲醛曲線等控件參數的設置，如圖2。這樣，我們通過手機就能實時獲取并查看檢測數據。

3.程序設計

打開Mind+軟件，連接設備COM38，點擊軟件右上角區域切換至“上傳模式”。

點擊軟件左下角“擴展”，添加“主控板”—“掌控板”;點擊軟件左下角“擴展”，添加“傳感器”—“溫濕度傳感器”;點擊軟件左下角“擴展”，添加“用戶庫”—“Blynk”。

（1）顯示甲醛濃度數值子程序

編寫程序，使甲醛傳感器能根據UART模式下的通信命令行格式，主動上傳數據，每間隔1秒發送一次濃度值，如圖3。

（2）判讀甲醛濃度子程序

編寫程序，實現如下功能：當居室空氣中的甲醛濃度在安全范圍內（甲醛濃度低于0.06ppm，即0.08mg/m3），屏幕顯示為綠色;當居室空氣中的甲醛濃度超出安全范圍（甲醛濃度大于0.06ppm小于0.2ppm），屏幕顯示為黃色（此時就要注意，該在室內放置一些祛除甲醛的東西）;當甲醛濃度嚴重超標（甲醛濃度大于0.2ppm小于1ppm），屏幕顯示為紅色（出于安全考慮，這類環境至少需要空置半年再入住）;當居室空氣中的甲醛濃度大于1ppm，已經達到了爆表的程度，這時屏幕會紅色紫色交替閃爍。具體程序如圖4。

（3）顯示溫濕度子程序

編寫程序讀取溫濕度傳感器引腳數據，并在屏幕顯示，如圖5。

（4）Blynk數據傳輸子程序

編寫程序，將溫濕度及甲醛數值等數據定時傳送到手機Blynk服務端，如圖6。

（5）主程序

完善項目主程序，并調試運行，測試程序功能。

四、小組展示

學生以小組為單位，由小組代表分享作品，然后組內學生自評、組間互評。學生通過電子教室上交個人作業，教師再給予評價和指導。

教學反思

通過制作物聯甲醛測量儀，手機端實時顯示空氣中甲醛數值、室內的溫度和濕度，學生了解了物聯網Blynk服務器相關技術，認識了甲醛傳感器的工作原理。本課例將開源硬件編程和物聯網、傳感器相關知識相結合，既鍛煉了學生的邏輯思維，同時培養了學生動手操作的能力。

（本課件由DF創客社區推薦）