室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)及對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)

摘 要： 針對(duì)室內(nèi)污染氣體對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，提出了一種檢測(cè)室內(nèi)主要空氣濃度與營(yíng)造室內(nèi)健康空氣的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由室內(nèi)多點(diǎn)氣體濃度檢測(cè)模塊、無(wú)線發(fā)射接收通信模塊、主機(jī)監(jiān)控顯示模塊、空氣凈化模塊和室內(nèi)外氣體對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)五大部分組成。可檢測(cè)CO2、甲醛、VOC（揮發(fā)性有機(jī)物）和CO四種氣體；無(wú)線通信采用nRF24L01無(wú)線模塊，空氣凈化模塊采用兩個(gè)FY?2型3 kV負(fù)高壓源負(fù)離子發(fā)生器；室內(nèi)外氣體對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)由兩個(gè)風(fēng)扇及風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路組成。通過(guò)氣體測(cè)試實(shí)驗(yàn)，表明系統(tǒng)具有室內(nèi)氣體檢測(cè)和換氣功能。

關(guān)鍵詞： 傳感器； nRF24L01； 負(fù)離子發(fā)生器； 對(duì)流式補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）03?0100?03

Indoor air quality testing and convection compensation system

FENG Zhi?rong， WANG Hong?mei

（Mechanical and Electronic Engineering institute， Guangdong Institute of Science and Technology， Zhuhai 519090， China）

Abstract： According to today′s serious human health hazards caused by indoor air pollution， a smart home system which can detect the major air concentration in house and create a healthy indoor air is proposed. The system consists of multi-point gas concentration detection module， wireless transceiving communication module， host computer monitoring/display module， air purification module， and indoor and outdoor air convection compensation system. It can detect CO2， formaldehyde， VOC （volatile organic compounds） and CO. nRF24L01 wireless module is used in the wireless communication section. Two FY?2 type 3 kV negative high?voltage source negative ion generators are adopted in the air purification module. Indoor and outdoor air convection compensation system is composed of two fans and fan drive circuit. The gas experiments confirm that the system has excellent indoor air detection and air exchange functions.

Key words： sensor； NRF24L01； negative ion generator； convection compensation

0 引 言

換氣空調(diào)的換氣功能是通過(guò)空調(diào)內(nèi)置的換氣裝置實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)換氣時(shí)，一部分室內(nèi)回風(fēng)被換氣裝置抽出室外，此時(shí)室內(nèi)空氣密度下降，相對(duì)于室外氣壓產(chǎn)生負(fù)壓，由于室內(nèi)、外有壓力差，室外的新鮮空氣就通過(guò)門(mén)窗縫進(jìn)入室內(nèi)，達(dá)到改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的目的。這種方法換氣速度較慢，新鮮空氣較少，風(fēng)道內(nèi)污染未清理，仍就會(huì)給人悶的感覺(jué)，而且空調(diào)換氣并未實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的檢測(cè)?；诿糠N污染空氣處理方法，目前公認(rèn)的最好解決普通家庭室內(nèi)空氣污染問(wèn)題的方式就是組成一個(gè)進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)的系統(tǒng)，即機(jī)械排風(fēng)與機(jī)械進(jìn)風(fēng)同時(shí)進(jìn)行，保證通風(fēng)率達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，這樣就可以顯著有效地減少室內(nèi)空氣污染問(wèn)題的出現(xiàn)，因此本文提出了一種基于室內(nèi)空氣污染程度的檢測(cè)與對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，系統(tǒng)包括：實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)采集室內(nèi)有害氣體甲醛，CO2，VOC和CO/煙霧的濃度信息；實(shí)現(xiàn)無(wú)線發(fā)射和接收通信；實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)室內(nèi)多點(diǎn)氣體濃度信息的處理；實(shí)現(xiàn)室內(nèi)主要有害氣體濃度及室內(nèi)外溫度的監(jiān)測(cè)顯示；實(shí)現(xiàn)負(fù)離子發(fā)生器的正?？諝鈨艋?；實(shí)現(xiàn)對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)的高效換氣；實(shí)現(xiàn)室內(nèi)檢測(cè)氣體超標(biāo)的聲光報(bào)警。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 傳感器標(biāo)定

2.1 CO2傳感器

2.2 CO傳感器

2.3 甲醛傳感器

甲醛傳感器探測(cè)范圍為0～500 ppm，標(biāo)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。甲醛標(biāo)定曲線如圖4所示。

2.4 VOC傳感器

VOC傳感器探測(cè)范圍為0～2 000 ppm，標(biāo)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。VOC標(biāo)定曲線如圖5所示。

根據(jù)VOC濃度y（ppm）與傳感器的電壓x（ppm）關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，由數(shù)據(jù)和標(biāo)定曲線優(yōu)化可得VOC標(biāo)定函數(shù)：

圖5 VOC標(biāo)定曲線

3 測(cè)試數(shù)據(jù)與分析

本系統(tǒng)的測(cè)試主要是通過(guò)密閉房間進(jìn)行，房間長(zhǎng)為3.8 m，寬為2.7 m，高為4.0 m。兩個(gè)風(fēng)扇安裝在對(duì)立面上，上風(fēng)扇的軸心到地面的距離為3.25 m，下風(fēng)扇的軸心到地面的距離為0.6 m。在房間內(nèi)點(diǎn)燃木炭，密閉一段時(shí)間待木炭燃燒完，便模擬了一種有害氣體CO濃度超標(biāo)的環(huán)境，通過(guò)用不同的方式使室內(nèi)外氣體交換，啟動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，記錄所測(cè)數(shù)據(jù)。

室內(nèi)溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，排氣方式為上風(fēng)扇排風(fēng)，下風(fēng)扇靜止，CO濃度數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

室內(nèi)溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，排氣方式為下風(fēng)扇排風(fēng)，上風(fēng)扇靜止，CO濃度數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

室內(nèi)溫度為33 ℃，室外溫度為30 ℃，上風(fēng)扇入風(fēng)，下風(fēng)扇排風(fēng)，CO濃度數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7 CO濃度數(shù)據(jù)（三）

由表5可知，采用上風(fēng)扇排氣，下風(fēng)扇靜止的方式，CO濃度從4 468.61 ppm降到8.36 ppm所需時(shí)間為570 s。由表6可知，采用下風(fēng)扇排氣，上風(fēng)扇靜止的方式，CO濃度從4 468.61降到9.41 ppm所需時(shí)間為565 s。由表7和表8可知，分別采用上風(fēng)扇進(jìn)氣、下風(fēng)扇排氣和上風(fēng)扇排氣、下風(fēng)扇進(jìn)氣的對(duì)流方式，濃度由4 468.63 ppm和4 468.61 ppm分別下降到9.14 ppm和6.91 ppm時(shí)，所用的時(shí)間分別是460 s和450 s。說(shuō)明了采用對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)進(jìn)行的氣體交換效果更好。

4 結(jié) 論

室內(nèi)主要有害氣體濃度檢測(cè)及對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)的分布結(jié)構(gòu)，通過(guò)四種傳感器采用無(wú)線多點(diǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)采集室內(nèi)主要有害氣體濃度信息，將其信息發(fā)送到主機(jī)進(jìn)行處理，根據(jù)信息處理結(jié)果來(lái)控制室內(nèi)外氣流交換。系統(tǒng)采用對(duì)流式補(bǔ)償系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外的氣體高效交換，整個(gè)系統(tǒng)為全自動(dòng)運(yùn)行，時(shí)刻顯示空氣質(zhì)量狀態(tài)，保證室內(nèi)空氣質(zhì)量。

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