天津市建筑工程质量检测中心有限公司 天津市 300193
摘要：随着国家经济的快速发展，人民群众的生活水平越来越高，而环保观念也越来越深入人心，因此越来越多的人开始关心和重视室内空气质量问题，尤其是新闻报道中有关室内空气质量不合格而导致人体出现不良反应的事例，使得人们对监测室内空气质量的愿望日益迫切。
关键词：ARM；室内空气；质量检测系统
引言
现在人们大部分的时间都是在室内度过的，随着人们的生活水平的不断提高，人们对生活的质量要求也越来越高。因此，人们就开始大量购买可以提高人们生活舒适度的物品比如橱柜等，还有些人直接对居住的环境进行改造，比如对墙体的颜色与图案等进行重新的设计。但是，这些看似提高生活质量的举动，或多或少的增加了一定量的污染物。而且，在人们在室内生活的时候，如果忘记通风，室内的污染物的浓度也会随着各种设备的使用越来越高。
1关键技术的介绍
1.1粉尘检测的原理介绍
粉尘检测主要是对生活中的粉尘浓度进行检测，随着工业和生活双重污染的影响，空气中PM2.5的污染情况越来越严重，我们对于空气中PM2.5的检测主要是通过分析空气中粉尘的百分比，从而得到粉尘的污染浓度数值。测定粉尘百分比的关键原理是微电脑激光原理：在昏暗条件下，让一束光通过空气中悬浮的粉尘，此时遇到粉尘的光会发生散射，散射的这部分光，会进入到检测系统中，检测系统对接受到的散射光的光强进行检测，而散射光的光强大小与粉尘的质量浓度成正比关系，利用光强大小向质量浓度转换的转换系数K，完成空气中粉尘浓度的检测。
1.2ZigBee技术简介
随着通信技术的发展，目前无线4G网络在全世界已经开始蓬勃发展，并且5G技术也快实现商用了，如果我们使用4G甚至5G网络进行近距离的传送信息，存在很多问题，比如传输过程比较复杂，功率损耗比较高等，而使用新兴的ZigBee通信技术可以克服上面的问题。ZigBee通信技术使用的无线网络通信标准是IEEE802.15.4标准，该标准的通信协议能保证在复杂的环境中准确的传输信息，还能保证在数据传输过程中不受到其他通信协议的干扰，完美的实现了将数据传输到不同的地址。ZigBee的整体框架包括应用层、网络层、数据链路层和物理层，而且每一层都有自己的标准规范。
2系统的硬件设计
基于ARM的室内空气质量监测系统的硬件，主要由温湿度测量模块、CO测量模块、SO2测量模块、WiFi通信、ARM主控制器与各调节模块等组成。同时各个测量模块都有各自的节点控制器AT89C51单片机控制器，通过节点控制器完成所测量的信号处理如模数转换等，然后把数值进行初步的处理，把处理的数值传递给ARM主控制器。
2.1主控制器模块
监测系统的主控制器模块使用功耗低、性能好、成本低的S3C2416ARM9处理器。它具有32位的处理能力同时使用RISC极大的提高了其对数据的运算与处理能力。在本系统中主控制器主要作用是接收由各个模块传递来的数据，然后对数据进行判断，当数据的值超出空气质量指数所对应的值的时候即当空气质量的数值比较差的时候，此时通过室内空气质量调整模块进行调节并同时发送提醒信息到手机上。
2.2CO测量模块
在本模块中使用的是CO/CF-200一氧化碳传感器，它是由瑞士公司提供的一款性能优越的传感器，具有对一氧化碳气体很好的采集精度，并且其对一氧化碳气体浓度的变化捕捉也很敏感。其是通过加一个电极给要测量的气体，然后让气体发生反应产生电流信号量，从而实现工作。CO/CF-200一氧化碳传感器在以量程为0～200ppm进行测量的时候，其测量的气体的浓度与产生变化后产生的电流形成线性的关系。当一氧化碳传感器测量好信号的时候，它接着会把信号量进行信号放大，模数转化等处理之后发送给节点控制器AT89C51单片机控制器。
3室内空气质量在线系统软件设计
3.1基本构架
在基于ARM的室内空气质量在线监测系统当中，为了能够对各种资源和任务等进行有效的管理与控制，可以将RTOS作为软件开发平台，并将整个在线监测室内空气质量的任务进行细分化，以有效简化系统的操作流程。设计的基于ARM室内空气质量在线监测系统，首先需要工作人员对硬件和操作系统进行初始化，之后将LCD进行初始化，并进行字库的装载，之后需要结合实际情况对系统配置文件进行调用并创建相应任务，此后需要对用户界面、时钟等进行初始化为后续的实际监测工作奠定良好基础。在完成上述操作之后，需要启动多任务调度，完成包括键盘扫描、液晶刷新、采集和处理模拟信号以及数字信号等各项任务。
3.2应用软件
为保障基于ARM的室内空气质量在线监测系统能够有效完成调度和管理任务、管理时间与内存等任务，操作人员需要充分结合实际情况以及系统想要实现的功能，对任务及其优先级别等进行合理划分，通常情况下，随着工作频率的不断提高，任务也将有着更高的优先级。对于ARM室内空气质量在线监测系统，优先级最高的的采集模拟信号的任务，其次为处理和采集模拟信号以及数字信号的任务，而后需要进行修正和刷新系统时间以及液晶的任务，而优先级最低的任务则是液晶自动关闭任务。通过发送和接收信息以及信号量，或是数据队列等方式可以有效完成任务与任务之间的通信。为有效检验本文设计的基于ARM的室内空气质量在线监测系统能够顺利完成室内有害气体、可燃气体等在线监测任务，笔者通过按照设计方案将检监测室内空气质量的终端监测器以及数据集中器和WEB服务器等进行有效连接，之后通过为各模块提供所需电能，完成该系统的硬件搭建。通过在第一个房间当中放置能够采集甲醛和一氧化碳数据的终端，在第二个房间当中放置能够采集二氧化碳的数据终端，以五分钟为监测单位进行一次数据采集，共计监测二十四小时。通过监测我们可以发现在第一个房间当中显示甲醛和一氧化碳的数据分别保持在0.02与0.4左右，因此表明在第一个房间当中并未出现甲醛和一氧化碳超标而影响室内空气质量的问题。而在第二个房间当中，基于ARM的室内空气质量在线监测系统显示，在全天的监测时间段内，其采集到的二氧化碳数值一直维持在908左右，通过系统的进一步分析给出了第二个房间空气质量不合格的监测结果。而通过在系统当中事先输入各气体的标准值后，我们可以发现由于第二个房间中存在二氧化碳超标的问题，此时室内空气质量在线监测系统将自动启动报警功能，此后实验人员通过将该装置放置在室内空气质量合格的第一个房间后，警报自动解除。
结语
此次对基于ARM的室内空气质量监测系统设计，为了使各个模块的设计思路更加的清晰使用了分模块的设计方式，分模块的设计方式使各个模块的管理变得更加的方便。从开始的传感器进行温湿度、CO气体等的测量然后在测量模块中的节点控制器进行数据的初步处理，接着把数据传递给ARM主控制器，ARM主控制器对各个模块传递的信息进行处理，并对数据进行存储，做出相应的判断调节，再接着把数据传递到手机上，此时用户通过手机也可以实现对室内的空气质量进行调节，从而实现了各个模块之间的有序连接与数据处理。
参考文献：
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