[发明专利]多功能便携式空气质量监测仪

说明书

技术领域

本发明设计了一种便携式空气质量监测仪，该仪器能有效地监控、检测室内空气质量,增强人们对有害气体的防范意识，保障人们的身体健康。监测仪能在实时监控室内温湿度情况的基础上，同时检测甲醛浓度并在甲醛浓度超标时进行报警提示，提示用户采取措施。同时监测仪提供可扩展的传感器接口，使之能够在仅更换传感器的情况下检测多种其它气体，大大提高了仪器的适用范围。同时监测仪在背光智能调节、电池电量管理等方面具有多项创新环保功能。 

背景技术

空气质量状况与人的健康息息相关，尤其是室内环境的空气质量对人的影响最大。然而，我们注意到，当今的家庭居室尤其是刚刚装修的房子内含有很多对人体有害的气体（如甲醛、苯等）；厨房里的液化气泄漏也会造成污染，甚至引发重大火灾；日常生活中也不时存在一些其它危害人类的有害气体。因此，对空气质量的检测对人类的健康和安全具有重要的意义。

然而，经过调查，我们发现：目前能检测室内空气质量尤其是对有毒气体浓度的检测装置多数为专业仪器，价格昂贵、不具有通用性且携带不方便，不适于在居家环境或在有特定需要的场合使用。这些仪器通常只能对某种特定的气体进行检测，当需要检测其它类型的气体时人们就不得不另买其它仪器，而且它们只能提供检测气体功能，这种现状不仅造成了设计及材料的浪费，而且此类仪器在气体超标或低标时无明显提示或报警，从而起不到智能提醒用户采取相应措施的作用。

综上所述，针对空气质量检测问题，现有的检测装置实用价值较低，不具备广泛适用性、多功能性、可扩展性。

发明内容

本专利设计一款新型便携式空气质量监测仪，该仪器能有效地监控、检测室内空气质量,增强人们对有害气体的防范意识，保障人们的身体健康。

监测仪能在实时监控室内温湿度情况的基础上，同时检测甲醛浓度并在甲醛浓度超标时进行报警提示，提示用户采取措施，以保护室内居住环境。甲醛浓度超标是当今居室尤其是新房普遍面对的问题。另外，在工厂、矿井等场合，也面临很多的气体检测及监控的需求，因此本发明具有较为广泛的适用性。

同时，考虑到大部分仪器由于功能单一、扩展性能不好而被淘汰的现状，也为了避免浪费，更好地满足用户自身的需求，仪器具有可扩展性，即用户可以根据需要安装常用的不同类型传感器，如一氧化碳、甲烷等气体传感器等，以检测其它有毒气体或易燃性气体。这一扩展性使得该仪器，可应用于家居、工厂、矿井、野外等各种场合，在不同的领域中得到应用，而不仅仅是家用。例如，安装检测瓦斯传感器便可以用于检测矿井内的瓦斯浓度，避免瓦斯浓度过高而爆炸，保障矿井工人的生命安全。这就大大提高了仪器的适用范围，具有广阔的市场前景和应用前景。

基于以上性能和功能要求，基于ATMEL公司的EVK1100单片机，我们设计的监测仪系统总体框架如图1所示，其主要软硬件部分设计如下：

（1）LCD显示模块：采用EVK1100上的4*20显示屏，在AVRStudio5中ATMEL公司已经编写好了显示屏的基本驱动，在此基础上我们又根据实际需要编写了显示屏的关闭（背光关闭）与开启函数，背光精细调节函数。

（2）导航键与旋钮：导航键采用EVK1100上的JOYSTICK，主要用于用户交互界面中的用户操作，包括菜单翻页、菜单选择、设置等；旋钮采用EVK1100上的电位器，主要用于有毒气体阈值设定。

（3）USB接口、DATAFLASH存储器：DATAFLASH存储器通过USB连接到电脑，主要用于从监测仪导出气体浓度数据文件以及添加新传感器参数信息的编写。同样，在AVRStudio5中已经有USB的协议以及DATAFLASH的驱动，程序中直接调用相应函数。

（4）蜂鸣器报警系统：采用普通的有源蜂鸣器，用三极管驱动，AVR微处理器的GPIO口进行控制，微处理器自带的PWM模块来控制蜂鸣器的鸣叫，调节PWM的占空比来改变鸣叫频率。

（5）实时室内温湿度检测模块：采用DHT11数字式温湿度传感器，该传感器数据传输方式为串行单总线。用AVR单片机的一个GPIO口作为数据总线，编写该温湿度传感器的驱动程序。在程序中调用一次该驱动，即可采集一次温湿度信息。

（6）电源管理模块：为了实现更好的电源管理，除了EVK1100已经提供的电源管理功能外，本发明还针对监测仪的电量检测做了模拟。一般干电池在使用过程中其内阻不断增大，通过图2中电路，用AD转换器检测外接电阻两端电压来确定干电池的电量。其结构图如图2所示。