淺談室內(nèi)一體化PM2.5與噪音分貝自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備的設(shè)計(jì)

孫正可 謝文博 李壯壯

摘要：科技和社會(huì)的發(fā)展速度都是非常快的，各種高科技設(shè)備與技術(shù)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(yán)重的就是噪音污染和空氣污染。PM2.5這個(gè)指標(biāo)正在大大影響著我們的健康，同時(shí)噪音讓我們的心情變得煩躁，因此需要采取相關(guān)措施來對(duì)于這些污染進(jìn)行治理。采用相關(guān)的檢測設(shè)備來對(duì)于這些指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)超標(biāo)之后可以采取措施和對(duì)其進(jìn)行提醒，這樣就大大降低了進(jìn)一步發(fā)展的可能性，讓這些產(chǎn)生噪音和污染的因素慢慢消除，本文對(duì)其設(shè)備設(shè)計(jì)方法展開探究。

關(guān)鍵詞：PM2.5 噪音 自動(dòng)化監(jiān)測

引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提高，空氣質(zhì)量問題越來越受人們的關(guān)注，其中的一個(gè)重要指標(biāo)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(hù)措施，但卻沒有關(guān)注到室內(nèi)環(huán)境。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)得知，相對(duì)于室外PM2.5污染，室內(nèi)PM2.5污染對(duì)人的影響更顯著。我們希望可以通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)查詢到室內(nèi)PM2.5的濃度，并及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)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(duì)人體健康的影響。

吸煙是室內(nèi)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(guī)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(dòng)遠(yuǎn)離或默默忍受。我們希望可以通過手機(jī)APP發(fā)送指令開啟語音提醒功能，來達(dá)到對(duì)吸煙者的一種警示作用。

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

綜上所述，我們期望設(shè)計(jì)出結(jié)合室內(nèi)PM2.5與噪音分貝監(jiān)測的一體化自動(dòng)化設(shè)備。

1自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備模塊設(shè)計(jì)

1.1 STM32單片機(jī)

STM32單片機(jī)屬于arm內(nèi)核的一個(gè)版本，相比較傳統(tǒng)的5l單片機(jī)，運(yùn)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(lián)系，是整個(gè)系統(tǒng)的主控模塊。實(shí)時(shí)計(jì)算空氣中的PM2.5濃度和噪音分貝，并將數(shù)據(jù)通過無線WIFI模塊上傳至IOT服務(wù)器。

1.2電源模塊

本設(shè)備需要對(duì)于電源進(jìn)行整流與降壓，將220V的交流電變?yōu)?V的直流電來進(jìn)行供電，通過整流將其變?yōu)槊}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(jīng)過穩(wěn)壓電路使得電路的穩(wěn)定性進(jìn)一步得到提升，使得其可以平穩(wěn)地對(duì)其他模塊進(jìn)行供電。

1.3 PM2.5傳感器及噪音傳感器

本設(shè)備所選用的檢測PM2.5濃度的傳感器型號(hào)為SDSOII，SDSOII使用激光散射原理，可以檢測到空氣中PM2.5濃度，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，可數(shù)字化輸出。其輸出數(shù)據(jù)幀中的2、3分別代表PM2.5濃度的低字節(jié)和高字節(jié)。PM2.5的計(jì)算公式為《PM2.5高字節(jié)*256）+PM2.5低字節(jié)）/10。本設(shè)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(nèi)置一個(gè)對(duì)聲音敏感的電容式駐極體話筒，聲波使話筒內(nèi)的駐極體薄膜振動(dòng)，導(dǎo)致電容的變化，而產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)變化的微小電壓，從而實(shí)現(xiàn)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

1.4蜂鳴器

本設(shè)備采用的是利用蜂鳴器發(fā)聲進(jìn)行“語音提醒”。當(dāng)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(fā)出的噪聲多大時(shí)，我們可以通過手機(jī)APP發(fā)送指令開啟蜂鳴器，來達(dá)到對(duì)他人一種警示作用。

1.5無線WIFI ESP8266模塊

WIFI數(shù)據(jù)傳輸模塊由數(shù)據(jù)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(shè)備可以通過連接路由器實(shí)現(xiàn)與外部電腦或手機(jī)聯(lián)網(wǎng)，連接網(wǎng)絡(luò)后電腦或手機(jī)聯(lián)網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)控制功能。

2 自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1下位機(jī)端

主控模塊實(shí)時(shí)計(jì)算空氣中的PM2.5濃度和噪音分貝數(shù)值，搭載無線WIFI ESP8266模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，本地與傳感器、蜂鳴器相連。具體實(shí)施思路包括硬件接線、串口顯示傳感器檢測到的數(shù)值、單片機(jī)與WIFI模塊的調(diào)試。

2.2服務(wù)器端

WIFI模塊可以通過TCP的方式連接到IOT服務(wù)器，這樣一來，設(shè)備通過WIFI模塊連接路由器就可以上網(wǎng)了。當(dāng)設(shè)備和服務(wù)器建立好TCP通道后還要建立MQTT的通信協(xié)議才可真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，即PM2.5濃度信息和噪音分貝信息要通過MQTT協(xié)議上報(bào)至IOT服務(wù)器，IOT服務(wù)器可以將其轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)庫進(jìn)行長久保存。

2.3上位機(jī)端

填寫WIFI的SSID和密碼使WIFI模塊連接至互聯(lián)網(wǎng)，手機(jī)或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

2.4 APP端

采用Eclipse環(huán)境和Java語言開發(fā)APP，使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢和語音提醒的功能得以實(shí)現(xiàn)。

3總結(jié)

生活中絕大多數(shù)室內(nèi)PM2.5與噪音檢測裝置并沒有實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通訊，沒有起到對(duì)數(shù)據(jù)處理的作用。本項(xiàng)目通過無線WIFI模塊實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)之間的通訊，有利于用戶對(duì)數(shù)據(jù)做出及時(shí)的處理與反饋。本設(shè)備在基于STM32單片機(jī)，利用IOT平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)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(fā)出噪音”的問題。本項(xiàng)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(yīng)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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