一種多點式甲醛測試儀的設(shè)計方案

楊潘藝 陳俊霏 王慧敏

摘要：甲醛是一種無色、有刺激性氣味的氣體，其毒性較高，易在常溫下?lián)]發(fā)，甲醛有3000多種作用，除在可直接作為消毒劑和防腐劑外，還在建筑材料、木材加工、油漆等行業(yè)大量使用。世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單中，將甲醛放在一類致癌物列表中[1]。數(shù)字化、準確實時、遠程可視的甲醛測試儀是現(xiàn)有甲醛檢測的發(fā)展方向。本文研制的多點式甲醛檢測儀，具備分布式多點檢測、檢測精度高、功耗低等優(yōu)點，不僅甲醛濃度的LCD顯示，還可通過無線通過將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻舳恕?/p>

關(guān)鍵詞：甲醛檢測;多點式檢測;GSM;STM32

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）27-0271-02

隨著生活水平的進步，人們在物質(zhì)和審美層面上對家庭裝修有了更多的要求。甲醛具有極好防腐性和粘和性，這使得甲醛存在于大量家具中。甲醛會刺激人體的呼吸道和皮膚，擾亂神經(jīng)系統(tǒng)，降低免疫力，并且具有致癌作用?，F(xiàn)有甲醛檢測方案主要為三類：購買專業(yè)甲醛檢測儀器，儀器價格高，性價比低;請專業(yè)檢測團隊，費用昂貴，過程復(fù)雜;使用甲醛檢測試紙，準確率低，誤差大[2]。隨著，移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動智能終端更加便捷。本方案使用多個甲醛檢測終端通過WIFI連接多點設(shè)備，并由母機通過GSM將多點測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，客戶端將服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)展示給用戶。因此，本方案研制出來的多點式甲醛測試儀可以便捷使用，遠程監(jiān)控，數(shù)據(jù)準確等優(yōu)點。

1系統(tǒng)流程

多點式甲醛檢測儀系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由甲醛檢測終端構(gòu)成的從機，負責(zé)與服務(wù)器通信的GSM+STM32最小系統(tǒng)構(gòu)成的母機，Android客戶端App，和后臺服務(wù)器構(gòu)成。甲醛檢測終端構(gòu)成的從機由主控芯片NodeMcu_ESP8266構(gòu)成，DART甲醛傳感器WZ-S，無線WIFI模塊NodeMcu_ESP8266組成，母機由GSM-GA6和STM32F103通信模塊構(gòu)成。Android客戶端App主要對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行顯示和簡單分析。服務(wù)器使用MySQL數(shù)據(jù)庫設(shè)計實現(xiàn)，主要負責(zé)存儲數(shù)據(jù)。

2硬件設(shè)計

母機主控芯片為STM32F103，串口1、2分別連接WiFi模塊，GSM通信模塊。從機由NodeMcu_ESP8266串口連接甲醛傳感器模塊構(gòu)成。母機和從機通過WiFi通訊。

2.1從機硬件設(shè)計

從機電路框圖如圖2所示，主要由NodeMcu_ESP8266、甲醛傳感器模塊構(gòu)成。

2.1.1甲醛模塊設(shè)計及實現(xiàn)

甲醛傳感器WZ-S通過電化學(xué)原理對空氣中的甲醛進行探測，檢測到甲醛氣體后，阻值發(fā)生改變，然后通過數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，具有溫度補償，高分辨率，高穩(wěn)定性等特征。開啟Arduino的UART通信，將甲醛檢測模塊的RX，TX引腳分別連接到Arduino的PD1，PD0。

在串口通信時，甲醛模塊通訊波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位。通信的命令行如表1所示

2.1.2 WIFI模塊的固件刷寫

在模塊中刷寫我們需要的固件能夠更好地榨取模塊的硬件的性能，實現(xiàn)資源最大利用。為了建立本地傳感器網(wǎng)絡(luò)，需要將每一塊WiFi模塊刷上一樣的固件。將模塊的GPIO0接到GND拉低電平，進入刷寫模式。采用ESPFlashDownLoadTool刷寫工具為其刷寫我們需要的特定固件。選擇適當?shù)拇诤筒ㄌ芈屎?，將固件載入，注意設(shè)置刷寫的起始地址，即可進行刷寫。刷寫結(jié)束后斷開GPIO0和GND的連接，推出刷寫模式，重新進入Flash程序運行模式，RST接GND復(fù)位一次即可正常啟用刷寫了新的固件的模塊。

2.1.3 WIFI模塊設(shè)計及實現(xiàn)

子母機之間的通信使用NodeMCU_ESP8266串口WIFI模塊。ESP8266模塊電路設(shè)計較為簡單，模塊有串口發(fā)送接收引腳，僅需給其供電并將其TXD引腳（串口發(fā)送腳）接STM32的UART3的PB11引腳（串口3接收腳），RXD引腳接處理器的PB10引腳（串口3發(fā)送腳），模塊運行于AP工作模式，并設(shè)置為TCP服務(wù)器，作為無線WIFI熱點，等待客戶端App的連接，實現(xiàn)串口與App的無線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換互傳。

2.2母機設(shè)計

母機電路框圖如圖3所示，主要由STM32F103ZET6主控芯片，GSM-GA6，NodeMCU_ESP8266WIFI模塊。

2.2.1 GSM模塊設(shè)計與實現(xiàn)

GSM-GA6模塊功能指標：工作電壓3.5V-4.2V;靈敏度<-107支持語音通話支持SMS短信支持移動和聯(lián)通2G，以及全球的GSM網(wǎng)絡(luò)最大數(shù)據(jù)速率，下載85.6Kbps，上傳42.8Kbp。支持2個串口，一個下載串口，一個AT命令口，AT命令支持標準AT和TCP/IP命令接口，可與服務(wù)器進行TCP-IP連接，可以收發(fā)數(shù)據(jù)。同時也支持數(shù)字音頻和模擬音頻，支持HR，F(xiàn)R，EFR，AMR語音編碼

3軟件設(shè)計

3.1從機軟件設(shè)計

從機上電初始化，啟動甲醛傳感器，開始甲醛濃度檢測，WIFI模塊連接母機WIFI熱點，設(shè)置每隔一段時間，通過串口不斷傳輸甲醛傳感器檢測數(shù)據(jù)回到母機。

3.2母機軟件設(shè)計

母機上電初始化，將WIFI模塊運行于AP工作模式，開啟熱點，等待從機連接。串口2連接GSM-GA6模塊，GSM-GA6模塊建立TCP連接到服務(wù)器。母機將各從機發(fā)送到的數(shù)據(jù)通過串口1轉(zhuǎn)發(fā)到串口2等待發(fā)送，TCP連接成功后，串口2根據(jù)接收到數(shù)據(jù)的先后將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器按從機編號進行存儲，等待調(diào)用。

3.2Android客戶端設(shè)計

本系統(tǒng)的Android客戶端App開發(fā)環(huán)境采用谷歌公司新推出的AndroidStudio，AndroidStudio提供了集成的Android開發(fā)工具用于開發(fā)和調(diào)試[3]?？蛻舳酥缓头?wù)器進行通信，基于客戶端的運行原理，服務(wù)器不能主動向客戶端推送數(shù)據(jù)，客戶端想要獲得數(shù)據(jù)智能主動向服務(wù)器發(fā)起請求獲取。客戶端會定時向服務(wù)器發(fā)送請求，得到包含數(shù)據(jù)的soket包?？蛻舳苏归_數(shù)據(jù)包后拆分數(shù)據(jù)，根據(jù)之前的設(shè)定將數(shù)據(jù)顯示在不同的頁面上。用戶也可手動向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求，刷新數(shù)據(jù)。得到不同監(jiān)測點數(shù)據(jù)后，客戶端將采集點的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的傳感器坐標綜合起來進行顯示，生成一個反映甲醛濃度分布的熱力圖與一個室內(nèi)甲醛隨時間變化波動的檢測報告（圖4、5）。

4 結(jié)束語

綜上所述，多點式甲醛測試儀設(shè)計方案可以實現(xiàn)多點檢測甲醛濃度，并通過安卓客戶端APP實現(xiàn)數(shù)據(jù)的展示，和其他用戶服務(wù)，從軟件和硬件的聯(lián)合完成多點式分布甲醛的一體化檢測和展示。萬物互聯(lián)的想法完全融入本設(shè)計方案中，充分體現(xiàn)了智能化、節(jié)能化、簡潔化等特點。適用于房屋裝修、環(huán)境監(jiān)控等情景，具有極強的商業(yè)價值。

參考文獻：

[1] 國家食品藥品監(jiān)督管理總局，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)致癌物清單，[EB/OL]，http：//samr.cfda.gov.cn/WS01/CL1991/215896.html.

[2] 盧春池，陳向東.共享式社區(qū)服務(wù)甲醛檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程，2018（16）.

[3] S.J.MonishaSelas，E.T.JabaJasphin.Optimal imageenhancement method based on histogram analysis[C].Artificial Intelligence and Evolutionary Computations in Engineering Systems，2016：933-934。

【通聯(lián)編輯：光文玲】