室內(nèi)居住環(huán)境監(jiān)測聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

徐錦全

廣東呈斯意特建筑設(shè)計有限公司，廣東 惠州 516001

我國相關(guān)部門做過大量的研究與統(tǒng)計，結(jié)果都顯示新建筑物體室內(nèi)經(jīng)過裝修后，有害物質(zhì)嚴重超標，比如甲醛、三氯乙烯、氡、氨等有害氣體。因此，室內(nèi)居住環(huán)境成為社會各界熱議的一個話題。在當前形勢下，隨著人們生活水平的不斷提高，居住環(huán)境也越來越受到重視。

1 室內(nèi)居住環(huán)境有害氣體

1.1 室內(nèi)居住環(huán)境有害氣體的來源

（1）裝修材料。建筑市場中新材料的品種越來越多，但材料的質(zhì)量良莠不齊，導致室內(nèi)環(huán)境污染問題越來越嚴重。比如，室內(nèi)裝修材料中揮發(fā)有害氣體的材料主要包括粉刷涂料、木材木板、吊頂材料等，這些材料中含有大量的甲醛、三氯乙烯、氡等有害氣體，特別是對于一些質(zhì)量不合格的建筑材料來說，將對人體健康產(chǎn)生巨大危害，嚴重時甚至引發(fā)各類疾病。

（2）家居電器。現(xiàn)代室內(nèi)家居電器品種越來越多，但部分家居電器的甲醛物質(zhì)嚴重超標，其所揮發(fā)出來的有機氣體通過人體呼吸系統(tǒng)進入人體，帶來嚴重威脅。另外，部分家居電器雖然在不工作狀態(tài)下不會產(chǎn)生有害氣體，但在工作時，隨著電器內(nèi)部零部件溫度的不斷上升，將揮發(fā)有機氣體，嚴重影響業(yè)主的身體健康。

（3）生活日用品。在人們的日常生活中，所使用的大量的生活日用品是經(jīng)過工業(yè)流程生產(chǎn)的，比如各類洗滌用品，其中包含大量對人體有害的物質(zhì)；同時，這些日用品的包裝材料同樣含有大量的有害物質(zhì)，長期使用勢必會影響人們的身體健康。

1.2 室內(nèi)居住環(huán)境有害氣體的危害

（1）甲醛。甲醛是室內(nèi)裝修材料中最常見的一種污染物，會對人的眼睛、鼻子等器官產(chǎn)生一定的刺激性作用，如果長期處于含有甲醛的環(huán)境中，會使人的大腦受到損傷，導致記憶力下降，甚至引發(fā)癌癥。

（2）苯類物質(zhì)。苯類物質(zhì)在裝修材料和包裝材料中最為常見，其雖然屬于中低類型的有害物質(zhì)，但具有較強的揮發(fā)性。苯中毒輕則刺激人的皮膚和眼睛，重則會使人患上支氣管炎、過敏性皮炎以及血小板下降等疾病。

（3）三氯乙烯。三聚乙烯主要存在于生活日用品中，特別是一些干洗劑，如果長期使用，容易增加癌癥風險。

（4）氡。氡同樣也是室內(nèi)居住環(huán)境中一種具有揮發(fā)性的有害氣體，而且其本身具有極強的放射性，會致使人的肺部產(chǎn)生病變，進而引發(fā)癌癥。

2 室內(nèi)居住環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀

室內(nèi)居住環(huán)境監(jiān)測屬于智能家居中的一個子類目，即以人們的日常生產(chǎn)生活區(qū)域為基礎(chǔ)，融合各類科學技術(shù)將相關(guān)設(shè)備相融合，以此達到對區(qū)域內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測的根本目的。室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測經(jīng)歷了多個階段，如人工監(jiān)測、STC89C52單片機環(huán)境檢測系統(tǒng)以及現(xiàn)在的嵌入式環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，文章主要以單片機環(huán)境檢測系統(tǒng)為研究對象。

早期的人工監(jiān)測存在效率低下、環(huán)境局限等問題而逐漸被淘汰。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，STC89C52單片機監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生，其彌補了人工監(jiān)測的缺點，具有集成度高、實時性好、資源利用率高等特點，還可以提高監(jiān)測效率。

雖然，國內(nèi)的STC89C52單片機監(jiān)測系統(tǒng)起步較晚，但得到了快速發(fā)展，經(jīng)過相關(guān)學者和專家的共同努力，該監(jiān)測系統(tǒng)逐漸成熟，由功能化向智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展。該監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以有效完成對室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測，還可以結(jié)合其所獲得的數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)對室內(nèi)的新風機、空調(diào)以及壁暖設(shè)備的實時控制，從而形成一個“監(jiān)測-控制-執(zhí)行”的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。

3 聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 整體設(shè)計原理及思路

該設(shè)計主要借助單片機工作原理，利用傳感器的特點，實現(xiàn)聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計，通過單片機采集傳感器上信息數(shù)據(jù)的變化情況，顯示在液晶屏幕上，超過預(yù)警界限時，發(fā)出聲光報警，提示業(yè)主做出相應(yīng)的處理。

3.2 設(shè)計方案比選

（1）方案一。將STC89C52單片機作為聯(lián)動控制系統(tǒng)的控制核心，使用溫濕度傳感器采集室內(nèi)的溫度、濕度和有害氣體數(shù)據(jù)，并使用煙霧傳感器監(jiān)測室內(nèi)有害氣體，將這些數(shù)據(jù)信息傳遞到單片機中，經(jīng)過單片機的分析，顯示在LCD12864顯示屏上。

（2）方案二。將ARM7處理器作為聯(lián)動控制系統(tǒng)的核心，使用溫濕度傳感器采集室內(nèi)的溫度和濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器，通過TFT彩屏顯示，并設(shè)置氣體檢測傳感器實時檢測室內(nèi)的有害氣體，使用矩陣鍵盤輸入信號，方便業(yè)主實時檢測。

（3）方案比選。方案一的聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計比較簡單，在對室內(nèi)溫度和濕度要求較低的情況下，基本可以滿足相關(guān)要求，不僅可以幫助業(yè)主實現(xiàn)實時監(jiān)測，且調(diào)試過程簡單明了，能節(jié)約不必要的監(jiān)測成本。方案二的聯(lián)動控制系統(tǒng)需要使用ARM處理器監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境變化情況，主要適用于對溫度和濕度要求較高的室內(nèi)監(jiān)測中，特別是工業(yè)領(lǐng)域尤為適用，如果使用到普通住宅室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測中，不但成本昂貴，而且調(diào)試復雜。由此可見，方案一具有良好的性價比和推廣性，經(jīng)過綜合考慮選擇方案一的STC89C52單片機。

3.3 聯(lián)動控制系統(tǒng)工作主循環(huán)模式

單片機通電，系統(tǒng)開始初始化，待系統(tǒng)初始化完畢后，系統(tǒng)進入主循環(huán)模式。

（1）檢測鍵盤，檢測內(nèi)容包括判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，判斷按鍵狀態(tài)是否正常。

（2）合理設(shè)置溫度上下限函數(shù)，設(shè)置完畢后，返回至主循環(huán)模式。

（3）觀察和讀取時間。室內(nèi)的溫度、濕度和有害氣體數(shù)據(jù)在經(jīng)過單片機處理后，暫時存放于時間緩沖區(qū)域，再讀取傳感器上溫濕度的數(shù)據(jù)信息，將其轉(zhuǎn)化為具體的溫度。

（4）判斷溫度、濕度和有害氣體是否超過設(shè)置的上下限。如果超過，聯(lián)動控制系統(tǒng)會自動報警，隨之上限指示燈開始閃爍；若是低于下限溫度，下限指示燈就會閃爍，聯(lián)動控制系統(tǒng)同樣會發(fā)出報警；如果監(jiān)測結(jié)果在正常范圍內(nèi)，聯(lián)動控制系統(tǒng)指示燈會顯示正常狀態(tài)。

3.4 聯(lián)動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

聯(lián)動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)主要是通過室內(nèi)的現(xiàn)場聯(lián)動和集中聯(lián)動，其在對室內(nèi)居住環(huán)境進行監(jiān)測的過程中離不開與分散聯(lián)動控制系統(tǒng)、縱向聯(lián)動控制系統(tǒng)以及橫向聯(lián)動控制系統(tǒng)之間的配合。

（1）分散聯(lián)動控制系統(tǒng)。分散聯(lián)動控制系統(tǒng)常用于面積較大的室內(nèi)環(huán)境和場所。為了方便用戶對該系統(tǒng)的使用，技術(shù)人員通常將分散聯(lián)動控制系統(tǒng)安裝于控制盒中，通過控制盒將室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)信息傳輸給用戶，用戶僅需手動操作即可明確有害物質(zhì)的含量。

（2）縱向聯(lián)動控制系統(tǒng)。通常情況下，縱向聯(lián)動控制系統(tǒng)常用于標準建筑樓層和高層建筑立面中，但其需要以分散聯(lián)動控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)才能實現(xiàn)對室內(nèi)居住環(huán)境有害物質(zhì)的監(jiān)測。

（3）橫向聯(lián)動控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有自動化特點，因此在建筑物的每一層中都會安裝。該系統(tǒng)可以根據(jù)室內(nèi)不同有害氣體發(fā)出多類型的報警信號，再將報警信號集中發(fā)送至整個聯(lián)動控制系統(tǒng)中，常用于寫字樓和賓館中。

4 聯(lián)動控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和效果

聯(lián)動控制系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高端住宅、寫字樓、大型商務(wù)酒店等的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測中。在室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用聯(lián)動控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對室內(nèi)溫度、濕度和有害物質(zhì)的實時監(jiān)測，其主要基于STC89C52單片機，對各類傳感器采集的數(shù)據(jù)信息進行深入分析，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實現(xiàn)對室內(nèi)已經(jīng)安裝的空調(diào)、地暖、空氣凈化機、中央新風和除濕主機、加濕器等設(shè)施設(shè)備中有害物質(zhì)的監(jiān)測。

5 結(jié)束語

綜上所述，文章對聯(lián)動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的相關(guān)問題進行了詳細分析，并基于CP/IP通信協(xié)議，實現(xiàn)了對室內(nèi)建筑環(huán)境監(jiān)測、設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)信息的分析與計算，不僅有效地改善了室內(nèi)居住環(huán)境，還提高了空調(diào)、地暖、空氣凈化機、中央新風和除濕主機、加濕器等設(shè)備的運行效率。