室内空气质量检测及对流式补偿系统

摘 要： 针对室内污染气体对人体健康产生严重的危害，提出了一种检测室内主要空气浓度与营造室内健康空气的智能家居系统。该系统主要由室内多点气体浓度检测模块、无线发射接收通信模块、主机监控显示模块、空气净化模块和室内外气体对流式补偿系统五大部分组成。可检测CO2、甲醛、VOC（挥发性有机物）和CO四种气体；无线通信采用nRF24L01无线模块，空气净化模块采用两个FY⁃2型3 kV负高压源负离子发生器；室内外气体对流式补偿系统由两个风扇及风扇驱动电路组成。通过气体测试实验，表明系统具有室内气体检测和换气功能。

关键词： 传感器； nRF24L01； 负离子发生器； 对流式补偿

中图分类号： TN710⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）03⁃0100⁃03

Indoor air quality testing and convection compensation system

FENG Zhi⁃rong， WANG Hong⁃mei

（Mechanical and Electronic Engineering institute， Guangdong Institute of Science and Technology， Zhuhai 519090， China）

Abstract： According to today′s serious human health hazards caused by indoor air pollution， a smart home system which can detect the major air concentration in house and create a healthy indoor air is proposed. The system consists of multi-point gas concentration detection module， wireless transceiving communication module， host computer monitoring/display module， air purification module， and indoor and outdoor air convection compensation system. It can detect CO2， formaldehyde， VOC （volatile organic compounds） and CO. nRF24L01 wireless module is used in the wireless communication section. Two FY⁃2 type 3 kV negative high⁃voltage source negative ion generators are adopted in the air purification module. Indoor and outdoor air convection compensation system is composed of two fans and fan drive circuit. The gas experiments confirm that the system has excellent indoor air detection and air exchange functions.

Key words： sensor； NRF24L01； negative ion generator； convection compensation

0 引 言

换气空调的换气功能是通过空调内置的换气装置实现的，当换气时，一部分室内回风被换气装置抽出室外，此时室内空气密度下降，相对于室外气压产生负压，由于室内、外有压力差，室外的新鲜空气就通过门窗缝进入室内，达到改善室内空气质量的目的。这种方法换气速度较慢，新鲜空气较少，风道内污染未清理，仍就会给人闷的感觉，而且空调换气并未实现空气质量的检测。基于每种污染空气处理方法，目前公认的最好解决普通家庭室内空气污染问题的方式就是组成一个进风与排风的系统，即机械排风与机械进风同时进行，保证通风率达到一定的标准，这样就可以显著有效地减少室内空气污染问题的出现，因此本文提出了一种基于室内空气污染程度的检测与对流式补偿系统。

1 系统结构

根据系统所要实现的功能，系统包括：实现多点采集室内有害气体甲醛，CO2，VOC和CO/烟雾的浓度信息；实现无线发射和接收通信；实现单片机对室内多点气体浓度信息的处理；实现室内主要有害气体浓度及室内外温度的监测显示；实现负离子发生器的正常空气净化；实现对流式补偿系统的高效换气；实现室内检测气体超标的声光报警。系统框图如图1所示。

2 传感器标定

2.1 CO2传感器

2.2 CO传感器

2.3 甲醛传感器

甲醛传感器探测范围为0～500 ppm，标定数据见表3。甲醛标定曲线如图4所示。

2.4 VOC传感器

VOC传感器探测范围为0～2 000 ppm，标定数据见表4。VOC标定曲线如图5所示。

根据VOC浓度y（ppm）与传感器的电压x（ppm）关系进行标定，由数据和标定曲线优化可得VOC标定函数：

图5 VOC标定曲线

3 测试数据与分析

本系统的测试主要是通过密闭房间进行，房间长为3.8 m，宽为2.7 m，高为4.0 m。两个风扇安装在对立面上，上风扇的轴心到地面的距离为3.25 m，下风扇的轴心到地面的距离为0.6 m。在房间内点燃木炭，密闭一段时间待木炭燃烧完，便模拟了一种有害气体CO浓度超标的环境，通过用不同的方式使室内外气体交换，启动整个系统，记录所测数据。

室内温度为33 ℃，室外温度为30 ℃，排气方式为上风扇排风，下风扇静止，CO浓度数据见表5。

室内温度为33 ℃，室外温度为30 ℃，排气方式为下风扇排风，上风扇静止，CO浓度数据见表6。

室内温度为33 ℃，室外温度为30 ℃，上风扇入风，下风扇排风，CO浓度数据见表7。

表7 CO浓度数据（三）

由表5可知，采用上风扇排气，下风扇静止的方式，CO浓度从4 468.61 ppm降到8.36 ppm所需时间为570 s。由表6可知，采用下风扇排气，上风扇静止的方式，CO浓度从4 468.61降到9.41 ppm所需时间为565 s。由表7和表8可知，分别采用上风扇进气、下风扇排气和上风扇排气、下风扇进气的对流方式，浓度由4 468.63 ppm和4 468.61 ppm分别下降到9.14 ppm和6.91 ppm时，所用的时间分别是460 s和450 s。说明了采用对流式补偿系统进行的气体交换效果更好。

4 结 论

室内主要有害气体浓度检测及对流式补偿系统，根据室内的分布结构，通过四种传感器采用无线多点结构来采集室内主要有害气体浓度信息，将其信息发送到主机进行处理，根据信息处理结果来控制室内外气流交换。系统采用对流式补偿系统，实现室内外的气体高效交换，整个系统为全自动运行，时刻显示空气质量状态，保证室内空气质量。

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