CN104777202B - 低功耗快速甲醛检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种低功耗快速甲醛检测设备，包括甲醛检测仪和与其无线通信的智能终端设备，甲醛检测仪包括ARM处理器、吸气控制单元、吸气泵、气流室、电化学传感器、温度传感器、3G监测/报警单元、WiFi模块、声光报警单元和标定设置按键，ARM处理器控制吸气控制单元驱动吸气泵吸入空气给气流室，电化学传感器和温度传感器分别采集空气中甲醛的浓度和温度信号，并各自经调理后传输给ARM处理器计算出甲醛的浓度和温度，再经3G监测/报警单元或WiFi模块无线传输给智能终端设备进行数据存储、分析处理，并反馈给ARM处理器，在超标情况下做出短信、邮件等报警和控制声光报警单元报警。本发明实现了甲醛数据的快速、高精度、智能化检测，并可长时间不间断测量。

Description

低功耗快速甲醛检测设备

技术领域

本发明涉及甲醛气体检测设备设计领域，尤其是涉及一种低功耗快速甲醛检测设备。

背景技术

环境质量检测一直是世界关注的重大课题。环境质量的好坏直接关系到人类生命健康与否，关系到人类生活水平的高低。有毒气体的检测是环境检测中至关重要的一部分。甲醛是一种无色、有强烈刺激型气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛对人类健康危害主要有以下几个方面：

a、刺激作用：甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用，甲醛是原浆毒物质，能与蛋白质结合、高浓度吸入时出现呼吸道严重的刺激和水肿、眼刺激、头痛。

b、致敏作用：皮肤直接接触甲醛可引起过敏性皮炎、色斑、坏死，吸入高浓度甲醛时可诱发支气管哮喘。

c、致突变作用：高浓度甲醛还是一种基因毒性物质。实验动物在实验室高浓度吸入的情况下，可引起鼻咽肿瘤。

由于甲醛气体对人类健康的危害巨大，甲醛检测一起的研制十分必要，并且具有时代意义。现有甲醛的测定方法一般分为化学法和仪器法。化学法主要有酚试剂比色法、乙酰丙酮比色法、变色酸比色法、盐酸副玫瑰苯胺比色法、4-氨基-3-联氨-5-巯基-1，2，4-三氮杂茂(简称AHMT)比色法等。仪器法主要包括气相色谱法、高效液相色谱法、极谱法、电化学法等。

这些方法均需在现场进行长时间采样，其测定结果是一小时的均值，分析周期长，操作繁琐，检测仪价格昂贵、检测精度低、易受外界干扰，而且不能连续观察数据的动态变化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种低功耗快速甲醛检测设备，利用现代传感器技术与无线通信网络相结合，以实现甲醛参数的快速高精度智能化检测。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：低功耗快速甲醛检测设备，包括甲醛检测仪和与所述甲醛检测仪无线通信的智能终端设备，所述甲醛检测仪包括：

ARM处理器；

与所述ARM处理器相连的吸气控制单元及其输入端与所述吸气控制单元相连的吸气泵，所述吸气控制单元在所述ARM处理器的控制下驱动吸气泵吸入外部空气；

与所述吸气泵相连的气流室，所述气流室内包括电化学传感器和温度传感器，分别用于采集所述气流室内甲醛气体的浓度和温度信号；

分别与所述电化学传感器和温度传感器相连且均接入到所述ARM处理器的第一信号调理单元和第二信号调理单元，用于分别调理接收到的所述甲醛浓度和气体温度信号，并将其发送给所述ARM处理器计算出气流室内甲醛的浓度和温度；

与所述ARM处理器相连的3G监测/报警单元、WiFi模块、声光报警单元和标定设置按键，所述声光报警单元用于在甲醛浓度超标时同时发出声光报警，所述标定设置按键用于一键标定整个仪器的检测精度；

所述智能终端设备通过3G网络与所述3G监测/报警单元无线通信及与所述WiFi模块无线通信，所述智能终端设备用于接收并分析处理由所述3G监测/报警单元和WiFi模块传输过来的甲醛浓度数据，并将处理结果实时反馈给所述ARM处理器。

进一步地，还包括与所述气流室、ARM处理器和声光报警单元均相连的供电/充电单元。所述供电/充电单元包括聚合物锂电池、输出端与所述聚合物锂电池相连的充电管理模块、与所述聚合物锂电池的输出端相连的升压模块和降压模块，以及与所述升压模块的输出端或与所述降压模块的输出端相连的稳压模块。

进一步地，还包括与所述ARM处理器相连的显示器，所述显示器用于实时显示出所述ARM处理器计算出的数据参数，所述数据参数包括甲醛的浓度、温度、时间、电池电量、3G网络型号强度。显示器可选用LCM显示器。

优选地，所述标定设置按键包括用于实现检测仪的一键标定功能的一键标定按键、用于实现确认功能的确认按键以及用于实现选择功能的第一选择按键和第二选择按键。

优选地，所述电化学传感器包括甲醛传感器和所述甲醛传感器的外围电路。所述甲醛传感器采用MQ138，所述MQ138至少包括第一、第二……第六6个引脚，所述第一和第二引脚接电源VCC；所述甲醛传感器的外围电路包括：

连接所述ARM处理器端口的第一电阻；

与所述第一电阻串联的、且一端接电源VCC的第二电阻；

三极管和第三电阻，所述三极管的基极接于所述第一、第二电阻之间，发射极与第二电阻连接电源VCC的一端相连，集电极通过所述第三电阻接地且其还与所述甲醛传感器的第三和第四引脚相连；

第四电阻和第五电阻，所述第四电阻的一端接所述甲醛传感器的第五和第六引脚，另一端与所述第五电阻串联后接地，且所述第四电阻和第五电阻之间接入一用于采集甲醛浓度信号的AD采集口；

电容，所述电容并联在所述第五电阻两端，且与所述AD采集口相连。

优选地，所述智能终端设备至少与一台所述甲醛检测仪无线通信，即可接受多台低功耗快速甲醛检测仪同时的数据传输、数据的处理和报警。

且，智能终端设备内装有多个数据库，每个数据库对应一种甲醛浓度标准，能够实现对不同环境下甲醛浓度标准数据分析，满足甲醛检测仪的在各类环境的使用，如对车内甲醛检测、室内甲醛检测、特定环境检测等。智能终端设备可以是服务器、电脑、手机、ipad、以及一切装有安卓、iOS系统的电子设备。

优选地，所述声光报警单元由LED灯和蜂鸣器组成，能够完成声光的同时报警。

优选地，所述3G监测/报警单元通过WCDMA网络与所述智能终端设备无线通信，实现与智能终端设备的远程通信。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用传感器与无线通信网络技术相结合，实现甲醛参数数据的快速高精度检测，并且可以进行长时间不间断测量，具有现实社会意义，产生的社会和经济效益也会十分显著。

2、本发明采用了低功耗的ARM处理器和电化学传感器，有效的提高了测量的速度、测量精度、测量范围，能够满足各类环境的测量，快速的给出测量结果。

3、本发明采用了吸气泵和气流室的组合，提高仪器的抗干扰性，提高了测量的可靠性。

4、本发明采用了现代无线通信技术，实时与远程终端相连，能够实时对各类环境中甲醛含量是否合格做出判断，并且可以实现远程报警。

5、本发明智能终端通过运用数据库技术，方便了对甲醛值测量的保存和查询，并且可以多台同时测量，大大的提高了效率。

附图说明

图1是本发明低功耗快速甲醛检测设备的原理结构示意图；

图2是本发明电化学传感器的电路原理示意图；

图3是本发明锂电池供电/充电单元的原理结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明揭示了一种低功耗快速甲醛检测设备，以测量甲醛数据为主，利用现代传感器技术和无线通信网络，实现甲醛参数数据的快速、高精度、智能化检测，并且可以进行长时间不间断测量。

本发明所揭示的一种低功耗快速甲醛检测设备，包括甲醛检测仪和与甲醛检测仪无线通信的智能终端设备，智能终端设备用于实时接收并分析处理由甲醛检测仪传输过来的甲醛参数数据，并实时反馈处理结果给甲醛检测仪。

如图1所示，甲醛检测仪包括ARM处理器、吸气控制单元、吸气泵、气流室、气流室内的电化学传感器、温度传感器、第一信号调理单元、第二信号调理单元、3G监测/报警单元、WiFi模块、声光报警单元、标定设置按键、显示器和供电/充电单元，吸气控制单元一端与ARM处理器相连，另一端与吸气泵相连，吸气泵的另一端与气流室相连，吸气控制单元在ARM处理器的精确控制下驱动吸气泵将外部空气吸入气流室内，外部空气的吸入量精确可控，以保证气流室内的传感器能够采集到足够多的甲醛气体。ARM处理器可采用ST公司的低功耗处理器STM32F429VG。

电化学传感器和温度传感器的输出端分别通过各自的信号调理单元(即第一信号调理单元和第二信号调理单元)接入到ARM处理器，分别用于采集气流室内甲醛气体的浓度和温度数据信号，并将采集到的数据传输给ARM处理器。气体温度的测量主要为了更精确的获得甲醛浓度，在数据处理算法中加入温度补偿。

具体地，如图2所示，电化学传感器包括甲醛传感器和甲醛传感器的外围电路，甲醛传感器可采用MQ138传感器，MQ138传感器具有6个引脚，分别是引脚1、引脚2……引脚6。甲醛传感器的外围电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、三极管Q1和电容C1，第一电阻R1与第二电阻R2串联，且其一端接处理器STM32F429VG的PB12端口，另一端与第二电阻R2和三极管Q1的基极B相连，第二电阻R2的另一端接5V电源以及三极管Q1的发射极E。第三电阻R3的一端与三极管Q1的集电极C相连，另一端接地。三极管Q1可选用BC857三极管。

MQ138传感器的引脚1和引脚2接5V电源，引脚3和引脚4均接于三极管Q1的集电极C的下游，即第三电阻R3的上游，引脚5和引脚6均接到第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端与第五电阻R5以及一用于采集甲醛浓度信号的AD采集口连接，第五电阻R5的另一端接地。电容C1一端接第五电阻R5的下游，另一端与AD采集口相连。

具体实施时，第一电阻R1、第二电阻R2、第一电阻R3、第二电阻R4和第一电阻R5的阻值可分别为9.1K、100K、1K、43K、43K，电容C1的容值为0.1uF、三级管Q1型号为BC857。

ARM处理器接收到第一信号调理单元和第二信号调理单元发送过来的数据后，通过实时数据处理算法快速的计算出甲醛浓度和气体温度，并将计算出的甲醛浓度和气体温度实时地显示在与之相连的显示器上。显示器不限于显示甲醛浓度和气体温度，也可显示出甲醛的浓度、温度、时间、电池电量、3G网络型号强度等数据参数，显示器可选用LCM显示器。

3G监测/报警单元与ARM处理器相连，且与智能终端设备之间通过3G网络进行远程无线通信，实现与智能终端设备的实时连接和数据传输报警功能。具体地，3G监测/报警单元接收ARM处理器计算出的数据，并将这些数据实时的传输给智能终端设备，智能终端设备进行数据的存储、分析和处理，并且通过3G无线网络将处理结果实时的反馈给甲醛测试仪。若分析处理出甲醛浓度超标，则3G监测/报警单元在端口处作出报警。具体实施时，3G监测/报警单元可采用华为公司生产的EM770W。

WiFi模块同样也与ARM处理器相连，且与智能终端设备之间无线通信。具体地，WiFi模块通过UART口与ARM处理器通信进行数据传输，实现在局域网中甲醛检测仪与智能终端设备的连接和实时数据处理，并且实现其连续的实时监测。WiFi模块可选用利尔达公司生产的LPB100。

声光报警单元与ARM处理器相连，在3G监测/报警单元或WiFi模块监测出甲醛浓度超标后，声光报警单元在ARM处理器的控制下进行现场声光的同时报警。声光报警单元可由大功率的LED灯和蜂鸣器构成。声光报警单元和3G监测/报警单元分别实现甲醛检测仪的现场报警和远程智能报警，且两者可同时报警。

标定设置按键与ARM处理器相连，包括一键标定按键、确认按键、第一选择按键和第二选择按键，其中，一键标定按键用于完成检测仪的一键标定功能，能够快速的简单的对仪器进行标定和校准。确认按键用于实现确认功能，第一和第二选择按键用于实现对测量场景、通信方式、报警模式等的选择。

供电/充电单元与气流室、ARM处理器和声光报警单元均相连，用于给整个检测仪的工作进行供电。供电/充电单元可选用锂电池供电/充电单元，如图3所示，供电/充电单元包括聚合物锂电池、充电管理模块、升压模块、降压模块以及稳压模块，充电管理模块的输出端接入到聚合物锂电池，聚合物锂电池的输出端与升压模块、降压模块的输入端相连，升压模块的输出端接一12V稳压模块，降压模块的输出端接一3.3V稳压模块和一5V稳压模块。聚合物锂电池可选用6V，且供电/充电单元能够满足系统需要的3.3V、5V、12V电压，当然不限于这三种电压，可根据需要选择相应的稳压模块。

另外，本发明的智能终端设备内装有多个数据库，每个数据库对应一种甲醛浓度标准，能够实现对不同环境下甲醛浓度标准数据分析，满足甲醛检测仪的在各类环境的使用，如对车内甲醛检测、室内甲醛检测、特定环境检测等。

智能终端设备至少可以是服务器、电脑、手机、ipad、或一切装有安卓、iOS系统的电子设备。

智能终端至少与一台所述甲醛检测仪无线通信，即可以接受多台低功耗快速甲醛检测仪同时的数据传输和数据的处理和报警，多台同时测量，大大的提高了检测效率。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种低功耗快速甲醛检测设备，其特征在于，包括甲醛检测仪和与所述甲醛检测仪无线通信的智能终端设备，所述甲醛检测仪包括：

ARM处理器；

与所述ARM处理器相连的吸气控制单元及其输入端与所述吸气控制单元相连的吸气泵，所述吸气控制单元在所述ARM处理器的控制下驱动吸气泵吸入外部空气；

与所述吸气泵相连的气流室，所述气流室内包括电化学传感器和温度传感器，分别用于采集所述气流室内甲醛气体的浓度和温度信号；所述电化学传感器包括甲醛传感器和所述甲醛传感器的外围电路，所述甲醛传感器至少包括第一、第二……第六6个引脚，所述第一和第二引脚接电源VCC；所述甲醛传感器的外围电路包括：

连接所述ARM处理器端口的第一电阻；

与所述第一电阻串联的、且一端接电源VCC的第二电阻；

三极管和第三电阻，所述三极管的基极接于所述第一、第二电阻之间，发射极与第二电阻连接电源VCC的一端相连，集电极通过所述第三电阻接地且其还与所述甲醛传感器的第三和第四引脚相连；

第四电阻和第五电阻，所述第四电阻的一端接所述甲醛传感器的第五和第六引脚，另一端与所述第五电阻串联后接地，且所述第四电阻和第五电阻之间接入一用于采集甲醛浓度信号的AD采集口；

电容，所述电容并联在所述第五电阻两端，且与所述AD采集口相连；

分别与所述电化学传感器和温度传感器相连且均接入到所述ARM处理器的第一信号调理单元和第二信号调理单元，用于分别调理接收到的所述甲醛浓度和气体温度信号，并将其发送给所述ARM处理器计算出气流室内甲醛的浓度和温度；

与所述ARM处理器相连的3G监测/报警单元、WiFi模块、声光报警单元和标定设置按键，所述声光报警单元用于在甲醛浓度超标时同时发出声光报警，所述标定设置按键用于一键标定整个仪器的检测精度；

所述智能终端设备通过3G网络与所述3G监测/报警单元无线通信及与所述WiFi模块无线通信，所述智能终端设备用于接收并分析处理存储由所述3G监测/报警单元和WiFi模块传输过来的甲醛浓度数据，并将处理结果实时反馈给所述ARM处理器；

与所述气流室、ARM处理器和声光报警单元均相连的供电/充电单元；

与所述ARM处理器相连的显示器，所述显示器用于实时显示出所述ARM处理器计算出的数据参数，所述数据参数包括甲醛的浓度、温度、时间、电池电量、3G网络型号强度。

2.根据权利要求1所述的低功耗快速甲醛检测设备，其特征在于，所述供电/充电单元包括聚合物锂电池、输出端与所述聚合物锂电池相连的充电管理模块、与所述聚合物锂电池的输出端相连的升压模块和降压模块，以及与所述升压模块的输出端或与所述降压模块的输出端相连的稳压模块。

3.根据权利要求1或2所述的低功耗快速甲醛检测设备，其特征在于，所述标定设置按键包括用于实现检测仪的一键标定功能的一键标定按键、用于实现确认功能的确认按键以及用于实现选择功能的第一选择按键和第二选择按键。

4.根据权利要求1或2所述的低功耗快速甲醛检测设备，其特征在于，所述智能终端设备至少与一台所述甲醛检测仪无线通信。

5.根据权利要求1所述的低功耗快速甲醛检测设备，其特征在于，所述声光报警单元由LED灯和蜂鸣器组成。

6.根据权利要求1所述的低功耗快速甲醛检测设备，其特征在于，所述3G监测/报警单元通过WCDMA网络与所述智能终端设备无线通信。