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基于树莓派的微型智能空气质量检测系统的实现技术研究

杜彬;宋坤伟

【摘要】空气质量检测是监控空气污染情况,并采取有效改善措施的必要环节,是环

境监测系统中的重要基础模块。树莓派作为当前性价比最高的微型计算机硬件系统,

在空气检测方面的应用潜力也非常巨大。文章针对体育馆、影院、地下商场等大型

室内空间的空气质量检测需求,基于树莓派3平台设计了一种支持多点部署的微型

智能空气质量检测系统,对室内空气中的MP2.5、二氧化碳、温湿度以及甲醛浓度

值等影响空气质量的重要参数进行实时监控,并上传至服务器存储。该系统具有低

成本、精度高且实时性强的特点。

【期刊名称】《太原学院学报：自然科学版》

【年(卷),期】2018(036)001

【总页数】5页(P33-37)

【关键词】树莓派;单板机计算机;空气检测;物联网

【作者】杜彬;宋坤伟

【作者单位】山西职业技术学院,山西太原030006;山西职业技术学院,山西太原

030006

【正文语种】中文

【中图分类】TP3

引言

当前在城市中因雾霾、尾气排放、室内装修而形成的各类污染成分在空气中的传播,

都会对人体健康造成损害,而大型室内场馆密闭性高、通风不足、人员密度大等特

点使室内空气污染的检测与治理显得尤为重要,而快速高效的实时空气质量信息检

测并自动记录相关数据的工作在为制订与实施空气质量改善措施提供参考依据的同

时,还可以为管理机构对场馆中的空气质量变化趋势分析与实施人员流量管控措施

提供基础数据支持,有效预防公共安全事故的发生。

树莓派作为基于DebianLinux系统的单板机计算机[1],因其体积小、集成化程度

高、扩展性强的优势被广泛使用在不同领域的物联网应用系统中,其低廉的硬件价

格与开放式的软件架构为用户提供了极高的性价比,非常有利于产品的推广与普及。

树莓派的第三代产品RaspberryPi3提供了种类丰富的传感器接口支持,通过编程

调用Linux开源库实现对PM2.5、二氧化碳、甲醛等传感器的控制，能够可靠的

完成空气质量的实时动态检测与数据上传,并具有设备体积小、实施成本低、实时

性强和精度高等优点。

1系统整体结构

如图1智能空气质量检测系统整体架构所示，系统划分为智能检测终端与云服务

器端两部分,智能检测终端由部署在树莓派平台上的多种传感器构成,系统利用传感

器模块按固定周期分别采集空气中的MP2.5、二氧化碳、温湿度以及用于反映甲

醛浓度的HCHO数据值,并调用GPRS模块上传至在线云服务器进行存储。在向被

监测场所的管理机构提供实时、准确的空气质量数据的同时,通过共享在云端服务

器上存储的数据,也可以为更大范围、更深层次的城市环境质量检测与综合评估系

统的开发与运行提供基础数据支持。

图1智能空气质量检测系统整体架构

2硬件设计

2.1树莓派开发平台

本文选用的树莓派3平台搭载了ARM11处理器(主频700MHz)、512M主存与

40个GPIO接口[2]。该平台良好的运算/处理能力与大量的GPIO接口在为系统

中现有的各个传感器数据采集功能的可靠运行提供保障的同时,还使系统具备了良

好的扩展性,开发人员可以根据项目的实际需求向系统中补充其它传感器模块,使系

统功能更加完善。此外,树莓派平台仅有一张磁卡大小的体积,也使得设备的安装部

署非常简便,适于在大型场馆空间中多点部署,对于当前室内装修结构愈加复杂的发

展现状,树莓派平台具备了非常优异的适应性与良好的性价比。

2.2PM2.5检测模块

PM2.5数据检测使用RiransPM2.5激光传感器,由于PM2.5主要由悬浮在空气中

的微小颗粒组成,普通的基于化学反映原理工作的有害气体传感器难以检测[3],因此

本系统选用了基于激光反射原理的传感器,通过对空气中直径超过3.03μm的悬浮

粉尘进行激光照射,当这些粉尘因受到光照而产生的散射光线被传感器上的光接受

元件接收到后,会根据散射的强弱(即反映粉尘密度)自动转换为不同强度的电信号,

并以电压的形式输出到树莓派平台上进行处理,准确获取当前空气中的PM2.5数据。

Rirans模块在树莓派平台上的配置方案如表1所示。

表1RiransPM2.5传感器配置方案模块引脚树莓派主板GPIO接口引脚功能

270.3微米颗粒物浓度,数据输出325vDC电源正极4110.5微米颗粒物浓度,数

据输出56接地

2.3二氧化碳检测模块