网络传感器和物联网怎么协助处理空气质量危机

　　摘 要：现代工业社会构成的污染已成为十分严峻的问题。本文着眼于低成本智能传感器的分布式网络如安在办理和缓解空气污染影响中发挥效果。

　　关键词：空气质量；监测；网络；传感器

　　空气污染会导致或加重咳嗽和呼吸短促等症状。它可引发哮喘发生，并增加患有心肺疾病的人过早逝世的危险。在世界范围内，每年约有900万人死于空气污染，全世界90％以上的人口都生活在污染水平超越世界卫生组织（WHO）规则的当地。 最危险人群为年少、晚年和具有健康问题的人士。在户外作业或从事体育活动的人们，也面对更高的危险。

　　1 处理污染的技能

　　处理这些问题的根本是在全球范围内转向运用更清洁的燃料，操控排放并提高动力功率。

　　约束排放的方针修订收效缓慢。例如，许多国家现已计划筛选运用化石燃料的车辆。可是，这些方针的收效一般需求10年或许更长的时刻，而且替换一切现有车辆则将花费更长的时刻。

　　嵌入式体系和核算在所需新技能中发挥着不行估量的效果。例如，嵌入式处理器是电动轿车中比如电机操控和电池办理之类的根本组件。选用先进的自动化体系，工厂和办公室能够变得愈加的节能。

　　办公大楼已运用无源红外（PIR）传感器来判别建筑物的每个区域中是否有人，并相应地调整照明和供暖。增加CO₂ 传感器则将使建筑物的决议计划愈加精确和智能，并可进一步地节省动力。

　　在处理更大问题时，电子设备也可用于施行短期缓解战略。

　　2 污染监测

　　需求精确地监测污染。假如每个人都知道当地的空气质量情况，则他们能够采纳适宜的举动以减小影响。例如，避开最繁忙的路途可使您所遭受的污染程度折半。

　　对在更大区域内收集到的数据进行长时间的剖析，能够承认空气质量一直好或坏的地址。这能够为房子、校园和工厂的未来规划决议计划，供给有用参阅。

　　曩昔，精确的丈量需求贵重且粗笨的实验室设备。但现在有许多类型的传感器可用作小型电子设备。这包含：

　　● 光学颗粒计数器，经过检测颗粒散射的光来检测颗粒的污染程度。

　　● 光学传感器经过丈量红外光的吸收，来检测CO和CO₂等气体。

　　● 金属氧化物半导体传感器经过改动半导体层的电导，来检测气体的存在。

　　与微操控器归纳运用，它们可用于构建小型低成本的设备，以监控和盯梢污染水平。稍后将阐明此种体系的根本规划。

　　经过增加蓝牙或Wi-Fi衔接，此类传感器的物联网网络可用于广泛区域的分布式监控。这能够用于承认问题，例如校园邻近的交通污染情况或许工厂排放构成最严峻污染的当地。

　　3 污染类型及其健康危险

　　在许多城市，空气污染的最大来历为轿车。车辆发生的首要污染气体为二氧化硫（SO₂ ）和氮氧化物（NOx）的混合物。这些气领会影响呼吸和心脏功用。柴油发动机是一个特别令人重视的问题，因为它还会发生很多的颗粒物。

　　颗粒物包含在空气漂浮的固体颗粒和液滴的混合物。一般，颗粒物污染以雾霾的方式闪现，尤其是当它有助于构成烟雾时。在其他情况下，它则是不行见的，只能运用恰当的设备进行丈量。

　　颗粒的巨细直接与其引起健康问题的才能有关。直径小于2.5 µm的小颗粒（称为PM2.5）构成最大的问题，因为它们能够深化到人体的肺部乃至血液中。

　　在亚洲，首要因素是焚烧供热和发电的木材和煤炭。煤炭释放出的污染物包含SO₂ 、重金属和颗粒物。

　　化石燃料还会发生挥发性的有机化合物（VOC）。这些都为有毒化合物，例如：苯、甲醛和其他或许在大气中以气体方式存在的化合物。其间许多都是致癌物。它们也有其他发生来历，特别是油漆和建筑材料。

　　4 便携式污染监测仪的规划

　　物联网设备能够规划为实时监测和剖析空气质量的设备（图1）。设备能够显现来自一个或多个传感器的检测成果。这可运用快捷的数字LED显现所检测的污染水平，或许运用LCD触摸屏来完结更具体的信息显现和用户交互功用。

　　因为设备上的存储空间有限，而且为了能够同享和集成来自多个设备的数据，设备将运用Wi-Fi衔接将数据上传到云中。

　　当检测的特定污染物到达预设水平常，设备则会宣布警报。能够依据个人的需求设置此阈值（例如，哮喘患者或许需求比其他患者更早的提示正告）。

　　警报阈值也可被用于操控另一个体系。例如，它能够翻开通风体系或发送正告文本音讯。

　　能够运用云处理服务完结更具体的数据聚合、剖析和可视化，并经过网络服务器从任何智能设备或核算机对成果进行拜访。

　　适宜的微操控器板由半导体供货商和第三方进行出售。有许多事实上的规范，例如Arduino，它们规则了外形尺寸、接口、管脚等等。这导致了兼容子体系、开发工具和运用软件的爆破式增加。并可从供货商和社区取得支撑。这使得原型化新产品构思既简略又经济高效。相同的硬件乃至可用于小批量的出产。

　　有许多低成本传感器可作为现成的模块供给给客户，它们具有规范的串行或模仿接口。这样能够轻松衔接至微操控器。

　　例如，MQ135气体传感器（图2）是用于检测挥发性有机化合物的金属氧化物半导体（MOS）传感器。它可检测苯和相似的化合物。它供给了代表检测到污染物水平的模仿电压输出。虽然呼应对错线性的，但能够经过微操控器上运转的软件将其转换为1.0×10^-6级的数值。

　　DFROBOT SEN0219（图3） 选用非涣散红外（NDIR）感测，经过丈量LED吸收的红外光来承认CO₂ 的浓度。

　　相同来自DFROBOT的SEN0177（图4）运用激光散射来丈量PM2.5尘土颗粒的浓度。这运用串行接口将颗粒计数传输到微操控器。

　　一些模块结合了多种传感功用。例如，SparkfunSEN-14348运用了多个传感器以供给挥发性有机化合物的水平以及湿度、温度和大气压的丈量数值。

　　相同的根本硬件能够与各种传感器一同运用，以检测不同类型的污染物。

　　5 定论

　　低成本电子传感器能够供给分布式实时空气污染物检测。假如人们能够拜访精确且最新的当时信息，则可采纳措施以削减露出于污染环境中。例如，他们能够经过挑选更安静的路途，避开繁忙的路途，以削减在交通拥堵地段浪费时刻，和防止在户外进行剧烈的运动。

　　咱们对技能的依靠构成了这些问题，可是新技能也有必要成为处理此问题计划的一部分。

　　（注：本文来历于科技期刊《电子产品世界》2020年第06期。）