封闭式运动场馆空气质量实时监测系统的构建

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1、封闭式运动场馆空气质量实时监测系统的构建摘要：在健身需求不断高涨的今天，人们对运动质量的要求也越来越高。本研究使用传感器技术和程序控制技术，研发封闭式运动场馆空气质量实时监测和调控系统，从而提高封闭式运动场馆的空气质量，为人们提供良好的运动健身环境。关键词：封闭式；运动场馆；空气质量；实时监测中图分类号：TP311.13随着人民生活水平的不断提高，运动热情的加大，人们对于绿色健康运动的意识也在逐步提升，与此同时人们对运动场馆空气质量的要求也越来越高。长时间的室内运动，人体产生大量的二氧化碳和其他分泌物，这些物质随着场馆内运动人数的增加和运动时间的延续，逐步增多并降低场馆内的空气质量，影响着

2、运动人群的健康。室内环境的空气质量对人体机能产生一定的影响，尤其是长时间在封闭的运动场馆内进行高强度运动将产生更大的影响，因此，急需加强对封闭式运动场馆空气质量的监测和管理，以提高人们的运动质量。6如何保障封闭式运动场馆的空气质量是研究人员普遍关注的热点问题。为了使健身锻炼的人们能够达到预期的运动效果，本研究设计并开发了一种能够对氧气、二氧化碳、温度、湿度等进行实时监测的空气质量监控系统，并能够结合室内换气系统对场馆内空气进行调节，改善空气质量，为人们拥有一个舒适健康的运动环境提供保障。1空气质量检测与改善方法室内空气质量检测的方法主要分为三种：化学分析法、气体耗氧量法和传感器检测法。化学

3、分析法使用一定量的空气样本，通过一系列的化学反应实验，并对实验得到的数据进行转换，从而得到取样空气中各项物质的浓度。气体耗氧量法采用了有机物被氧化的性质，对室内被氧化的气体进行耗氧量测试，然后通过得到的数据结果来表征室内有害物质的含量。传感器检测法主要是选择现成的对应类型传感器，通过电路接口读取传感器测得的数据，在处理器中进行数据分析以后转换为室内空气中有害物质的浓度，按照测量原理大致有电容型、电感型、电阻型和电化学型四种类型传感器。化学分析法和气体耗氧量法虽然具有较强的可靠性，能对多种有害气体进行检测，但是缺乏检测的时效性，检测周期较长，而传感器检测法具有速度快、集成度高、简单易用等特点

4、。所以，本系统采用传感器检测法实现对空气质量的监测。6改善室内空气质量的方法有很多，例如通风换气、使用空调、选用空气处理设备等等。瑞典知名教授Sundell曾经就对一百多栋大厦的换气条件进行过研究，他发现室内通风量大的建筑发生建筑综合病的概率就小。由于运动项目的特殊需求，封闭式运动场馆内必须保持较小的空气流动，减少气流对运动的干扰，因此，本系统在监测到空气质量降低到临界值后，将发出报警信息，并控制换气扇开启或者室内空调开启，以调节场馆内空气质量。2系统结构设计系统由采集模块、接收处理模块和分析模块三大部分组成，其功能结构如图1所示。采集模块主要完成氧气和二氧化碳浓度、温度和湿度的检测，并将

5、检测数据通过无线传输方式发送至接收模块。接收处理模块是系统的主要模块，主要用于接收采集模块发送过来的数据，并进行暂存、报警等操作，然后再将数据发送至分析模块，当发出报警信息的同时，开启排风系统或空调系统。分析模块主要完成对数据的存储和分析任务，并控制显示屏显示当前空气质量数据。3系统功能设计3.1监测数据采集数据采集工作由分布在场馆四周的五个采集点构成，如图2所示是数据采集点位分布图，采集点将数据汇总到接收端后进行相应的处理。图2数据采集点位分布图数据采集包括氧气浓度检测、二氧化碳浓度检测、6温度和湿度检测四部分，分别采用传感器技术实现。氧气浓度传感器是一种测量氧含量的电化学装置，由氧离子

6、导体、参考电极和待测试样本构成，通过测量此装置的电动势，即可确定待测试样本的氧含量或氧分压。二氧化碳浓度传感器采用红外二氧化碳传感器，由于二氧化碳能够吸收特定波长的红外线，以减少穿过测量室的红外能量，能量减小的程度与二氧化碳的含量有对应关系，从而得到样品气体中二氧化碳的浓度。温度、湿度传感器能够将空气中的温度量和湿度量一起转换成电信号，其测量的值一般是温度和湿度的相对值。3.2无线数据传输数据接收端采用单片机进行数据接收，并将数据保存在存储芯片内。无线数据传输的关键器件是无线通信芯片，本系统选用PTR2000无线数据传输模块，该模块采用了挪威Nordic公司推出的nRF401无线通信芯片，

7、具有体积小、功耗低、速率高的特点，使用433MHzIGM频段，是真正的单片UHF无线收发一体芯片。在数据编码方面，nRF401采用串口传输，无须对数据进行曼彻斯特编码，应用及编程非常简单，传送效率较高。3.3数据处理与分析数据分析模块采用.Net6Framework技术开发Windows平台下计算机应用程序，利用串口数据传输技术获得下位机上传的实时数据，使用Access数据库存数数据，该模块是系统的主要程序。管理员使用该