卫生间有害气体检测方案设计论文

现代住宅的卫生间是住宅内空气质量最差的部分之一，其主要的有害污染气体，如硫化氢（H2S）、甲硫醇（CH4S）、氨气（NH3）、吲哚（C8H7N）等，因此，卫生间内科学的良好通风设计，对于改善卫生间及室内其他房间的空气质量是非常重要的。

1排风口布置方式和补风形式确定

国内学者认为对卫生间座便器侧排风及室内新风渗入的情况最为合理，采用此方案的卫生间内污染物的浓度最低且扩散范围较小。若考虑季节气候室内外气温的差异，在节能性和舒适性方面，室内新风渗入情况都有明显的优点。座便器侧排风口设置在距座便器顶部0.3m处，即X=0m，Y=l.15m，Z=0m处，卫生间排风口设置如见图1所示。现代住宅卫生间多采用顶排风及室内新风渗入形式对卫生间进行通风。本方案采用座便器侧排风、顶排风及室内新风渗入形式对卫生间进行通风，使卫生间内污染物浓度最低，具有最好的通风效果。

2有害气体检测及排风总体方案设计

控制器采用STC89C52RC单片机，利用MQ137气敏传感器检测当前环境中NH3的浓度，利用ME4-H2S对所测空气中的H2S浓度进行测量。如果NH3和H2S传感器检测到这2种气体浓度不小于预置值时，则单片机将控制排风扇通电排风，同时启动声光报警，在液晶显示屏上实时显示当前H2S和NH3有毒气体的浓度；排风一段时间后，如果卫生间内的NH3和H2S浓度小于预置值，则单片机控制排风扇断电停止排风，声光报警关闭。该系统有无线遥控功能，可以实现对系统的无线遥控。有害气体测控系统框图如图2所示。电源模块STC89C52RC单片机H2S传感器NH3传感器红外接收头LCM显示模块排风机声光报警图2有害气体测控系统框图

3硬件设计

3.1控制模块本设计方案的核心控制

单元采用STC89C52RC型单片机芯片。该芯片是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，单芯片上拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。在本设计方案中，NH3、H2S传感器将检测到的信号实时地输入到单片机，经单片机的计算处理后，将2种气体浓度信息送至液晶显示单元显示，同时将实时显示的浓度值与预置值进行比较，以判断排风扇的开关及是否进行声光报警。

3.2采集信息模块选择

测量精度高、工作可靠，具备较强的防污染能力的气敏传感器。气敏传感器MQ-137是一种NH3检测装置其特点是响应快速、工作稳定可靠、电路简单、大信号输出、灵敏度高。MQ-137是一种电阻控制型器件，当环境NH3浓度变化时，传感器的电阻值亦随之变化，通过接口电路可以将MQ-137与计算机组成自动测控系统。随着环境中NH3浓度的不同变化，气敏传感器电阻值发生变化，通过转换电路将电阻变化信号转换为电压变化信号，将该电压值输入到单片机的模/数接口，即可确定当前卫生间的NH3浓度值。MQ-137根据当前卫生间的NH3浓度将测得的电压值输入至STC89C52RC相应引脚，STC89C52RC根据所输入的信号值与预置值进行比较，发出命令，控制相应的输出装置。电化学硫化氢气体传感器ME4-H2S用于测量环境空气中的H2S浓度。该传感器根据电化学的原理工作，利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程，通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位，在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化，由于氧在氧化和还原反应时所产生的法拉第电流很小，可以忽略不计，于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律。这样，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。ME4-H2S电化学传感器的主要特点是低功耗、高精度、高灵敏度、线性范围宽、抗干扰能力强、工作稳定可靠，适合环保中H2S气体的检测。

3.3显示及报警模块信息显示

使用液晶显示模块LCM12864，它由128列64行液晶显示点阵和其控制电路组成。该显示模块可以显示数字、字符、汉字和图形。因此，当前环境中的NH3和H2S的浓度值可以实时显示在屏幕上。声音报警选用蜂鸣器，由单片机的I/O口直接驱动三极管，再经过三极管放大电流后驱动蜂鸣器工作。光报警选用高亮度发光二级管，由单片机输出口直接驱动二极管不停地闪烁。

3.4稳压电源模块

220V交流市电经变压器降压，由全桥整流电路输出脉动直流电压，经过滤波电路后，由三端集成稳压电路LM7805输出稳定的5V直流电压，其稳压精度一般可达到0.04以上，因此用LM7805就可以满足单片机一般电压需求。

4系统软件设计

本方案设计主程序流程图如图3所示。软件通过Keilsoft-ware公司开发的KeilC51语言编写。KeilC51是用于51系列单片机的C51语言开发软件。具有Windows风格的可视化操作界面；支持汇编语言、C51语言以及两者混合编程等多种方式的单片机设计；能够完成51系列单片机以及和51系列兼容的绝大部分类型单片机的程序设计和仿真。KeilC51为单片机的软件开发提供了C语言环境，同时保留了汇编语言的高效、快速的特点。

5结语

本有害气体测控方案设计主要针对现代住宅卫生间内的NH3和H2S气体进行检测和通风排除。系统以单片机STC89C52RC为控制核心，实现了NH3和H2S有害气体自动测控。设计的系统经过仿真测试及在现场真实环境中实验，结果表明，该方案是有效和可行的。

作者：吴子敬 单位：齐齐哈尔大学应用技术学院