隨著城市化進(jìn)程的加速，環(huán)境污染已成為人們關(guān)注的重要問題。其中，一氧化碳是一種常見的有害氣體，對人類和環(huán)境都有較大的影響。因此，如何準(zhǔn)確、及時(shí)地監(jiān)測一氧化碳的含量成為一個日益重要的課題。本文主要介紹基于一氧化碳電化學(xué)傳感器的環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究。

一、傳感器原理簡介

電化學(xué)傳感器是利用化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收的電荷來檢測氣體成份的裝置。而基于一氧化碳電化學(xué)傳感器，其檢測原理是利用一氧化碳在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流信號，通過電流信號大小可間接衡量一氧化碳的濃度。由于傳感器所具有的易制備、靈敏、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因此成為了目前最主流的一氧化碳檢測傳感器之一。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

基于一氧化碳電化學(xué)傳感器的環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)由多個組成部分組合而成，系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足可靠性、實(shí)用性、堅(jiān)固性等多重要求。

傳感器是環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分，其主要應(yīng)用于檢測一氧化碳的濃度。而在傳感器周圍還需要配備檢測環(huán)境中相應(yīng)物質(zhì)濃度的其他傳感器（如二氧化碳、甲醛、PM2.5等）以保證系統(tǒng)總體準(zhǔn)確度和精度。這些傳感器由微控制單元（MCU）進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)、連續(xù)地收集各種傳感器的數(shù)據(jù)，并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號通過通訊模塊輸出給上位計(jì)算機(jī)。

上位計(jì)算機(jī)可查看各個傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)而生成相關(guān)的畫面。例如，可以將整個環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)傳輸至虛擬地圖上，以直觀地呈現(xiàn)污染區(qū)域；或者利用人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過與歷史數(shù)據(jù)比較，預(yù)測出未來可能會產(chǎn)生哪些污染情況，有針對性地制定治理措施，實(shí)現(xiàn)污染防控目的。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用基于Arduino開發(fā)板設(shè)計(jì)思路，具體步驟如下：

1.利用Altium Designer軟件設(shè)計(jì)傳感器測量模塊電路圖和PCB不良原理圖，生成相應(yīng)的Gerber文件并于雙層鉆孔板上完成電路焊接組裝。

2.在傳感器周圍配置Wi-Fi通訊模塊,以實(shí)現(xiàn)與上位計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信渠道建立。

3.開發(fā)基于STM32F030C8T6單片機(jī)的水平放置電路板（PCB）和交互式操作面板，處理監(jiān)測環(huán)境中各個物質(zhì)的電壓與電流值數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送給WiFi通信模塊，隨后發(fā)送至上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行分品列表格及曲線展示并儲存如阿里云平臺上。

四、研究結(jié)果和總結(jié)

本文介紹了基于一氧化碳電化學(xué)傳感器的環(huán)境污染監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。該系統(tǒng)由多個部分組成，在滿足高準(zhǔn)確性的同時(shí)，具有良好的實(shí)用性和可靠性。研究結(jié)果表明，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)有效地檢測和記錄一氧化碳濃度，客觀反映當(dāng)前空氣質(zhì)量情況，可望為城市污染管理提供重要的技術(shù)支持和開發(fā)提供重要參考。