一种穿戴式实时环境气体监测装置及其监测方法【技术领域】
本发明属于环境监测技术领域，特别是涉及一种穿戴式实时环境气体监测装置及
其监测方法。
【背景技术】
在日常生活中，不论室内或室外，这些化合物无处不在，人们每天都暴露在含有大
量VOCs的环境中，如装修的油漆与木质家具，汽油、柴油等石油类衍生产品等。因此，需要通
过某些快速便捷的可穿戴检测手段，实时自动监测、分析和评估环境中VOCs的浓度水平，在
超过标准安全浓度后发出预警，以规避部分疾病的诱因，改善个人健康状况并有助于保护
环境。
【发明内容】
本发明的一个目的在于提供一种穿戴式实时环境气体监测装置，可长时间自动
的、持续的、动态的监测环境中的有害气体，实现多挥发源复杂环境中检测不同浓度的有害
气体，并可进行声光报警，体积小便于设计成穿戴式产品。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种穿戴式实时环境气体监测装置，其
包括电路板、电连接在所述电路板一边的电源装置、固定在所述电路板中部的且内部设置
有腔体的检测气室、与所述检测气室连通的微型气泵、电连接在所述电路板上位于所述检
测气室两侧的偏置电路、固定在所述腔体内的若干传感器以及电连接在所述电路板一边的
信号输出接口，所述传感器包括甲醛检测传感器、苯检测传感器和TVOC检测传感器。
进一步的，在所述微型气泵与所述检测气室连通的通道上设置有干燥过滤装置。
进一步的，所述电路板上电连通设置有声光报警器和控制模块。
进一步的，所述控制模块包括设置在所述腔体内的温湿度检测模块、与所述温湿
度检测模块电连通的单片机、与所述传感器电连通的信号处理模块以及数据通讯模块。
进一步的，裸露在所述电路板表面的引线表面经过沉金处理。
进一步的，所述传感器呈阵列形式布置在所述检测气室内。
进一步的，所述电源装置包括储蓄电池、与所述储蓄电池电连通的外电源接口以
及电源开关。
本发明的另一个目的在于提供一种穿戴式实时环境监测方法。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种穿戴式实时环境监测方法，其包括
以下步骤，
1)所述微型气泵间隔一定时间的将环境气体经过所述干燥过滤装置抽入所述检
测气室内；
2)所述传感器产生响应信号；
3)响应信号经过滤波放大；
4)经过滤波放大后的响应信号传递至所述单片机进行模数转换(A/D)；
5)所述单片机结合所述温湿度检测模的数据对响应信号进行修正；
6)修正后的响应信号传递至所述信号处理模块；
7)所述信号处理模块对信号进行处理后传输至所述数据通讯模块，同时所述单片
机将有关数据存储在数据通讯模块中。
进一步的，所述数据通讯模块通过蓝牙或USB将数据传输至手机客户端或PC终端。
进一步的，在所述步骤2中，所述传感器产生响应信号的步骤如下，
1)选取甲醛、苯和总挥发性有机化合物(TVOC)典型的环境有害气体作为初步检测
对象；
2)通过检测标准浓度的气体确定系统检测范围；
3)分析稳态峰值与对应浓度的相关性，绘制拟合曲线并作为标定方程；
4)以斜率和拟合程度同时最大为最优原则来选取所述传感器的检测结果，并得出
相应信号。
与现有技术相比，本发明一种穿戴式实时环境气体监测装置及其监测方法的有益
效果在于：
1)可长时间自动的、持续的、动态的监测环境中的有害气体，通过手动设置检测气
体的种类，传感器响应经过信号处理与计算分析后得到气体浓度值，数据可通过蓝牙定时
发送至智能手机，显示观测点气体浓度值并存储，或通过USB后期传输至上位机，以便观测
和分析大数据，绘制浓度图谱；
2)可记录所在位置的甲醛、苯或TVOC的浓度值，实现多挥发源复杂环境中检测不
同浓度的有害气体，并可进行声光报警；
3)结构紧凑，体积较小，便于设计成臂带、腰带佩戴在身上，开启电源后无需其他
操作即可长时间检测环境气体浓度，并可实时发送至手机，在超过标准安全浓度后发出预
警，或存储数据传送至上位机，以便在后期进行大数据分析；
4)具有自动化、低成本、实时性好、操作便捷等优点。
【附图说明】
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中的控制方法步骤示意图；
图中数字表示：
1电路板，11温湿度检测模块，12单片机，13信号处理模块，14数据通讯模块；2电源
装置，21储蓄电池，22外电源接口，23电源开关；3检测气室；4微型气泵；5偏置电路；6传感
器；7信号输出接口；8干燥过滤装置；9声光报警器。
【具体实施方式】
实施例：
请参照图1、图2，本实施例为穿戴式实时环境气体监测装置，其包括电路板1、电连
接在电路板1靠近一边的电源装置2、固定在电路板1中部的且内部设置有腔体的检测气室
3、与检测气室3连通的微型气泵4、电连接在电路板1上位于检测气室3两侧的偏置电路5、固
定在检测气室3内的若干传感器6以及电连接在电路板1一边的信号输出接口7。在微型气泵
4与检测气室3连通的通道上设置有干燥过滤装置8。电路板1上还设置有声光报警器9。
电路板1上设置有控制模块，控制模块包括设置在检测气室3内的温湿度检测模块
11、与温湿度检测模块11电连通的单片机12、与传感器6电连通的信号处理模块13以及数据
通讯模块14。数据通讯模块14与单片机12通过SPI通信连接。
电路板1表面不包含阻焊层，以避免传感器6以及偏置电路5在工作时发热导致油
泥释放出挥发性物质对检测环境造成干扰。电路板1表面裸露的引线表面经过沉金处理，进
一步减少了干扰气体的挥发，排除其对系统检测的影响。
传感器6优选的为MOS传感器或CMOS传感器。传感器6包括甲醛检测传感器、苯检测
传感器、TVOC检测传感器。传感器6呈阵列形式布置在检测气室3内，以便能够保证监测结果
的准确性。
电源装置2包括储蓄电池21、与储蓄电池21电连通的外电源接口22以及电源开关
23。
检测气室3通过微型气泵4进行气体的抽入与排出。
本实施例基于穿戴式实时环境气体监测装置的监测方法，其包括以下步骤：
1)微型气泵4间隔一定时间的将环境气体经过干燥过滤装置8抽入检测气室3内，
干燥过滤装置8主要可以除去环境气体中的水分和大颗粒物质；
2)传感器6对进入检测气室3的气体进行检测产生响应信号；
3)传感器6中产生响应信号经过滤波放大；
4)经过滤波放大后的响应信号传递至单片机12进行模数转换(A/D)；
5)单片机12输出模拟信号调整传感器6的偏置与增益，同时，温湿度检测模块11持
续检测检测气室3内的温度和湿度，将数据传至单片机12对传感器6的响应信号进行修正，
消除环境中的其他因素造成的误差；
6)修正后的响应信号传递至信号处理模块13；
7)信号处理模块13对信号进行处理后传输至数据通讯模块14，同时单片机12通过
SPI通信将有关数据存储在数据通讯模块14中；
8)数据通讯模块14通过蓝牙或USB将数据传输至手机客户端或PC终端；
9)微型气泵4将环境气体排出。
为了更好地监测室内或室外常见的有害气体对人体或环境造成的危害及影响，在
步骤2中，首先选取甲醛、苯和总挥发性有机化合物(TVOC)等典型的环境有害气体作为初步
检测对象，通过检测标准浓度的气体确定系统检测范围(0.01～0.5mg/m3)，分析稳态峰值
与对应浓度的相关性，绘制拟合曲线并作为标定方程，以斜率和拟合程度(R2)同时最大为
最优原则来选取传感器6的检测结果，并得出相应信号。
本实施例中，传感器6相应稳定时间为30s，系统可设置任意大于30s的数据发送间
隔，把目标气体浓度通过蓝牙上传至手机，或通过USB传输至上位机(PC终端)。
本实施例穿戴式实时环境气体监测装置可应用于车内污染、室内装潢、室外环境
等有害气体的实时和快速监测。如经过太阳暴晒后的车内装饰材料、室内装潢的各种涂料
和建材、室外环境中的汽车尾气等都极易挥发出烃类、烷基类、芳香族类等有害气体。
本实施例穿戴式实时环境气体监测装置及其监测方法的有益效果在于：
1)可长时间自动的、持续的、动态的监测环境中的有害气体，通过手动设置检测气
体的种类，传感器响应经过信号处理与计算分析后得到气体浓度值，数据可通过蓝牙定时
发送至智能手机，显示观测点气体浓度值并存储，或通过USB后期传输至上位机，以便观测
和分析大数据，绘制浓度图谱；
2)可记录所在位置的甲醛、苯或TVOC的浓度值，实现多挥发源复杂环境中检测不
同浓度的有害气体，并可进行声光报警；
3)结构紧凑，体积较小，便于设计成臂带、腰带佩戴在身上，开启电源后无需其他
操作即可长时间检测环境气体浓度，并可实时发送至手机，在超过标准安全浓度后发出预
警，或存储数据传送至上位机，以便在后期进行大数据分析；
4)具有自动化、低成本、实时性好、操作便捷等优点。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不
脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范
围。