开题报告智能空气检测器设计研究

2013级硕士研究生毕业论文开题报告题目：帝造D-00A1智能空气检测器设计研究学院：艺术与设计学院专业：工业设计工程研究方向：产品设计姓名：刘辰铭学号：415215113060指导教师：吴江职称：教授日期：2014年11月5日南昌大学硕士研究生学位论文开题报告姓名刘辰铭学院艺术与设计学院专业工业设计工程学号415215113060入学时间2013.9培养类别公费联系电话[phone]研究方向产品设计导师吴江论文题目帝造D-00A1智能空气检测器设计研究课程来源无锡帝造设计有限公司课题类别产品设计课题性质理论研究应用基础研究应用与理论结合研究直接应用于生产开发性研究综合性工程项目其它与选题有关的国内外研究综述，选题的理论意义和实际意义1课题的来源及研究目的和意义1.1课题的来源当今，人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后，又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染。美国专家检测发现，在室内空气中存在500多种挥发性有机物，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种。危害较大的主要有：氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。大量触目惊心的事实证实，室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”，也成为全世界各国共同关注的问题。据统计，全球近一半的人处于室内空气污染中，室内环境污染已经引起35.7%的呼吸道疾病，22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌。室内空气质量受到室内很多复杂环境因素作用和影响，而这些因素导致室内环境污染物的种类、污染水平和污染程度的不同。另外，人体对这些污染物的敏感程度也不一样，空气污染对人体伤害的潜伏期又较长，很难从直觉来感知其污染的程度，所以往往出现“身在毒中不知毒”的情况。FFU、洁净工程、洁净棚、洁净工作台通过检测仪器和国家规定标准方法进行室内空气质量检测，得出室内环境的评价报告，经过分析找出室内空气污染的根源，并能有效的对其进行治理。造成室内环境污染的主要来源是装饰装修材料，家具、家用化学品以及生物性污染，在买房，装修的过程中都要注意室内环境污染问题，科学装修，科学入住。它们都会直接影响人体健康，给人们健康的居住环境造成影响。1.2课题研究的目的本课题主要研究设计基于量化检测的“室内空气检测器”系统，室内空气检测器能迅速检测室内空气中的甲醛、苯、氨气、TVOC等有害污染物。2008年研发的分光光度检测仪器。室内空气检测器能同时检测六种室内污染气体（甲醛、苯、氨、甲苯、TVOC）的现场检测仪器，每项气体检测时间可由时间控制器调整，达到设定的时间后，可自动停止工作，并可现场对甲醛读数，打印出甲醛结果。且操作简便、设计合理、外形美观。本仪器已通过北京市计量科学研究所有性能指标测试，分光打印程序是针对甲醛检测试剂进行分光光度分析得出结果。1.3课题研究的意义空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一。空气质量检测种类包括装修污染、办公室内空气检测、作业场所有害物质检测、食堂油烟检测、锅炉大气及工业窑炉检测及工厂排放工业废气检测。另外，主要研究室内空气检测器适用范围，方便考察产品的性能，给人们生活带来改善：1）适合于监理、监测机构，治理公司、装修装饰公司、建筑公司、车间厂矿、也可用于科研、教学、实验室。2）室内空气检测仪适用场所：居室、办公室、宾馆、饭店、商场等场所，本仪器外型美观，携带方便，适合现场使用。可广泛适合于居室、室内、居住区、公共场所、生活场所和厂矿车间空气中甲醛的现场定量定性检测。携带式室内空气甲醛现场检测仪是参据国家标准GB/T18204.26-2000《公共场所空气中甲醛测定方法酚试剂比色法》原理设计而成。由于室内污染的检测数值与检测环境的温度、湿度、气压等都有很大的关系，所以，按正常的检测方式检测，往往数值会与预想的有所偏差。本款仪器与一般的分光度检测仪器不同的地方在于，可以根据需要，预先设定加减一定的系数，检测出来的数值就会比正常数值多或少一定的量（系数）；同时，本款仪器经过改进，六个气路的流量都可以控制，精度更高。2国内外的研究现状及分析2.1我国空气检测器设计发展现状及分析我国在70年代初期开始研制烟雾报警器，生产型号多样、品种较齐全，应用范围也由单一的炼油系统扩展到几乎所有危险作业环境的各种类型报警器，产品数量也在不断增加。但主要是在引进国外先进的传感器技术和先进的生产工艺基础上，进行研究与开发形成自己的特色。近年来，在烟雾选择性和产品稳定性上也有很大进步。空气气体检测仪器仪表中，由于独立式气体检测仪器仪表的技术和资金门槛相对较低，生产此种气体检测仪器仪表的企业最多，很多企业只生产此类气体检测仪器仪表。目前该领域国内规模较大的厂家有河南汉威电子股份有限公司、深圳市豪恩实业有限公司等。河南汉威电子股份有限公司在技术和质量控制方面较为领先，外贸出口较多，特别是汉威电子在高端民用检测器市场具有相对优势，2008年国内市场占有率达到15%。空气气体检测仪器仪表由于技术和资金门槛较高，生产企业相对较少，一般实力和规模都相对较强。国内较为知名的企业是：河南汉威电子股份有限公司、北京科力恒有限公司、深圳特安电子有限公司、成都安可信电子有限公司、哈尔滨东方报警设备有限公司等几家公司。其中北京科力恒是一家美资公司，其在点型气体检测器方面技术领先，主要销往冶金领域。深圳特安电子有限公司公司较早从事气体检测行业，产品在业界具有较好的口碑，主要销售行业是石油、石化领域。河南汉威电子股份有限公司产品线完善、性价比高，销售领域涵盖石油、化工和冶金、采矿、燃气、交通安全等领域，在工业便携及其他检测器市场占有率分别约达到11%及9.8%。济南长清计算机有限公司在燃气领域具有较好的业绩。进口产品品牌众多，占据了大量高端市场，有着较高的市场占有率和良好的质量口碑，但普遍价格昂贵。目前国内气体检测仪器仪表企业另一个突出的特点是产品线相对较短，应用领域有限，大多局限在工业安全、民用燃气安全领域，少数企业涉足环境保护、暖通空调、医疗和健康、农村能源沼气、温室暖房等某一领域，河南汉威依托自身的传感器技术、产业优势，在上述众多领域布局了系列产品，在道路交通安全用呼出气体酒精含量检测器、农村能源沼气领域，2008年产品市场占有率分别达到35%、55%。而暖通空调、医疗和健康、温室暖房领域的气体检测仪器几乎是进口产品一统天下。气体检测仪器仪表行业的广阔前景、快速发展及较高利润水平，也吸引了相关工业仪器仪表巨头的高度关注。部分工业仪器仪表巨头迅速调整方向介入气体检测仪器仪表行业，市场竞争越来越激烈。可以预见国内一些小型的气体检测仪器仪表企业面临洗牌的危险，而规模相对较大的企业也需要加强研发和技术创新，扩大生产规模，提高市场占有率，并迅速建立核心气体传感器研发和生产能力，以便尽快做大作强，才有足够实力与跨国巨头竞争。总之，作为朝阳行业的室内空气检测仪器仪表行业，具有广阔的市场潜力和发展空间，机遇和挑战并存，伴随我国经济的快速发展，也将迎来更大的繁荣。2.2国外空气检测器发展现状国外从20世纪30年代开始研究及开发烟雾传感器，且发展迅速，一方面是因为人们安全意识增强，对环境安全性和生活舒适性要求提高；另一方面是因为传感器市场增长受到政府安全法规的推动。据有关统计，美国1996年~2002年烟雾传感器年均增长率为27%~30%。随着传感器生产工艺水平逐步提高，传感器日益小型化、集成度不断增大，使得烟雾检测仪器的体积也逐渐变小，提高了烟雾检测仪器的便携性，更加利于生产、运输及市场推广。1963年5月，日本开发完成第一台接触燃烧式家用燃气泄漏报警器，次年12月其改良产品问世，改良的报警器可以检测燃气、一氧化碳等气体，可以安装在浴室或者采用集中监视。室内空气质量在西方国家开始受到重视，还始于20世纪70年代的石油危机，那场危机使得发达国家不得不以牺牲生活质量、降低生活水准为代价，节制使用能源。随后，欧美一些发达国家对建筑材料释放的气体对室内空气的影响及对人体健康的危害程度进行了全面系统的研究。这些国家发现人们出现的乏力、头痛、记忆力减退等症，与建筑物中的有机挥发物有关，这些症状被称为建筑物综合症（SBS）。据美国国家职业安全与卫生研究所（NIOSH）统计，美国室内从业人员出现SBS症状的比例已由1980年的2%上升到目前的35%～65%，显示出室内环境污染带来的巨大危害。现已证明，室内环境污染除能引起SBS症状外，还可能致癌、致畸、致突变。美国环保局（USEPA）现已将其列为除大气污染、工作间有毒化学品和水污染外的第四大环境污染，而室内环境污染的重点是室内空气污染。世界卫生组织（WHO）公布的《2002年世界卫生报告》中也将室内空气污染列为人类健康的十大威胁之一。西方各国对于室内空气品质及其污染指标也有不同认知。丹麦在对IAQ研究过程中取得了一系列成果，并提出了一些关于IAQ的评价指标，其中著名的有IAQ评价指标QPD和IAQ感知值C。英国则认为：房间内的一些有害气体（如氡、CO）等对人体无刺激作用，但对人体危害是很大的，因此只有主观的感受并不能够完整地反映IAQ。美国制定了ASHRAE标准62-1999《Venti1ationableIndoorAirQuality》，定义可接受的IAQ：空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓度，且处于该环境中的绝大多数人（≥80%）没有表示不满。值得一提的是，美国标准将通风空调涉及的空气分成五级，它反映了不同的污染程度，不同级别的空气决定其再循环的接受性，也确定了进风口和排风口之间的最小距离，系统直接回风的概念仅仅适合于一级空气，却不需要作任何预处理直接回风，二级空气要经过除臭和至少3um效率80%的空气过滤器过滤，或者用9份一级空气来衡释1份二级空气才可允许回风。三级空气要回风必须采用有效过滤，使它净化到一级空气才行。四、五级空气不得回风，要求直接排放。新风系统演变，让室内更美好实实在在的技术是改善室内空气品质的关键。早在五六十年代，发达国家便率先出现了风机盘管加新风系统，但由于该系统的冷热源是通过水送入房间的，风机盘管只能对房间空气进行循环冷却或加热，这样一来，既无法解决人们的舒适度要求，更无法解决室内的空气污染问题。这项技术从八十年代起便被取代，近期已不允许再被使用。然而不幸的是，该系统目前在我们国内却是相当常见的。取而代之的变风量空调系统是用送风温度来控制室内温度的。这个系统系统可以同时满足室内的空气品质，又达到节能的目的。是目前欧美发达国家的主流空调系统。而欧洲经济的支柱德国显然走得更远。德国近年一直致力于开发室内空气改善系统，2009年德国开发的室内空气环保检测器--室内二氧化碳检测器，便能够自动检测并保持室内环境的空气清新，让人精力充沛。另据国内绿色科技地产开发商--朗诗集团老总田明介绍，德国和日本已在居民住宅采用置换新风系统，实现每2个小时使整个室内换气1次，而这个系统目前在朗诗的项目上也得到应用。课题研究的主要内容以单片机为核心，选择合适的传感器，实现对室内温度，有毒有害气体的检测。研究集VOC气体及温度监测，显示与报警于一体，利用MCU进行数据采集保证了前台数据的及时、准确，有利于进行全方位的评价。具有良好的便携性和通用性，并且使用LCD点阵式液晶屏显示菜单，有良好的人机对话界面。课题研究的方法1）多搜集材料，掌握产品的基本情况，以便能正确地计划整个观察过程。2）根据研究任务和研究对象的特点，考虑弄清楚什么问题，需要什么材料和条件，然后作明确的规定。3）确定拟观察的的总体范围；确定拟观察的个案对象；确定拟观察的具体项目。4）问卷调查、访问调查等。了解事实情况、分析情况、认真研究，得出结论，寻找解决办法或进一步研究的方案。5）在实际环境中测试并进行修改、调试，直至达到课题要求。课题研究预期达到的目标通过研究室内空气净化器的定位与发展来充当论文有力的论据,，对空气净化器的外观进行设计，找寻可行的最优设计方案，对比国内外产品在产品形象方