摘要：由于人们对健康的重视程度逐步提升，家具有害气体检测系统使用的家用需求量日益增加，对于家具有害气体检测系统的市场需求量也逐渐增多。人们希望可以确保自己的身体健康，希望通过家具有害气体检测系统来检测家居有害气体含量，及时发现家具有害气体，确保日常生活安全，在 STM32 的基础上，设计出家具有害气体检测系统。使用气体传感器监测到家居内有害气体的浓度大小，对检测得到的常见家具有害气体（甲醛、苯、甲苯、二甲苯等）浓度情况进行判定，在此过程中以 STM32 为主控核心，采用 STM32 所获取的气体传感器所采集的模拟信号并输入到 A/D 转换器中完成模拟信号转为数字信号，STM32 通过发送通信指令获取到 A/D 转换器输出的数据信号，并进行一定的处理以后将相关数据传输到LCD1602 显示器上并显示出来，通过蜂鸣器向人们发出预警。

关键词：安全监测；STM32；家有害气体传感器侦测系统

一、研究背景

新修订的强制性国家标准 GB 18584-2024《家具中有害物质限量》，于 24 年 6 月推出并将于 25 年 7 月 1 日起正式实行，将原有的 GB18584-2001《室内装饰装修材料木家具中有害物质限量》以及 GB28481-2012《塑料家具中有害物质限量》进行代替，是整个家具产品的测量规范。我国新的国家标准扩大了使用范围，提高了甲醛释放量的要求及试验方法、重金属（可迁移元素）、苯、甲苯、二甲苯、TVOC 等有害物质的要求及试验方法，增加了放射性核素限量，苯、甲苯等有害物质的检测更为方便。新国标生效后，能够更好地促进产品提质升级，有力确保了人民群众的身体健康，更有利于家具产品的有害物质检测和判断。

欧 盟 方 面： 欧 盟 委 员 会 于 2023 年 7 月 17 日 发 布 法 规(EU)2023/1464， 将 REACH 法 规 (EC)No.1907/2006 附 录 XVII 第 77项增加限制要求，禁止家具、物品、道路车辆内部释放甲醛，修订于 2022 年 8 月 6 日第 6 日生效并于 2026 年 9 月 28 日正式生效。如果在规定的测试条件下物品释放甲醛大于相应的限值（家具及木质物品： ≤0.062mg/m³ ; 其他物品： ≤0.080mg/m³ ），则不得投放市场。对各国制定严格的家具排放标准反映了全球对家具环保性能的要求越来越高，也催促国内跟进相关法规出台步伐，达到国际化水平。

虽然有规范性的政策制度约束，但家具在制作加工的过程中还是不可避免会应用大量的胶水、油漆以及人造板材之类的辅材，从而在极短的时间内释放大量的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC 等有害气体，这些有害气体经过长时间的释放后便会扩散至家居环境中，而消费者是完全没办法通过感官来准确辨别是否存在有害气体或具体数值是多少，为此便需要设计一套高效便捷且成本低廉的家具有害气体检测系统，一旦检测到超标便可对甲醛、苯等有害气体进行持续性检测并立即给予用户报警，保护用户的身体健康并以政策为参考、为导向来保证产品的绿色环保性能、推动行业产品更上一层楼。

二、方案设计与分析

该类智能气体监测设备以STM32F103C8T6单片机为主控芯片，利用下位机一端集成了气体传感器以及无线模块等，主要用于采集气体浓度值；PC 端上位机实现对收集到的数据的接收和监控，可以时时监测空气中VOCs 浓度值。

在 STM32F103C8T6 运行的过程中会不间断的响应来自气体传感器的数据信号，在将气体传感器采集到的实时气体浓度数据通过无线模块发送给上位机的同时完成数据的滤波、放大和 A/D 转换等工作，方便监控人员得到监控空间内的实时气体浓度。

此外，上位机软件具有智能报警功能，在监控的空间气体浓度超过规定限值时，马上报出相应的数据。

三、系统硬件设计

（一）气体传感器

本文选用能灵敏检测甲苯、甲醛等 VOC 气体的 MS1100 气体传感器，检测精度可达 16bit，工作温度为 -10～50^∘C ，工作电压为2.7~5V，集成了可编程的增益放大器，非常适合在这个空间进行气体检测的系统。具体气体浓度数值可由 RS 输出的电压值经放大器运算电路得出，再传入单片机进行分析。

（二）单片机

本论文选用的是整个硬件系统的主控制器 STM32F103C8T6单片机，由意法半导体公司生产。 STM32F103C8T6 运行频率为72MHz，具有每百兆赫兹 125DMIPS 的运算性能，128KBFlash，20KBSRAM，内部有高速石英晶体振荡器 80MHz， 在 RTC 时钟，用于石英晶振荡器的 32MHz[2]。 这种能够满足本系统需求的处理器体积小，功耗低，处理数据速度快。

（三）无线模块

该系统的无线数据传输模块选用 ESP8266-01S 芯片，可实现该系统的无线数据传输到上位机软件中，并将数据传给下位机检测系统。ESP8266-01S 模块与 3.3V 电压供电的 STM32F103C8T6 单片机用串口相联，为 ESP8266-01S 模块和单片机（串口相联，向单片机发送数据）的连接电路。还可以将 ESP8266-01S 模块作为通信中间件，上位机软件通过WiFi 与其连接并对其进行信息交换。

（四）上、下位机系统程序设计

系统软件设计涵盖多个关键程式模块，包括初始化程式、传感器侦测程式、单片机数据解析程式、时计中断与时钟程式以及无线模块程式等，所有程式均采用 C 语言编写。

上位机在控制领域应用广泛，具有可靠性高、适应性强的特点，且易于编程和进行模块化结构扩展。本套监控系统将电脑与控制器相结合，实现了两者的优势互补 —— 既充分发挥了个人电脑人机交互功能强大、应用软件丰富、价格低廉等优势，又结合了控制器的专业控制能力，从而形成一个性价比极高的控制系统。值得一提的是，本文所使用的上位机软件是在 VisualStudio2022 环境下开发的，同样采用 C 语言编写。

四、总结

该系统主要适用于不便于现场检测的空间，如新装修的房间、仓库和工作间等。设备应用 Sensor 技术，WIFI 通讯技术实现数据共享，实现远程监控和数据保存功能，结合上位机软件和云端数据库系统，使得整个系统设备在人力、物力、财力等方面的支出大大降低，结构简单，操作简单。

参考文献：

[1] 吴自玉 , 钟安德 , 谢宗效 , 等 .STM32 的有害气体云数据库远程检测系统设计 [J]. 单片机与嵌入式系统应用 ,2023,23(02):73-75.

[2] 孙磊 . 一种低功耗 CMOS 晶体振荡器的设计 [J]. 中国集成电路 ,2016,25(5):15-22.

作者简介：杨博深（2005-）男，山东济宁人，本科，研究方向：基于STM32 的家具有害气体检测系统的研究与设计。