共享式社区服务甲醛检测系统设计

卢春池，陈向东

（西南交通大学信息科学与技术学院，四川成都611756）

随着人们生活水平的不断提高，房间装修中对装修材料的广泛使用，使得室内空气中的甲醛污染问题越来越严重[1]。及时发现甲醛浓度超标，可以避免甲醛对自身造成的伤害。目前家居环境中检测甲醛有以下3个方法：购买甲醛检测仪器设备，设备价格不一，但普遍较高；请专业的检测公司，由于检测过程的复杂性，一是检测时间长，二是检测成本高；使用甲醛检测试纸，精度低、误差大，不能准确检测室内的甲醛浓度[2]。

近年来，移动互联网得到了长足发展，涌现了一些通过手机App检测甲醛的技术方案。“狗鼻子”甲醛检测仪通过将检测仪插入到手机的音频插口，甲醛数据经插口的信号编解码后显示在手机App上，该设备小巧轻便，App提供数据存储、污染等级等功能[3]；“爱可知”智能甲醛检测仪通过家中的WIFI路由器将当前的甲醛含量实时同步到手机App中，实现了远程监控甲醛浓度[4]。

上述甲醛检测App的共同特点是都需要购买配套的甲醛检测仪，而检测仪的价格比较昂贵，在家居环境中使用次数较少的情况下，显然很不划算。而本系统基于共享经济理念，实现甲醛检测仪的可共享化，用户在社区物业处获取甲醛检测仪，每次使用后只需要支付当次的检测费用，并在规定的时间内及时归还到社区物业处。这样一个小区配备几部甲醛检测仪即可满足整个小区用户检测甲醛的需求。

1 系统总体与工作流程

共享式社区服务甲醛检测系统整体结构如图1所示，主要由底层甲醛检测终端、Android客户端App和基于B/S后台业务管理系统构成。底层甲醛检测终端由主控芯片STM32、电化学CH2O甲醛传感器、无线WIFI模块组成。Android客户端App控制检测终端的开始和停止采集、显示和存储甲醛浓度，以及支付检测费用。基于B/S后台业务管理系统采用MVC模式，并通过Java Web和MySQL数据库设计实现。

图1 系统整体结构图

工作流程如下：1）甲醛检测终端上电初始化WIFI热点，等待客户端的连接；2）用户登录Android客户端App，进入检测界面后App开始计时，搜索并连接检测终端的WIFI热点，连接成功后App向甲醛检测终端发送开始检测的指令，App接收到WIFI传输的甲醛浓度信息，同时将数据存储在Android的SQLite数据库中；3）停止检测时，客户端App向甲醛检测终端发送停止检测的指令，检测终端接收到指令后停止检测，用户通过App支付本次检测费用，支付完成后App接收到服务器发送的消息提醒；4）用户可以通过App查看甲醛浓度的历史记录，向后台业务管理系统提交意见反馈以及查看当地的空气质量情况；5）通过后台业务管理系统管理用户的个人信息、查看用户意见反馈、设置收费标准、查看用户订单、查看设备使用情况和月份收入报表统计等操作。

2 硬件设计

系统硬件电路主要包括STM32最小系统、甲醛传感器模块、WIFI模块、OLED显示电路和按键电路，硬件电路框图如图2所示。

图2 硬件电路框图

2.1 甲醛传感器模块设计实现

电化学甲醛传感器模块利用电化学原理对空气中存在的CH2O进行探测，此模块与电化学甲醛传感器相结合，具有良好的稳定性，此模块带有NTC温度传感器，可进行温度补偿[5]。

甲醛传感器模组总共有4个管脚，各管脚的功能如表1所示。开启STM32的UART2，甲醛模块的RX、TX引脚分别连接STM32的PA2、PA3引脚。

表1 传感器管脚功能

甲醛模块通讯波特率为9 600，无校验位，数据位8位，停止位1位，发送的数据帧格式如表2所示。

表2 发送数据帧格式

模块接收到发送过来的数据帧后，返回检测结果，返回的数据帧格式如表3所示。

表3 返回数据帧格式

2.2 WIFI模块设计实现

WIFI无线传输采用ATK_ESP8266串口WIFI模块。ESP8266模块电路设计较为简单，模块有串口发送接收引脚，仅需给其供电并将其TXD引脚（串口发送脚）接STM32的UART3的PB11引脚（串口3接收脚），RXD引脚接处理器的PB10引脚（串口3发送脚），模块运行于AP工作模式，并设置为TCP服务器，作为无线WIFI热点，等待客户端App的连接，实现串口与App的无线数据转换互传。

3 软件设计

3.1 甲醛检测控制的软件设计

甲醛检测终端上电初始化等待客户端App连接检测终端的WIFI热点，OLED显示连接状态。若接收到App发送的开始检测指令，检测终端启动甲醛传感器，并向串口2连续发送数据帧；串口2接收甲醛传感器返回的数据帧，经STM32解析处理后在OLED上显示当前的甲醛浓度，同时通过连接在串口3的WIFI模块发送数据到App。接收到App发送的停止检测指令后，检测终端停止发送数据帧到串口2。甲醛检测终端的程序流程图如图3所示。

图3 甲醛检测终端程序流程图

3.2 Android客户端App设计

本系统的Android客户端App开发环境采用谷歌公司新推出的Android Studio，Android Studio提供了集成的Android开发工具用于开发和调试[6]。客户端App的功能架构如图4所示，包括用户管理、甲醛检测、移动支付、功能模块等功能。

用户使用App注册个人信息，此信息存储在管理后台的MySQL数据库中，登录后进入如图5（左）的欢迎界面，该界面简单介绍了系统的服务流程，体现了共享的特点。主界面如图5（右）所示，界面使用到了5个Fragment设计，对应5个导航图标，分别是历史数据、个人信息、设备查询、甲醛检测、其他功能，点击图标切换界面。在“历史”菜单中用户可查看检测甲醛的历史数据，数据存储在SQLite数据库中。“设备”菜单如图6（左）所示，显示了该小区所有甲醛检测仪当前的使用情况，为“空闲”状态时，说明该编号的检测仪可供用户使用，显示“使用中”，则表示当前编号的检测仪有其他用户在使用。

图4 客户端App功能架构图

图5 欢迎界面和主界面

用户使用检测功能时，点击检测界面中间的按钮，根据提示输入甲醛检测终端的编号，进入甲醛检测界面，App开始检测计时。

检测界面如图6（右）所示，该界面包含的功能分为无线连接、检测控制、数据显示、超标报警和移动支付。检测流程是：首先，用户需要连接检测终端的WIFI热点，并点击界面的“开始连接”按钮；确认连接WIFI成功后点“开始检测”，App发送指令到检测终端，检测开始后App接收甲醛数据并动态显示和污染评级，若甲醛超标，App发出警报；最后，检测结束，点击付款按钮，App停止计时，根据检测时长计算检测费用。

用户可使用支付宝和微信支付结算检测费用订单，由于是个人开发，并不具备商户资质认证资格，所以无法调用支付宝和微信支付的官方API。本系统App采用Bmob后端云封装的支付宝和微信支付SDK来完成支付功能的接入。

工具模块功能包括关于我们、版本更新、空气质量、一键分享和意见反馈，其中空气质量查询使用了高德地图定位SDK，使用此功能，用户可以实时查看当前城市的空气质量情况。除此之外，用户的建议可以通过意见反馈功能发送到到后台业务管理系统。

图6 设备状态显示和甲醛检测界面

3.3 后台业务管理系统设计

后台业务管理系统基于MVC模式的B/S架构，运行环境为Win7系统，使用MyEclipse开发工具，使用到的技术为 JSP、Servlet、JavaBean、JDBC、Tomcat等的组合，通过HTTP通信协议实现前后台的数据交互通信，客户端App与后台服务器通信示意图如图7所示，客户端App发送数据到指定请求地址，请求地址的格式为[7]：http：//服务器 ip地址/工程名/servlet的映射地址。

图7 App与后台业务管理系统通信过程

服务器接收到App发送的数据后通过DAO层的实体对象操作MySQL数据库获得需要的数据，再经过业务逻辑层最终返回给表示层，展示给后台管理员使用[8]。在表示层，管理员能完成的功能操作主要包括添加管理员、用户信息维护、用户订单管理、用户建议查看、收费标准设置、设备使用情况、收入金额统计等，后台业务管理系统功能框图如图8所示。管理员模块和用户模块都是对数据库的增删改查操作，可供管理员对用户信息进行管理。订单查询功能可查看用户使用设备的时长以及消费的金额。设备模块是所有甲醛检测终端的使用状态信息，若编号为01的检测终端当前为未归还状态，管理员可以查询到某用户正在使用01编号的甲醛检测终端，并通过发信息催还，用户归还后，管理员把状态改为“空闲”。收费模块分为费用设置和报表统计[16]，管理员可以设置甲醛检测终端使用的收费标准，以及查询每个月的收入统计情况。

图8 后台业务管理系统功能框图

4 系统测试

系统模拟共享过程进行了测试，该过程包括：1）用户在查询到编号可用的甲醛检测仪后到物业管理处索取检测仪；2）登录客户端App后开启甲醛检测仪来检测甲醛含量；3）检测结束后支付本次检测费用；4）用户归还甲醛甲醛检测仪。

检测甲醛过程在某小区对新装修的房子进行甲醛浓度检测，选择了6个不同的测试点，室温27℃，同时与当前市面上销量较好的“乐控”甲醛检测仪测试的甲醛浓度进行比较，如表4所示。从测试得到的数据与参考值的比较中可以看出，本系统甲醛检测仪所测得的甲醛值在超标与未超标的情况下比较接近，总体来说数值是比较准确的。

表4 测试数据（单位g/m3）

检测界面显示的甲醛浓度情况如图9所示，同时超标报警正常运行，检测完成后支付检测费用，账单显示了用户的开始使用时间、结束时间、收费标准、使用时长、支付金额和支付方式选择。在查询历史数据菜单可以查询到测试后的历史数据，如图10所示，可查看检测时间和甲醛浓度值，方便用户随时查看。用户归还甲醛检测议后，设备状态改为“已归还”，如图11所示。

图9 检测界面和支付账单

图10 历史数据查询界面

图11 设备使用情况

5 结束语

共享式社区服务甲醛检测系统可以实现用户使用共享的甲醛检测仪，并通过客户端App检测家居环境中的甲醛浓度，和支付检测费用。后台业务管理系统实现了对客户端App的数据和业务支持，从而达到了一体化管理的效果。借助移动互联网和物联网节省了人们检测甲醛的检测成本[17]，本系统具备了智能化、便捷化、节能化的特点。适用于新装修房子较多的各大社区、新楼盘等，在共享经济大热的当下，本系统具有一定的推广价值。