北京的夏天，不是藍(lán)天就是烈日，或者暴雨。遠(yuǎn)離霧霾，人們似乎忘記了空氣污染。中國建筑研究院專家表示，室內(nèi)空氣質(zhì)量往往被忽視。其實甲醛、揮發(fā)性氣體等室內(nèi)污染物的種類和濃度遠(yuǎn)高于室外污染物，其危害不亞于霧霾。大多數(shù)人每天80%以上的時間都在各種建筑里度過。室內(nèi)環(huán)境對人們的健康非常重要。但是要求環(huán)保公司做一個測試，時間很長，費用很大。有沒有簡單易用的裝置可以實時檢測空不同室內(nèi)位置的空氣質(zhì)量，引導(dǎo)人們開窗通風(fēng)凈化空空氣？清華大學(xué)大四學(xué)生劉天怡和他的同學(xué)開發(fā)了一套“室內(nèi)空空氣污染視覺檢測系統(tǒng)”，使得空空氣質(zhì)量檢測變得簡單易行。目前，他們的技術(shù)已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利。

創(chuàng)意像測戶外空氣一樣測室內(nèi)空氣

2010年，劉天怡從黑龍江省哈爾濱市考入清華大學(xué)，就讀于現(xiàn)精密儀器系測控技術(shù)與儀器專業(yè)。他是定向生，平時學(xué)習(xí)任務(wù)重，但這并不妨礙他抽出時間參加一些科研項目。

2012年上半年，大二學(xué)生劉天怡參加了一個重大裝備“故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)”的研究項目?！霸谶\輸過程中，有必要連續(xù)監(jiān)測其儲存間的溫度和濕度空”經(jīng)過半年的實驗室“泡”，劉天怡印象最深的是氣體檢測的三大特點:可測量數(shù)據(jù)、設(shè)備能耗低、無線數(shù)據(jù)傳輸。

也是在今年，霧霾繼續(xù)席卷華北和長江三角洲，空氣質(zhì)量成為北京乃至全國公眾關(guān)注的焦點。清華大學(xué)的劉天怡也感受到了這種變化。晚上他喜歡在羊蹄甲學(xué)生公寓前的操場上跑來跑去，但灰暗的日子讓他的聲音很不舒服。劉天怡說:“北京已經(jīng)有了空空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，所以我想，室外空空氣很差，室內(nèi)空空氣很可能被污染了。你能做一個系統(tǒng)裝置來檢測室內(nèi)空空氣質(zhì)量嗎？”

他在網(wǎng)上搜了一下，發(fā)現(xiàn)有些環(huán)境檢測公司已經(jīng)開展了室內(nèi)空氣體檢測業(yè)務(wù)，但是價格昂貴，需要預(yù)約，耗時較長，檢測只能逐點進(jìn)行?！拔蚁氤蔀橐粋€能同時反映我家任何地方氣體質(zhì)量的系統(tǒng)空，不是一個‘點’而是一個‘面’?！眲⑻焘露藳Q心。這種系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)是可測量的數(shù)據(jù)、低能耗和可傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。而這恰恰是他最近的收獲。

研發(fā)歷時半年自主設(shè)計無線傳輸設(shè)備

下定決心，行動迅速開始。2012年下半年，升大三的劉天怡急需招聘。他在清華大學(xué)鼓勵科技創(chuàng)新的星火班找到了兩個志同道合的學(xué)生，一個是精密儀器專業(yè)的李凌，另一個是機械專業(yè)的蔡東。在他的班上找到了兩個“同事”程文學(xué)和周丹。正式組建了一個五人小組。他們還得到學(xué)校5000元的資助。

這個五人團(tuán)隊完全不符合清華工科專業(yè)男多女少的特點——只有劉天怡和蔡東是男生。時間不等人。經(jīng)過兩天的討論，指定五個人負(fù)責(zé)硬件、電路和測試；蔡東負(fù)責(zé)芯片和編程；李玲負(fù)責(zé)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；周丹負(fù)責(zé)與無線電傳輸相關(guān)的射頻技術(shù)；程文學(xué)負(fù)責(zé)計算機軟件和數(shù)據(jù)庫。

大家的特長都發(fā)揮到了極致。回顧整個研究，最困難的一步是克服無線傳輸技術(shù)。他們知道市場上有現(xiàn)成的無線電發(fā)射模塊，但經(jīng)過反復(fù)考慮，他們決定獨立開發(fā)?！耙皇且驗槭忻嫔腺u的無線模塊太大，不符合我們的輕量級設(shè)備定位；二是他們定價過高；另一個最重要的原因是我們想制造自己的技術(shù)?！眲⑻焘f。

再開發(fā)有多容易？他們設(shè)計焊接了一晚上的調(diào)制電路，但安裝了發(fā)射天線后，無論如何也發(fā)不出信號，只好重新設(shè)計。這次往返是一周。再試一次，還是不行，再來。第三次無線傳輸?shù)木嚯x終于“有了一個床板的距離”，這無疑是一個振奮人心的消息。他們把它推倒，再試一次。第四次信號傳輸距離穩(wěn)定保持在30米以上。他們成功了。這時，他們開始這個項目已經(jīng)半年了。

接下來的研發(fā)是理所當(dāng)然的事情，電腦軟件形成的很快，傳感器的購買和安裝也很順利。到2013年初，整個系統(tǒng)終于開發(fā)成功。

效果50平米房間3秒鐘顯示污染信息

近日，在清華大學(xué)紫荊學(xué)生公寓，記者看到了這套檢測終端。乍一看，它們只是小盒子，每個盒子只有一副撲克牌那么大，只是每個盒子上有一個大約10厘米長的天線。劉天怡說，在這個系統(tǒng)中，四個盒子沒有配備傳感器，它們承擔(dān)著“定位基點”的作用。裝有空空氣質(zhì)量傳感器的盒子接收來自“定位基點”的信號，這樣它們就可以通過三維立體確定自己的位置。

劉天怡熟練地啟動了一個傳感器，同時在他的筆記本電腦上打開了一個軟件。大約3分鐘后，軟件顯示出類似熱成像效果的地圖。很快，地圖的一種顏色開始從藍(lán)色變成黃色，最后變成橙紅色，“表明這個地方的空氣污染物濃度很高，顏色越紅，濃度越大。”劉天怡說，具體的濃度數(shù)據(jù)可以通過軟件恢復(fù)獲得。

劉天怡說，他們曾經(jīng)找到一個大約50平方米的房間進(jìn)行測試。啟動傳感器后，他們把傳感器盒放在一個故意灑了一點甲醛的地方。結(jié)果三秒后，電腦上的軟件收到了甲醛濃度過高的數(shù)據(jù)信息，“非常敏感?！?/p>遺憾未能將PM2.5納入檢測范圍

劉天怡告訴記者，該系統(tǒng)的硬件配置包括四個定位基點、一個網(wǎng)關(guān)和任意數(shù)量的傳感器檢測終端?！澳阕疃嗫梢栽O(shè)置122個終端，覆蓋一個房子的任何角落，沒問題，隨時測試，隨時反饋。這是它和普通室內(nèi)空氣體檢測方法最大的區(qū)別。”

他說，經(jīng)過測試，該系統(tǒng)的氣體檢測精度可以達(dá)到百萬分之六，位置檢測精度可以達(dá)到0.5米以內(nèi)，完全滿足家庭環(huán)境的檢測需求。在功耗方面，這個系統(tǒng)也很節(jié)能，一次充電可以工作12個小時以上。在成本方面，劉天怡表示，如果能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)，四個定位基點、一個網(wǎng)關(guān)和三個測試終端的成本將在500元左右?！耙话慵彝ザ假I得起?！彼f打開系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)家里某個房間空氣污染嚴(yán)重，可以開窗通風(fēng)或者打開空空氣凈化器，很有針對性。

記者了解到，目前，該系統(tǒng)的專利申請已經(jīng)進(jìn)入實質(zhì)性審查階段。劉天怡告訴記者，他們的系統(tǒng)可以檢測各種室內(nèi)空氣污染物，如甲醛和氨。然而，對于像PM2.5和PM10這樣受到公眾廣泛關(guān)注的顆粒物，該系統(tǒng)并未包括在測試范圍內(nèi)。"合適的傳感器不容易找到。"他坦率地說。此外，劉天怡還表示，該系統(tǒng)在人性化方面仍需進(jìn)一步完善，如開發(fā)配套的手機客戶端軟件?！斑@不能說是遺憾?！?/p>

今年下半年，劉天怡將升入研究生階段。他選擇攻讀碩士學(xué)位。經(jīng)過五年的努力，他的專業(yè)是“慣性技術(shù)”。“這個系統(tǒng)和我之前做過的研究方向完全不同?！彼f，如果有時間，室內(nèi)空空氣污染視覺檢測系統(tǒng)會盡可能完善。

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