微型空氣汙染系統開發分析研究

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(1)National Taiwan Normal University. Computer Science and Information Engineering. 微型空氣汙染系統開發分析研究 Development and Analysis of Micro Air Pollution Sense System. Supervisor:. Author:. Dr. Ling-Jyh Chen. Yu-Wei Lu. August 6, 2013.

(2) 目錄 1 緒論............................................................................................................................. 1 2 相關工作..................................................................................................................... 3 3 硬體設計..................................................................................................................... 5 3.1 Arduino................................................................................................................. 5 3.2 二氧化碳微型氣體感應器 ................................................................................. 5 3.3 一氧化碳微型氣體感應器 ................................................................................. 7 4 數據轉換..................................................................................................................... 8 4.1 對數迴歸法(Logarithmic Regression, LR) ......................................................... 8 4.2 查表法(Look-Up table, LU) ............................................................................. 11 5 實驗分析................................................................................................................... 12 5.1 二氧化碳校準 ................................................................................................... 12 5.2 一氧化碳校準 ................................................................................................... 13 6 實際應用................................................................................................................... 16 6.1 戶外定點量測 ................................................................................................... 16 6.2 室內空氣品質檢測 ........................................................................................... 23 6.3 移動式區域量測 ............................................................................................... 27 7 結論........................................................................................................................... 30 參考文獻...................................................................................................................... 32.

(3) Abstract. 氣體採樣是量測空氣品質的主要方法，透過採樣氣體的濃度可以作為評估目前周遭環境對人體健康影響的參考依據，因此，如何準確，有效率的氣體採樣，是主要的關鍵。目前採樣的方式有許多種，但主要還是透過專業的定點氣體採樣檢測器，而這些專業採樣檢測器除了檢測準確率高之外，在價格、體積和使用方式上往往受到許多限制。像是體積過於龐大並不適合隨身攜帶，也並必須要使用有限的電源供應，無法長時間在戶外無法充電的環境持續進行採樣。因此有介於專業檢測器的缺點，透過微型氣體感應器來進行氣體採樣是未來生活中不可或缺的一項技術，微型氣體感應器除了低成本方便體積小、低耗電、更重要的是微型氣體感應器可應用的範圍非常多元化。所以本論文基於此目標進而開發出微型氣體感應器系統 (Micro Air Pollution Sensing System, MAPS)，透過專業檢測器的實驗分析，並根據本論文的評估，顯現 MAPS 的實用性和可用性，此外 MAPS 的操作方便、容易攜帶適用於各種環境下進行汙染量測之外。關鍵字: 微型氣體感應器、感應器、二氧化碳、一氧化碳、空氣品質量測. 1 緒論都市空氣汙染，是現在城市和發展中國家的一個主要問題。其污染嚴重影響人體健康，導致各種呼吸系統疾病 (如哮喘)，如果長時間的暴露高汙染的環境中，也可能會導致癌症。此外空氣汙染所導致的環境問題 (如酸雨、臭氧層耗竭)，因此空氣汙染監控是非常重要的。美國國家海洋及大氣管理局 (NOAA) 設在太平洋夏威夷的一個觀測站 [10]，太平洋上空平均每年的二氧化碳濃度不斷上升，以至於地球的溫室效應越來越嚴重，地球環境變遷持續惡化，而地面上的汙染也日新月異。環境中空氣污染監控都是大多由官方的機構運作。利用傳統的分析儀器，能夠準確的量測大範圍濃度的空氣汙染物，但是這些傳統的分析儀器嚴重的. 1.

(4) 缺點是龐大的體積，昂貴的價格與維護的費用。基於成本考量，固定監測站的數量往往受到限制。近年來，許多研究團隊開始使用低成本的微型氣體感應器來量測大氣中的化學汙染物。這些微型氣體感應器暴露於濃度氣體時會產生電化學反應，使其微型氣體感應器電流或電阻改變。這些微型氣體感應器價格低廉、體積小、適用於移動式的量測。因此研究人員將它們整合在移動裝置上 (例如公車)。利用移動裝置的移動性獲得較高的分辨率和量測範圍，而不需要增加數百或數千檢測站來提高其覆蓋的面積。本論文所主要所面臨挑戰，主要在於使用低成本的微型氣體感應器，它們主要的缺點是有限的精確度和分辨率、穩定性低、且選擇性差。因此通常在使用低成本的微型氣體感應器通常應用於量測高濃度區域 (例如工廠、汽車行業) 或著是在氣體警報器之類。因此在使用低成本的微型氣體感應器來量測一般環境中的氣體濃度時，有許許多多的問題產生。由於微型氣體感應器是不穩定的，因此有所謂的老化問題，老化問題主要是指感應器重新校準的校準區間，舉例來說市面上所購買的氣體檢測器，並不是購買後都保證永遠都能正確的量測濃度值，通常都必須每年都要重新對檢測器重新進行校準。但是低成本的氣體感應器的重新校準的間隔是不穩定的，因此再使用每月或是每周，甚至於每次使用前，必須要重新校準。另一個挑戰在於微型氣體感應器的選擇性差，主要在於微型氣體感應器檢測出來的濃度值容易受到環境中溫度和濕度影響，因此手動校準微型氣體感應器，是一項複雜而且費時的任務。在本論文中，將會介紹微型氣體感應器的電路設計原理，由於不同微型氣體感應器會有其使用方式，因此對於不同微型氣體感應器有不同電路設計原理。而微型氣體感應器所輸出的電壓值如何轉換成目前環境中的氣體濃度，本論文也將介紹如何得到準確的數據轉換的公式。本論文做了長時間的實驗去分析各個轉換公式其與市售檢測器的誤差率，並決定主要的數據轉換. 2.

(5) 的方式以及基準點。透過數據分析實驗之後認為本論文所提出的 MAPS 設備有一定程度的準確度，並且透過進行實際應用研究，透過配合中研院還變中心進行大高雄的空氣品質量測，利用環變中心所使用的專業檢測器與本論文所開發的 MAPS，同時進行長時間的量測進行研究分析，並且提出結論。另外還進行了室內空氣檢測實驗，同時記錄室內的人數以及二氧化碳濃度，分別在開窗、關窗和使用自動控制的風扇。自動風扇設定是當濃度大於一定程度就開啟而濃度降至一定程度後就會自動關閉。藉由開窗、關窗、自動風扇，分別分析研究人數與濃度的關係。最後本論文還對大台北地區交通繁忙的台北車站周遭，利用騎機車的方式進行區域性的空氣品質量測。本論文架構如下。第二章，將介紹目前市面上相關的檢測設備。第三章，將介紹 MAPS 所使用的微型氣體感應器工作原理以及設計理念。第四章，將介紹如何將微型氣體感應器輸出電壓如何轉變成相對應的氣體濃度值。第五章，本論文使用 MAPS 與市售檢測器同時進行採樣實驗結果與分析。第六章，提出本論文實際應用成果與分析。第七章，提出研究貢獻與結論。. 2 相關工作近年來人類健康意識越來越高，因此任何可能會危害人類健康的可能，我們都應該試圖去了解和避免。目前市面是常用的檢測氣體濃度的方法主要有三種，分別有氣體檢測車、專業定點檢測站、還有使用微型氣體感應器等三種方式。最常見的是政府單位所使用的定點專業檢測站，通常會架設在國家公園中或著是學校的樓頂上，而所使用的儀器準確率都較優異，但是價格卻也是非常昂貴，而且在設備的維護方面，也是非常費時且需要而外的成本，因此由於價格與專業檢測站維護問題往往限制了專業定點檢測站的數量。而氣體檢測車主要應用很少，比較類似的使用像是在戰爭中國防單位的毒氣防護方面，透過可移動性，能夠去進行區域性的空氣品質的量測。. 3.

(6) 近年來許許多多研究都是以微型氣體感應器為主要方向，像是與智慧型手機結合的微型氣體感應器應用 [14, 15, 19, 20] 在現在智慧型手機越來越普及的同時，與智慧型手機結合的研究數量也不斷上升，因此也有許多研究團隊想要利用智慧型手機去進行空氣品質的量測。另外還有就是使用微型氣體感應器對環境進行氣體檢測 [13, 21, 23] 主要是想要透過微型感應器價格合理的原則上，進而增加檢測設備的數量，在量的提升的原則下，而一步步的研究改善感應器準確性方面的研究，像是自動即時的校準等。另外還有與車子座結合的微型氣體感應器應用 [22] 就是想要使用微型氣體檢測器去達成氣體檢測車的應用方面，其差異只在於一個是使用專業的氣體檢測器，一個是使用微型氣體感應器，由於其差異的存在，也有許多問題還有挑戰可以去研究和克服的。主要由於微型氣體感應器也不是沒有缺點的，因為微型氣體感應器有老化問題，所以重新校準微型氣體感應器變成一個費時而且複雜的工作，因此有許多研究微型氣體感應器的校準方面 [16] 利用各感應器在網路的環境下，能夠相互溝通，相互的去做校準進而解決微型氣體感應器費時的校準程序。因為微型氣體感應器體積小，省電，以及價格合理，雖然準確率不如專業的檢測儀器，但是由於價格便宜，所以在採樣的點與收集的資料都能夠有效的增加，並且能夠搭配許許多多的設備像是網路、衛星定位、其他各式各樣的微型氣體感應器等。像是瑞士的蘇黎世聯邦理工學院 (ETH) 他們就開發出一組系統，結合微型臭氧感應器以及微型一氧化碳氣體感應器，並且架設在當地的電車上面，隨著電車的運行，進行電車周遭的環境進行臭氧和一氧化碳氣體的檢測，並且利用網路將收集到的資料傳到他們的資料庫上面，建立微型氣體感應器網路 [13, 17, 18]。因此本論文也想透過微型氣體感應器試圖打造出一個低成本，方便攜帶且體積小，結合二氧化碳以及一氧化碳微型氣體感應器的微型氣體感應器系統 (Micro Air Pollution Sensing System, MAPS)，希望能夠讓進行空氣品質的量測，變成一種輕鬆且方便的事情，進而推廣以提高人們對於空氣品質的. 4.

(7) 重視，讓政府單位能夠重視空氣品質的問題，地球只有一個，避免未來子子孫孫能夠吸到健康無污染的空氣。. 3 硬體設計在本章節中，本論文將介紹所使用的微型氣體感應器，以及它們的使用特性，並簡單敘述對於其不同特性，以及設計的理念。由於每個不同的微型氣體感應器，有不同的檢測特性，而為了要使這些微型氣體感應器能夠順利的運作與進行量測，因此除了在軟體程式的配合外，在硬體設計方面也必須要有所規劃。. 3.1 Arduino Arduino 是在 2005 年 1 月份的時候由米蘭互動設計學院的兩位教授 David Cuartielles 和 Massimo Banzi 所共同設計的一塊開放原始碼的單晶片開發版。其製作的主要構想是希望能夠設計出方便設計師與藝術家們能夠更方便使用的單晶片開發版。因此透過 Arduino 人們只需要學習基本的電子和感測器知識，就能夠快速地設計出理想中的作品，所以非常適合電子知識背景薄弱的人所使用。Arduino 除提供 14 支數位輸入/輸出接腳，6 支類比輸入接腳，重要的是他價格便宜，只需要 30 美元。透過 Arduino 可以很輕鬆的各種電子元件或微型氣體感應器結合，非常的方便。其 Arduino 開發版實體圖如圖 1所示。. 3.2 二氧化碳微型氣體感應器二氧化碳微型氣體感應器本論文同樣是採用 HANWEI 公司所生產 MG811 微型氣體感應器 [5]，除了對二氧化碳有良好的靈敏度和選擇性外，對於溫度濕度的影響小，還擁有良好的穩定性和再現性。根據 MG811 規格. 5.

(8) Figure 1: Arduino 開發版實體圖 [2] 書，此微型氣體感應器採用的是固體電解質的原理，因此只需要輸入電就可以運作。由於 MG811 的輸入電壓為 6V，不符合 Arduino 的 5V 輸出電壓，因此勢必需要外部電源的支持，雖然也能夠將 Arduino 的 5V 電壓去做升壓，但是在電壓升壓的過程中勢必會有轉換的電流消耗，為避免無謂的電池消耗，所以還是採取使用外部電源的方式。利用 7806 穩壓 IC [12]，除了能夠有效地將電壓溫定輸出 6V，也能避免微型氣體感應器受到輸出電壓不穩的情形，確保感應器能夠正常的運作。另外由規格書所提供的 MG811，由圖 2 所示。當 MG811 檢測到 3500ppm 的二氧化碳時，電壓會從大約 330mV 降至 280mV，其差異只有 50mV。由於 Arduino 在做 A/D 轉換時，是將 0 至 5V 轉換成對應的 0 至 1023 數位訊號值，因此每個值的差異為 4.9mV，即 343ppm 的二氧化碳變化，其精準度用來量測環境中濃度是不可行的。因此，對於電壓瓦數的問題，必需採用額外的外部電源供應，因此在電路方面添加穩壓 IC，將外部電源的電壓穩定降壓至 6V，以確保供應微型氣體感應器的電壓穩定。另外對於精準度的問題，本論文所採用的方式是將所得到的訊號進行放大處理，為此採用的是美國 TI 公司研製的運算放大器 TLC271 [7]，其輸入的阻抗高達 1012kΩ，而輸入失調電壓僅為 0.1�V/ V，而且功耗極低。因此透過運算放大器將訊號放大後，能夠很精確的得到. 6.

(9) Figure 2: MG811 反應電路圖 [5]. Figure 3: MAPS 二氧化碳感應器設計圖適合的 A/D 電壓。其設計電路如圖 3 所示。. 3.3 一氧化碳微型氣體感應器本論文採用的是 HANWEI 公司所生產 MQ7 微型氣體感應器 [4]，它除了對一氧化碳有良好的靈敏度外，而且低成本、壽命長。根據 MQ7 規格書，此微型氣體感應器是採用高低溫循環檢測方式，在低溫 (1.5V) 的時候檢測一氧化碳濃度，在高溫 (5V) 的時候清潔低溫時所附著的雜散氣體，並根據微型氣體感應器電壓，換算出相對應的氣體濃度。其反應電路圖如圖 4 所示。因此在每前 60 秒的時候必須要給 MQ7 微型氣體感應器 5V 的電壓供應，之後 90 秒需要只要 1.5V 的電壓，為了達成電壓切換的動作，且利用繼電器 [11] 來達成電壓切換的動作，並且利用二極體來降壓將 5V 電壓至 1.5V。繼電器切換的時間以及微型氣體感應器 A/D 轉換，都交給 Arduino 進行控制，其設計電路如圖 5 所示。. 7.

(10) Figure 4: MQ7 反應電路圖 [4]. Figure 5: MAPS 一氧化碳感應器設計圖. 4 數據轉換通常微型氣體感應器公司都會提供各微型氣體感應器的產品規格書，其中內容包含微型氣體感應器的使用方式、電路設計等。而透過 HANWEI 公司所提供的 MG811 以及 MQ7 微型氣體感應器規格書，可以從規格書裡面看到微型氣體感應器的濃度靈敏圖。從圖 8 和圖 9 可以看到他們電壓與濃度的對應關係，但是由於此微型氣體感應器是低成本的微型氣體感應器，所以每個微型氣體感應器在公司出廠的時候，並不會對每個微型氣體感應器去做校準。因此即使透過規格書上面的對應關係去換算，其換算出來的濃度值離實際環境真實的濃度差距是非常大的。因此必須找到準確的轉換公式，才能夠將各微型氣體感應器所得到的輸出電壓轉換成精準的氣體濃度值。. 4.1 對數迴歸法 (Logarithmic Regression, LR) 透過氣體濃度和微型氣體感應器輸出值在不同基準點的對應關係推估，找出微型氣體感應器輸出電壓與氣體濃度的對應關係。. 8.

(11) Figure 6: MAPS 二氧化碳感應器實體圖Figure 7: MAPS 一氧化碳感應器實體圖. Figure 8: 二氧化碳感應器 MG811 靈敏度圖 [5] • Log scale : 轉換公式如下。其中 χ 表示校準完後氣體濃度值，y 表示微型氣體感應器輸出的電壓值，m 表示斜率，b 表常數。依照不同微型氣體感應器校準，各微型氣體感應器會有各自的 m 與 b。. log x =. y−b m. (1). • 基準點來源: – 感應器規格書 (Specification, SPEC) 以感應器規格書為基準的對數迴歸法，其每個感應器所得到的數據轉化公式都會是相同的，並不會因為不同微型氣體感應器而有所不同。就我所知，越是昂貴的微型氣體感應器在出產的時候，會一一對各個微型氣體感應器進行校準，以符合其感應器規格書的數據轉化。而本論文所使用的是較為廉價的微型氣體感應器，因此微型氣體感應器生產後並不會對各個微型氣體感應器進行校準，因此可想而知，若是以. 9.

(12) Figure 9: 一氧化碳感應器 MQ7 靈敏度圖 [4] 其為數據轉化其準確度差異會很大，但是若只是想看到氣體濃度變化的趨勢，用感應器規格書為基準的對數迴歸法則是非常的方便。另外就感應器規格書而言，本論文所使用的一氧化碳微型氣體感應器其生產商所提供的規格書並沒有表明微型氣體感應器電壓與氣體濃度的靈敏度圖，所以一氧化碳微型氣體感應器在校準實驗不會有這個方法。 – 固定氣體濃度 (Fixed Concentration Gas, FCG) 以固定氣體濃度為基準的對數迴歸法，則是透過氣體行購買固定濃度的氣體，並且將所使用的微型氣體感應器放置於一進一出的密閉容器內，透過將固定濃度氣體的不斷灌入，以及原本容器內的氣體不斷被排出後，藉此去觀察微型氣體感應器的輸出電壓的值，透過兩種不同濃度測試，藉此可以找出其對數回歸法的數據轉換公式。本論文所使用的二氧化碳固定濃度氣體是使用 0 ppm 以及 1000 ppm 的固定濃度氣體，而一氧化碳則是使用 0 ppm 以及 25 ppm 的固定濃度氣體。 – 專業檢測器 (Professional Instrument, PI) 以專業檢測器為基準的對數迴歸法，則是將專業檢測器以及微型氣體感應器同時放置在同樣環境位置上，同時記錄錄專業檢測器的氣體濃. 10.

(13) 度值以及微型氣體感應器的輸出電壓，找出其氣體濃度值以及感應器輸出電壓的最大值以及最小值，另用這兩點去獲得對數迴歸法的數據轉換公式，再透過其公式去將所得到的感應器輸出電壓去轉換成對應的氣體濃度值。因此以對數迴歸法而言，分別有感應器規格書、固定氣體濃度、專業檢測器三種不同基準點來源，本論文方別以 LR-SPEC、LR-FCG、LR-PI 分別表示之。. 4.2 查表法 (Look-Up table, LU) 透過微型氣體感應器與檢測器同時進行長時間量測，記錄微型氣體感應器輸出電壓與檢測器氣體濃度，依照紀錄的感應器輸出電壓與檢測器偵測到的氣體濃度值建造出對應的電壓與濃度的關係表。 • 基準點來源: – 專業檢測器 (Professional Instrument, PI) 查表法只能透過專業檢測器為基準來進行，其方式是將微型氣體感應器與專業檢測器同時放置於有濃度變化的環境中，其環境中濃度變化越大越好，透過長時間的紀錄微型氣體感應器的輸出電壓和專業檢測器所量測到的氣體濃度值，我們可以將其關係製作成對應的資料表，將來當得到感應器輸出電壓時就能透過其資料表查詢對應的氣體濃度值。其查表法的方式是非常費時的，在製造資料表以及查詢資料表都需花費較多的時間，而且每個氣體感應器也必須要各自製作各自的資料表。另外由於查表法必須將微型氣體感應器與專業檢測器同時放置在有濃度變化的環境中，同時進行氣體的檢測，這對於一氧化碳氣體是非常困難的。主要由於通常一氧化碳氣體都是透過燃燒所產生，所以在環境中並不會有大幅度的一氧化碳氣體產生，若沒有一氧化碳氣體濃度的變化，即使使用查表. 11.

(14) Figure 10: 室內 (密閉) 二氧化碳校準實驗環境圖法也會無法有代表性，因此一氧化碳微型氣體感應器我們並沒有使用查表法去做數據轉換的準確性實驗。. 5 實驗分析本論文所使用的市售檢測器是採用 Lutron 公司所生產的二氧化碳檢測器 (GC2028)[9] 與一氧化碳檢測器 (GCO2008)[8]。將利用市售檢測器的氣體採樣結果為依準，藉此去分析各數據轉換在不同基準點來源的精準度。二氧化碳檢測器 GC2028 偵測濃度是 0∼5000ppm 而其準確率則是當 1000 ppm 以下是 50ppm，1000∼3000ppm 則是 5%，大於 3000pmm 則是有 25 ppm 的誤差。而一氧化碳檢測器 GCO2008 偵測濃度的範圍為 0∼1000ppm，準確率則為 5%+2ppm。. 5.1 二氧化碳校準本實驗地點是選在臺灣師範大學資工系館 212 室，實驗期間窗戶都是緊閉狀態，透過室內二氧化碳濃度變化，共採集 10 天的資料，實驗環境如圖 10 所示。本實驗主要利用人呼吸所排放的二氧化碳濃度而造成的室內環境二氧化碳濃度變化，藉著二氧化碳濃度的變化去比較微型氣體感應器在不同. 12.

(15) 數據傳換法和在不同基準的轉換方式，藉著去評估各種轉換方式的優劣。此實驗其中的某一天採樣結果如圖 11，從二氧化碳實驗濃度圖我們可以看出室內密閉環境中的濃度是非常高的，即使我們有開冷氣但是二氧化碳的濃度同樣是非常的高，其中 PI 為市售檢測器所量測到的氣體濃度值，而 LR-Spec 則是以氣體規格書為基準的對數迴歸法，而 LR-PI 則是以市售檢測器為基準的對數迴歸法，LR-FCG 是以固定濃度氣體當作基準的對數迴歸法，LU-PI 則是以市售檢測器為基準的查表法，而這查表法的資料表是透過這 10 天的市售檢測器的氣體濃度與微型氣體感應器的輸出電壓將其結果製作出表格，並且在利用其表格去將微型氣體感應器所得到的輸出電壓，找出對應的氣體濃度值。另外如果在相同的市售檢測器所得到的氣體濃度會有若干組不同的微型氣體感應器的輸出電壓，而我們是將其輸出電壓取平均，來建造其查表法的資料表，以至於及時使用查表法也不會是 100% 的準確。最後實驗統計的結果如圖 12。可以從二氧化碳校準實驗結果圖看到果然透過感應器規格書為基準的對數迴歸法其誤差率是非常的高，雖然透過感應器規格書當作基準的對數迴歸法能夠看出其濃度變化趨勢，但是其結果還是非常不理想。而 LR-PI 與 LR-DCG 和 LU-PI 三種數據轉換法其誤差率差異不大都非常的低，由於 LU-PI 是透過市售檢測器為基準的查表法在製作表格和數據轉換都較為麻煩不便，因此我們頃向於不採用此數據轉換方法。而至於對數迴歸法的基準專業檢測器和固定濃度氣體，這兩個方法我則是主要採用以專業檢測器為基準的對數迴歸法，其主要理由除了其準確率較低外，再來就是其轉換方式較為方便。. 5.2 一氧化碳校準一氧化碳校準實驗地點是在自家密閉的倉庫，由於環境中除非有燃燒，不然通常並不太會有一氧化碳氣體的產生，因此本論文則是使用機車發動後產生的廢氣，藉由機車燃燒廢棄的產生一氧化碳氣體，實驗環境如圖 13 所. 13.

(16) 2500. 2000. PI LR-Spec LR-PI LR-FCG LU-PI. ppm. 1500. 1000. 500. 0 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00. Time(Hour). Figure 11: 室內 (密閉) 二氧化碳校準實驗濃度圖 350 300. Avg error rate. 250 200 150 100 50 0 LR-Spec. LR-PI. LR-FCG. LU-PI. Figure 12: 室內 (密閉) 二氧化碳校準實驗誤差圖示。我們是將市售檢測器以及微型氣體感應器同時放置在倉庫中間，由於市售檢測器必須要連結電腦才能夠將收集到的氣體濃度記錄起來，否則單純市售檢測器只能夠記錄最大值以及最小值。獎機車排氣管至於倉庫的鐵門中，並且將鐵門關至適當的位置，已盡量模擬出密閉的環境，其中的倉庫鐵門的縫隙則是放置飲料箱去阻擋空氣流通。其實際環境圖如圖 14所示。從圖 15 可以看到當天市售檢測器與 MAPS 所量測到的一氧化碳氣體濃度，其中 PI 為市售檢測器所測量到的一氧化碳氣體濃度值，而我們也以市售檢測器的結果為依準去比較各種數據轉換方法的準確差異如何。由於一氧化碳微型氣體感應器規格書並沒有微型氣體感應器輸出電壓與氣體濃度的關係圖，因此沒有以規格書當作基準點的結果，因此一氧化碳實驗只有 LR-PI. 14.

(17) Figure 13: 室內 (倉庫) 一氧化碳校準實驗環境圖. (a) 實際環境圖. (b) 實際環境圖. Figure 14: 室內 (倉庫) 實驗機環境照片以及 LR-FCG 這兩種，分別是以市售檢測器為基準的對數迴歸法和以固定濃度氣體為基準的對數迴歸法。另外由於一氧化碳氣體通常都是經由燃燒產生，因此使用要建造資料來使用查表法有一定的困難程度。因此只有使用檢測器與固定濃度氣體為基準的實驗結果。從圖 16 可以看到使用檢測器來當作基準點來源是較為準確的，大約其平均絕對誤差若再 8ppm 左右而若是使用固定濃度氣體為基準的對數迴歸法則是大約 10ppm 左右。因此本論文主要還是以檢測器為基準的對數迴歸法來當作本論文主要的數值轉換方法。. 15.

(18) 120 PI LR-PI LR-FCG. 100. ppm. 80 60 40 20 0 0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00. Time. Figure 15: 室內 (倉庫) 一氧化碳校準實驗濃度圖 15 14. Mean absolute error. 13 12 11 10 9 8 7 6 5 LR-PI. LR-FCG. Figure 16: 室內 (倉庫) 一氧化碳校準實驗誤差圖. 6 實際應用 6.1 戶外定點量測這次的實際應用主要是配合中央研究院環境變遷中心進行大高雄地區的空氣品質量測，因此我們想要透過與中央研究院環境變遷中心所使用的專業檢測器去與本論文所研發的 MAPS 設備去做準確率的比較，其實驗區域圖如圖 17。本實驗共進行二個禮拜左右 (2013/1/15-2013/1/28)，實驗環境主要規劃是在沒有下雨的情況，主要若是下雨中央研究院環境變遷中心的某些氣體量測器材怕會有所損壞，但是台灣南部地區通常較為炎熱，因此下雨時間也不多，除非有颱風。至於地點是選在高雄的輔英科技大學頂樓以及正修. 16.

(19) Figure 17: 大高雄量測地點圖科技大學頂樓，選這兩的地區主要是因為輔英科大是位於上風處，而正修科大位於下風處，中央研究院環境變遷中心主要想要透過上風以及下風處去想要研究大高雄的各種氣體的汙染情況。止於本論文主要是出動 9 組 MAPS 設備。其設備擺放方式是架設在大樓的樓頂上，除了通風外，也能避免遮蔽以影響到 GPS 的時間定時，如圖 18 和圖 19所示。從圖 18可以看到我們設備的內部結構，最主要選擇這個除了上方有個遮罩可以避免雨水淋濕我們的設備外，在設備底部我們同樣也有製造許多出水孔，以避免雨水導致我們設備的損壞，並且也裝上一個小型的風散可以將周遭的空氣吹進本論文所使用的微型氣體感應器裏頭，並且將 GPS 模組放置於上方，以便能夠抓取到 GPS 座標和絕對時間。從圖 19設備架設圖，我們可以看出除了本論文所使用的 MAPS 設備外，其餘皆是中央研究院環境變遷中心所使用的專業氣體檢測器，他們所使用的專業檢測器除了體積大外，價格都非常的昂貴，因此才會需要避免下雨而導致設備的損壞，另外它們所使用的專業檢測器為了避免環境的污染而導致量測到的氣體濃度的不準確，必須每天都需要做濾紙替換以及校準的動作，導致進行氣體量測的工作變得非常的費時。. 17.

(20) Figure 18: 戶外 (高雄) 實驗設備圖. Figure 19: 戶外 (高雄) 設備架設圖. (a) 輔英科大. (b) 正修科大. Figure 20: 戶外 (高雄)MAPS 位置圖 6.1.1 二氧化碳結果其實驗共分成兩的地方，分別是高雄正修科技大學以及高雄輔英科技大學，而輔英科大放置圖和正修科大放置圖如圖 20所示，其放置的位置都是學校當中某大樓的樓頂。而正修科大二氧化碳誤差圖和輔英科大二氧化碳誤差值的實驗結果的誤差如下圖 21和圖 23所示，從圖 21正修科大的二氧化碳誤差圖我們可以看到架設在正修科大的 5 組 MAPS 的二氧化碳誤差情形。其中 1 號 MAPS 可以看出，除了剛開始誤差值很不錯外，後來誤差都慢慢地越來越高，但是從圖 22正修科大的 Kendall 關係圖來看 1 號 MAPS 設備的相關係其實是不錯的，起碼都在中等相關 (0.5) 附近，又可以從正修科大的 Kendall 關係圖來看 4 號 MAPS 的相關係數是很差的，但是從正修科大誤差圖來看 4 號 MAPS 的結果是相當不錯的，這也是為什麼我們除了原本的誤差值分析外，. 18.

(21) 1. 2. 3. 4. 5. 30. Error rate(%). 25 20 15 10 5 0 11/14. 11/16. 11/18. 11/20. 11/22. 11/24. 11/26. 11/28. Date. Figure 21: 戶外 (高雄) 二氧化碳正修科大誤差圖. Kendall’s tau. 1 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 11/14. 2. 11/16. 3. 11/18. 4. 11/20. 11/22. 5. 11/24. 11/26. 11/28. Date. Figure 22: 戶外 (高雄) 二氧化碳正修科大 Kendall 相關係數圖增加了 Kendall 相關係數來分析的主要因素。而從輔英科大的二氧化碳結果，從圖 23輔英科大誤差圖來看，當中 7 至 9 號 MAPS 設備的誤差值在 11/17 號後開始上升，到 19 號後才慢慢下降，而 9 號 MAPS 設備之後誤差值又繼續上升外 7 號則是開始處於不錯的誤差範圍內，而至於 6 號和 8 號則是 21 號可能由於設備問題，資料並沒有正確的寫入到 SD 卡裡頭，所以之後的資料都遺失，而輔英科大的 Kendall 關係圖如圖 24所示。最後從整體的結果來看 MAPS 二氧化碳整體的平均誤差大約是 7.68%，而整體的 Kendall 結果大約是 0.45，相當於中等的相關程度。. 19.

(22) 6. 7. 8. 9. 30. Error rate(%). 25 20 15 10 5 0 11/14. 11/16. 11/18. 11/20. 11/22. 11/24. 11/26. 11/28. Date. Figure 23: 戶外 (高雄) 二氧化碳輔英科大誤差圖 6. 7. 8. 9. 0.8. Kendall’s tau. 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 11/14. 11/16. 11/18. 11/20. 11/22. 11/24. 11/26. 11/28. Date. Figure 24: 戶外 (高雄) 二氧化碳輔英科大 Kendall 相關係數圖 6.1.2 一氧化碳結果同樣一氧化碳實驗結果也有分成正修科技大學以及輔英科技大學兩個地點，由於當除在架站的時候有些意外發生，所以正修科技大學只有四組一氧化碳微型氣體感應器正常運作，而輔英科大則只有三組一氧化碳微型氣體感應器正常。由於環境中的一氧化碳濃度都是非常低的，因此其濃度起伏變化的情形也是如此，但是還是能夠從每天的濃度值看到其一氧化碳濃度趨勢的變化情形。從圖 25正修科大誤差圖我們可以看到四組感應器比起二氧化碳的誤差結果相比都非常的穩定，平均大約只有 0.3ppm 的絕對誤差誤差值，雖然或許是因為中央研究院的專業檢測器所量測到的一氧化碳濃度都是非常. 20.

(23) 1. 2. 3. 5. Mean absolution error. 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 11/14. 11/16. 11/18. 11/20. 11/22. 11/24. 11/26. 11/28. Date. Figure 25: 戶外 (高雄) 一氧化碳正修科大誤差圖低，但結果還是非常的理想。而從圖 26正修科大的 Kendall 關係圖來看，可以看到他們趨勢的情形都是非常接近的，雖然 11/16 的 Kendall 特別的低，但是或許是還變中心的儀器的準確度有待商榷，雖然我們使用的是較為廉價的氣體感應器但是同時 4 組感應器都同時發生不穩定的情形機率是非常低。至於輔英科技大學的一氧化碳設備 3 組，其中兩組在 11/20 後由於人為操控失誤導致 SD 卡並沒有插好，因此資料並沒有正確的寫入至 SD 卡中。我想未來在改良 MAPS 設備的時候勢必把解決這問題當作是最大的考量，畢竟如果不論微型氣體感應器多麼準確，如果不能記錄到資料一切也都沒意義。其輔英科技大學的結果誤差圖如圖 27，其結果相較於正修課大的誤差結果較不理想，但是由於資料遺失所以能夠去分析的資料有限。而輔英科技大學的 Kendall 關係圖則如圖 28，從圖可以看到其相顧係數大致上來說當不錯。而綜合正修科大以及輔英科大的誤差率結果來看平均絕對誤差為 4.16ppm，而整體的 Kendall 相關係數則為大約 0.46。由於這實驗使用的是中央研究院環境變遷中心的專業檢測器 IAQ7545[6]，從還變中心的專業檢測器的規格書來看，雖然他檢測範圍為 0∼5000ppm，準確度為 3% 或 50ppm。與本論文所使用的市售檢測器 [9] 規格書裡面的檢測範圍 0∼4000ppm，準確度為 5%。可以看出市售檢測器的誤差明顯是比較大的，因此我們也認為中研院還變中心所使用的專業檢測器是. 21.

(24) 1. 2. 3. 5. 0.8 0.7. Kendall’s tau. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 11/14. 11/16. 11/18. 11/20. 11/22. 11/24. 11/26. 11/28. Date. Figure 26: 戶外 (高雄) 一氧化碳正修科大 Kendall 相關係數圖 6. 7. 9. Mean absolution error. 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 11/14. 11/16. 11/18. 11/20. 11/22. 11/24. 11/26. 11/28. Date. Figure 27: 戶外 (高雄) 一氧化碳輔英科大誤差圖比較準確的，為此本論文試圖透過實驗想要了解市售檢測器的誤差程度。因此我們同時將中央研究院環境變遷中心所使用的專業檢測器同時與我們所購買的市售檢測器同時至於密閉環境中進行量測，並且將量測的結果以中央研究院環境變遷中心所使用的專業檢測器為依準去計算市售檢測器的誤差率。其實驗比較的結果如圖 29二氧化碳檢測器比較圖和圖 30一氧化碳檢測器比較圖所示，首先我們可以看到他們的趨勢是非常接近的，他們在相對高點與相對低點的濃度有所誤差，經過計算過後他們整體的平均誤差二氧化碳大約是 19.89%，而一氧化碳濃度大約是 4.96ppm，檢測器的誤差結果比起之前的 MAPS 與專業檢測器的結果還要差，因此本論文合理的推論，本論文所研發所使用的 MAPS 並不比市售的檢測器來的差。. 22.

(25) 6. 7. 9. 0.8 0.7. Kendall’s tau. 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 11/14. 11/16. 11/18. 11/20. 11/22. 11/24. 11/26. 11/28. Date. the concentration of carbon dioxide (ppm). Figure 28: 戶外 (高雄) 一氧化碳輔英科大 Kendall 相關係數圖 IAQ7545 GC2028. 2000. 1500. 1000. 500. 0 03/20. 03/21. Date. Figure 29: 二氧化碳市售檢測器與專業檢測器檢測濃度圖. 6.2 室內空氣品質檢測根據環境與健康展望期刊 (Environmental Health Perspectives）[3] 所公布的期刊資料有指出，當二氧化碳濃度只要上升到一定程度，對人類的精神狀況以及健康均會造成不同程度的傷害。像是超過 1000ppm 則會導致人們的專注力下降，超過 5000ppm 則會對健康開始造成危害，超過 10000ppm 則會呼吸的頻率增加，而超過 20000ppm 人們則是會感到疲累或著是頭疼。而導致有所謂的病態大樓症候群的疾病產生，所謂的病態大樓症候群指的是，現在人平均每人每天約有百分之 90 的時間會處於室內的環境之中，如果室內空氣品質不良的時候，容易造成工作品質的降低以及工作的效率也會. 23.

(26) the concentration of carbon monoxide (ppm). 50 IAQ7545 GCO2008 40. 30. 20. 10. 0 10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. 50. 55. 00. 05. Time(Min). Figure 30: 一氧化碳市售檢測器與專業檢測器檢測濃度圖降低，因此也是一種所謂的文明病。近來來，國際上越來越多國家開始注意到室內空氣品質的問題。在台灣時間 2012 年 10 月 23 日時，台灣立法院三讀通過《室內空氣品質管理法》 [1]。在未來學校、圖書館、電影院及餐廳等室內公共場所，需定期接受空氣品質檢驗，若是空氣品質檢驗不合格、而且在規定期限內獲得改善，則可處五萬元以上、二十五萬元以下罰鍰，若是情節重大甚至可被禁止使用該場地或勒令停業。這次立法也讓台灣成為繼韓國之後，全球第二個立法管理室內空氣品質的國家。所謂「室內空氣品質」指的是在室內環境中的空氣汙染的濃度，在此指的污染氣體指的有二氧化碳、一氧化碳、甲醛、粒徑小於等於十微米的懸浮微粒、粒徑小於等於 2.5 微米的懸浮微粒、臭氧等。在《室內空氣品質管理法》[1] 的規定下，以本論文所關注的二氧化碳而言。當二氧化碳在第一類場所 (指對室內空氣品質有特別需求場所，包括學校及教育場所、兒童遊樂場所、醫療場所、老人或殘障照護場所等)，只要在連續平均 8 個小時的濃度值高於 600ppm 即可開罰。而第二類場所 (指一般大眾聚集的公共場所及辦公大樓，包括營業商場、交易市場、展覽場所、辦公大樓、地下街、大眾運輸工具及車站等)，只要在連續平均 8 個小時的濃度值高於 1000ppm 即可開罰。. 24.

(27) 為此本論文想要去量測不論在開窗以及關窗的情況下，室內的二氧化碳濃度是否會達到室內空氣品質管理法所規定的上限。而本論文選擇的實驗環境同樣是選擇台灣師範大學資工館 212 室，其實驗環境如圖 13所示，實驗設定是只要有人進入都會打開空調，因此其環境變因只有窗戶打開或關閉的兩種情形。室內二氧化碳關窗實驗圖與室內二氧化碳開窗實驗圖如圖 32 和圖 33所示，首先從室內二氧化碳關窗實驗圖我們可以看出其濃度上升是非常的高的，最高甚至超過 2000ppm，這是很難想像的情形，在我們一般大眾的認知下，認為空調打開的情形，空氣品質是良好的，但是其實事實並不是如此，因為空調的作用也只是將室內的空氣降溫，並不會與外面的空氣達成交換，達到降低二氧化碳的作用。若是依照這一個禮拜的實驗結果來看，除了最後一天不會被開罰外其餘的天數我們都會被開罰 5 萬元的金額。至於室內二氧化碳開窗實驗的結果來看，每天平均的二氧化碳濃度不論是上升的幅度以及最高的濃度明顯的下降了許多，雖然某幾天仍然連續平均 8 小時的二氧化碳的濃度值同樣超過 1000ppm，但是在開窗戶的時候，只有其中的 2 天被開罰而已。從圖 31室內空氣品質濃度與人數累積分布圖我們可以明顯看到在一個人、三個人、五個人分別在開窗以及關窗的時候平均所在的濃度環境。以一個人來看在關窗的情況下只要進入實驗環境後平均 22% 的時間都會處於濃度超過 1000ppm，但是在開窗後平均 5% 的時間會處於濃度超過 1000ppm 的情況，以此以一個人而言關窗到開窗空氣品質提高了 17%。而以三個人來看的話，在關窗的時候是 75% 會處於 1000ppm 以上，而開窗後則是降至 47%。最後以五個人來看的話，當在關窗戶的情況則是平均 91% 的時間會處於污染的環境，而開窗則是平均 77% 會在汙染環境透過之前的室內開窗以及關窗實驗後，本論文打算增加風扇控制實驗，想要透過自動風扇控制當空氣中二氧化碳濃度超過 1000ppm 就打開，而當二氧化碳濃度低於 600ppm 就關閉，以符合室內空氣品質管理法的規定，並. 25.

(28) 1. 0.95. 0.9 0.8. 0.78. 0.7. CDF. 0.6 0.53. 0.5 0.4. Closed (1 people) Closed (3 people) Closed (5 people) Open (1 people) Open (3 people) 0.09 Open (5 people). 0.3. 0.25 0.23. 0.2 0.1 0 0. 500. 1000. 1500. 2000. 2500. the concentration of carbon dioxide. 2400 the concentration of carbon dioxide 2200 the number of people 2000. 10. 1800. 7. 1600. 6. 1400. 5. 1200. 4. 1000. 3. 800. 2. 600. 1. 9 8. the number of people. the concentration of carbon dioxide (ppm). Figure 31: 室內 (實驗室) 空氣品質濃度與人數累積分布圖. 400 0 11/18 11/19 11/20 11/21 11/22 11/23 11/24. Date. Figure 32: 室內 (實驗室) 二氧化碳關窗實驗氣體濃度與室內人數關係圖免因為室內空氣品質的不佳而導致被開罰的命運。本次的實驗環境一樣是選在台灣師範大學資工館實驗室 212，其室內空氣品質檢測環境圖如圖 34所示。我們風扇是架設在窗戶上，還窗戶是保持在打開的狀態下，另用電腦去抓取檢測器的二氧化碳氣體濃度，並且依照抓取的二氧化碳濃度值透過網路去控制風扇的開關。最後的自動風扇控制的實驗結果如圖 35所示。從室內空氣品質檢測環境圖中可以看到不論進入的人數是多少，濃度最高只會在大約 1000ppm 左右就不會再持續上升，由於當濃度一超過 1000ppm 風散即會自動開啟，達到空氣對流的效果，來維持室內空氣品質在一定的水準。而從圖 36風散與濃度關係圖可以看到當風散開啟後濃度下降的趨勢，總共共有 8 次風扇開啟，. 26.

(29) 8. the concentration of carbon dioxide 2200 the number of people 2000. 7. 1800. 6. 1600. 5. 1400. 4. 1200. 3. 1000. 2. 800. the number of people. the concentration of carbon dioxide (ppm). 2400. 1. 600. 0. 400 04/23 04/24 04/25 04/26 04/27 04/28 04/29. Date. Figure 33: 室內 (實驗室) 二氧化碳開窗實驗氣體濃度與室內人數關係圖. Figure 34: 室內 (實驗室) 空氣品質檢測實驗風扇位置圖而當風扇開啟後平均大約 14 分鐘的時間內，即可將室內二氧化碳濃度從超過 1000ppm 降至 600ppm 以下，除了可以證明比起冷氣空調使用風扇更可以有效地降低二氧化碳的氣體濃度值，另外就是由於風扇並不是一直開啟的狀態，因此也能夠有效地避免不必要的電力消耗。. 6.3 移動式區域量測有鑑於之前許許多多的實驗結果，可以充分的顯示本論文所生產研究的 MAPS 微型氣體感應器系統是有一定程度的準確度以及相關程度。因此想要透過本實驗來觀察騎在機車上的騎士們，在騎車的過程當中，會接觸到空. 27.

(30) 10. 1800. 7. 1600. 6. 1400. 5. 1200. 4. 1000. 3. 800. 2. 600. 1. 9 8. the number of people. the concentration of carbon dioxide (ppm). 2400 the concentration of carbon dioxide 2200 the number of people 2000. 0. 400 04/30 05/01 05/02 05/03 05/04 05/05 05/06. Date. the concentration of carbon dioxide (ppm). Figure 35: 室內 (實驗室) 二氧化碳風散實驗氣體濃度與室內人數關係圖 1100 3 people 3 people 3 people 4 people 5 people 5 people 5 people 5 people. 1000. 900. 800. 700. 600 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 16. 18. 20. 22. Time (Min). Figure 36: 室內 (實驗室) 風扇開啟時二氧化碳濃度與時間關係圖氣品質是什麼樣的情況，因此我們是以二氧化碳濃度的高低來衡量空氣品質的優劣。本實驗的時間選在 2013/3/8 (星期五) 早上 9 點到下午 4 點，選在這個時間點其目的主要是我們認為在週五的時候上下班的車潮是相對於其他時間來的擁擠的，這樣對於實驗來說比較容易觀察到濃度高低變化的情形，而我們也期望可以看到這種期況的發生。因此實驗的地點本實驗也是特別選在大台北中交通最擁擠繁忙的台北車站周遭如圖 37。至於使用的設備我們是使用樂扣保鮮盒將我們所使用的二氧化碳微型氣體感應器、一氧化碳微型氣體感應器、GPS 模組、控制板等放置於盒內便將各感應器露於外面以方便量測其設備圖如圖 38所示。至於實驗的流程我們主要是規劃每一個小時 (早上. 28.

(31) 9 點至下午 4 點)，透過騎機車於規定的路線騎繞行一圈，規劃路線的目的主要避免某些區域可能會漏掉，因此最保險的方式就是規劃好騎車的路線。基於安全因素避免實驗過程中發生危險，因此本實驗騎車的速度盡量保持在 40km/s 以內。實驗的結果如圖 39，由於騎車的時間並沒有辦法可以準確的掌握，因此每次在騎規定路線的時間長度皆不相同。其中圖 39(a)實驗的時間為 8:50∼9:30。圖 39(b)實驗的時間為 9:55∼10:35。圖 39(c)實驗的時間為 11:00∼11:30。圖 39(d)實驗的時間為 12:00∼12:35。圖 39(e)實驗的時間為 13:05∼13:55。圖 39(f)實驗的時間為 14:05∼14:40。圖 39(g)實驗的時間為 15:50∼16:30。透過 9 點空氣品質圖可以看到早上台北車站周遭的空氣品質是明顯不好的，合理推論應該是早上上班的車潮所引起的，而其實汙染的狀況跟車道擁塞的情形是有很大的關係，主要是因為如果車潮不多，勢必可以保持一定的行車速度，而有一定的行車速度時風素勢必較大，對於檢測設備的量測到的空氣品質勢必會較於健康。反言之，假設車道是非常擁塞的，當在遇到紅綠燈的同時，周遭的汽機車所排放的廢氣，濃度是非常可觀的，雖然是在戶外環境，但是二氧化碳的濃度還是會明顯的飆高。而觀察過圖 39各個時段的空氣品質圖後，我們推論出的結果是認為，早上以及下午上下班車潮是主要影響台北車站周遭空氣品質好壞的一個很重要的因素。透過這個實驗所產生的汙染地圖，明顯有別於傳統的汙染地圖，透過本論文所研發的可移動性微型空氣品質系統 MAPS 我們比起傳統的汙染地圖，更可以看出不同街道所產生的汙染情形，能夠看到街與街的變化情形，對於在對於氣體研究人員可以提共更細膩度的評估準則，這是傳統的檢測設備而產生的汙染地圖所不能比擬的。. 29.

(32) Figure 37: 移動式區域量測量測範圍圖. Figure 38: 移動式區域量測 MAPS 設備圖. 7 結論都市內空氣污染問題越來越日益嚴重，而導致對於空氣氣體的量測也因此變得越來越重要，本論文因此研究比較了目前常見的氣體檢測的各種方式的優缺點，像是氣體檢測器、專業檢測站以及微型氣體感應器。為此本論文因此想要能夠開發出高準確性的氣體檢測設備並且能夠方便攜帶並且希望能夠長時間的進行氣體量測。所以我們提出本論文所開發的微型空氣汙染檢測系統 (MAPS)。透過微型氣體感應器的開發設計並依照與所購買的市售檢測器進行校準實驗，了解所開發設計的微型氣體感應器與市售檢測器的準確性的差異。並且提出如何將所開發的微型氣體感應器如何將微. 30.

(33) (a) 9 點. (b) 10 點. (e) 13 點. (c) 11 點. (f) 14 點. (d) 12 點. (g) 15 點. Figure 39: 2013 年 3 月 8 日戶外 (台北) 區域量測二氧化碳濃度圖型氣體感應器的輸出電壓傳換成實際空氣中氣體濃度值得數據轉換的公式和不同的準則方式。並且在最後透過本論文所開發的 MAPS 進行各式各樣不同的應用實驗，分別是與配合中央研究院環境變遷中心的戶外定點量測應用，以及室內空氣品質檢測的應用實驗，透過二氧化碳的濃度與室內人數數量與窗戶打開以及關閉及利用自動風扇的控制實驗三種不同方式的情況研究分析。最後是利用 MAPS 進行戶外區域量測，充分顯示到本論文所生產的 MAPS 能夠方便使用者攜帶到戶外進行氣體的量測。最後本論文透過長時間的試驗驗證充分展現出以 MAPS 進行空氣品質檢測的可行性，透過方便攜帶的特性，隨著不同的需求，能夠提共各式各樣的不同應用。像是透過騎機車進行的區域性實驗，能夠製作出比起傳統的汙染地圖，更高細膩度的汙染地圖，透過更細膩度的汙染地圖，能夠讓空氣汙染研究人員可以更加了解到城市中街與街之間的空氣污染的變化情形，提供研究人員更多的資訊從事研究工作。本論文整篇論文分享了 MAPS 開發以及研究分析的整個經驗，能夠方面也想進行類似研究的團隊能夠方面參考使. 31.

(34) 用。希望在不久的將來，微型氣體感應器的應用能夠更普遍在人類的生活中，以改善人類的生活便利及避免危害健康的環境而不自知。對於未來而言，仍然有需多的研究及開發可以繼續深入研究，例如可以縮小整個微型空氣汙染系統 MAPS 的體積大小，以降低使用者攜帶的負擔，讓使用著在使用可以更方便和便利，畢竟我們目前還是開發階段是使用較適於開發的 Arduino Uno，預計將來將會改成 Arduino mini，整體的體積將會大幅度的縮小。還有就是如何利用 MAPS 藉此來提高人們對空氣汙染意識的抬頭，畢竟大部分的污染氣體通常都是沒有顏色，沒有味道的，常常對我們人類造成許多影響但是我們卻不自知，因此藉由推廣讓社會大眾能夠更重視於空氣污染問題，以監督政府對於空氣汙染的重視。另外我們也認為必須嘗試更多不同公司所生產的微型氣體感應器，除了可以比較個感應器的優劣外，也能夠找到對於使用方式不同的時候，可能知道那些微型氣體感應器是適合的。. 參考文獻 [1] 空氣品質管理法, 行政院環境保護署環署空字第 0940106804 號.. http:// ivy5.epa.gov.tw/ epalaw/ search/ LordiDisp-. Full.aspx?ltype=04lname=4310. [2] Arduino. http://www.arduino.cc/. [3] Environmental Health Perspectives.. http:// ehp.niehs.nih.gov/ 121-. a242-3/. [4] Hanwei Electronics MQ-7 CO Sensor.. https:// www.sparkfun.com/. datasheets/Sensors/Biometric/mq-7.pdf. [5] Hanwei Electronics MQ811 CO2 Sensor. http://www.parallax.com/ portals/0/downloads/docs/prod/sens/co2sensordatasheetmg811.pdf.. 32.

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