夏日的北京，或是藍天烈日，或是暴雨傾盆。霧霾的遠離，讓人們仿佛忘記了還有空氣污染這回事兒。中國建筑科學研究院的專家表示，室內空氣質量經常被人忽視，其實很多時候室內甲醛、揮發性氣體等污染物的種類和濃度都遠超戶外，其危害不亞于霧霾。

    大多數人每天超過80%的時間是在各類建筑物內度過的，室內環境對于人們的健康至關重要。可是請環境公司做一次檢測，耗時長，花費大。有沒有一種簡便易用的裝置，能夠實時檢測室內不同地點的空氣質量，指導人們開窗通風、凈化空氣呢？清華大學的大四學生劉天一和同學開發出了一套“室內空氣污染可視化檢測系統”，讓空氣質量檢測變得輕松簡便。目前，他們的這項技術已經申請了國家發明專利。

    創意

    像測戶外空氣一樣測室內空氣

    2010年，劉天一從黑龍江哈爾濱考入清華大學，就讀于精密儀器系測控技術與儀器專業。他是定向生，平時學習任務較重，但這并不妨礙他抽出時間參加一些科研項目。

    2012年上半年，正讀大二的劉天一加入了一個關于重大設備“故障預測與健康管理系統”的研究項目，“一些精密裝備在運輸過程中，需要對它儲存空間的溫度、濕度進行不間斷精密監測。”半年實驗室“泡”下來，劉天一印象最深的收獲是三個空氣檢測特點：數據可測、設備能耗低、數據可無線傳輸。

    也是在這一年，霧霾不斷席卷華北、長三角地區，空氣質量成為北京乃至全國民眾關注的焦點。在清華校園里的劉天一也感受到了這一變化，他喜歡在傍晚時分去紫荊學生公寓前的操場跑幾圈，但灰蒙蒙的天讓他嗓子不舒服。劉天一說：“北京已經有空氣質量監測系統，我就想，室外空氣差，室內空氣很有可能也已經污染，能不能做一個檢測室內空氣質量的系統裝置呢？”

    他上網檢索發現，一些環境檢測公司開展了室內空氣檢測業務，但收費不菲，并且需要預約、耗時較長，檢測也只能一個點一個點進行，“我要做一個能夠同時反映家里任意一個地方空氣質量的系統，不是‘點’，而是‘面’。”劉天一暗下決心。這樣一套系統，最關鍵的指標就是：數據可測、低能耗、可傳輸。而這，恰恰是他不久前的收獲。

    研發

    歷時半年自主設計無線傳輸設備

    決心一下，行動便迅速開始了。2012年的下半年，升入大三的劉天一迫切需要“招兵買馬”。他從清華大學鼓勵科技創新的“星火班”里找到了兩名志同道合的同學：精密儀器專業的李靈和機械專業的蔡棟。又在自己班里找到了兩個“同伙”：程文雪和周丹。五人團隊正式組建。他們還從學校拿到了5000元的經費支持。

    這五人團隊完全不符合清華工科專業男多女少的特點——只有劉天一和蔡棟是男生。時不我待，兩天的討論過后，五人分工確定：劉天一負責硬件、電路和檢測；蔡棟負責芯片和編程；李靈負責機械結構設計；周丹負責關系到無線電傳輸的射頻技術；程文雪則負責計算機軟件和數據庫。

    每個人的特長都得到了最大程度的發揮。劉天一告訴記者，回顧整個研究，困難最大的一關便是攻克無線傳輸技術。他們知道市場上有現成的無線電傳輸模塊在銷售，但經過再三考慮，還是決定自主研發，“一是因為市場上賣的無線模塊體積太大，不符合我們輕量化的設備定位；二是它們的定價過高；還有一個最重要的原因是，我們想做出自己的技術。”劉天一說。

    重新開發，談何容易？他們通宵設計、焊接后的調制電路，安上發射天線后卻死活傳不出一點信號，只能重新設計。這一個來回就是一個星期。第二次嘗試，依然不行，然后再來。到了第三次，無線傳輸終于“有了一張床板的距離”，這無疑是一個令人振奮的消息，他們又推倒再試了一次。第四次，信號傳輸的距離穩穩地保持在了30米以上。他們成功了。這時，距離他們啟動這個項目已經過去了半年。

    接下來的研發就是水到渠成了，計算機軟件很快成型，傳感器的采購、安裝也非常順利。到2013年初，整套系統終于研發成功。

    效果

    50平方米房間3秒顯示污染信息

    近日，在清華大學紫荊學生公寓，記者見到了這套室內空氣檢測系統的簡化版。粗一看，它們就是一個個的小盒子，每個盒子如一副撲克牌大小，只不過盒子上都立著一根約10厘米長的天線。劉天一說，這套系統中，有4個盒子沒有安裝傳感器，它們承擔的是“定位基點”的作用，裝有空氣質量傳感器的盒子從“定位基點”處接收信號，就可以通過三維立體確定自己的位置。

    劉天一熟練地啟動一個傳感器，同時打開筆記本電腦上的一個軟件。大約3分鐘過后，軟件顯示出一張類似熱成像效果的地圖，很快，地圖的一處顏色開始由藍變黃，最后變成橙紅色，“說明這個地方空氣污染物濃度高，顏色越紅，濃度越大。”劉天一說，具體的濃度數據可以通過軟件還原獲得。

    劉天一說，他們曾經找了一間大約50平方米的房間進行測試，啟動傳感器之后，將傳感器盒子置于一片被刻意灑上了少許甲醛的地方。結果三秒鐘后，計算機上的軟件就接收到了這里甲醛濃度過高的數據信息，非常靈敏。

    遺憾

    未能將PM2.5納入檢測范圍

    劉天一告訴記者，這套系統的硬件配置包括4個定位基點，一個網關，以及任意個數的傳感器檢測終端，“最多可以設置122個終端，覆蓋一套房子的任意角落沒問題，隨時檢測，隨時反饋，這就是它和普通室內空氣檢測手段的最大不同。”

    他說，經過測試，這套系統的氣體檢測精度可達百萬分之六，位置檢測精度可達0.5米以內，完全符合家庭環境的檢測需要。耗電方面，這套系統也非常節能，充電一次可工作超過12個小時。成本方面，劉天一說，如果能夠實現量產，4個定位基點、一個網關、3個檢測終端，成本也就500元左右，“一般家庭完全可以承受。”他說，開啟這套系統，一旦發現家里某個房間空氣污染嚴重，就可以開窗通風或者開啟空氣凈化器，很有針對性。

    記者了解到，目前這套系統的專利申請已經處于實質審查階段。劉天一告訴記者，他們的這套系統能夠檢測甲醛、氨氣等多種室內空氣污染物。但對于備受公眾關注的PM2.5、PM10等顆粒物，這套系統并沒有納入檢測范圍，“合適的傳感器不好找。”他坦言。此外劉天一還說，這套系統在使用人性化方面也還有需要進一步完善的地方，比如開發匹配的手機客戶端軟件等，“這不能不說是一種遺憾吧。”

    今年下半年，劉天一就將升入研究生階段，他選擇了碩博連讀，五年的艱苦努力，專業是“慣性技術”，“和我之前做的這套系統是完全不同的研究方向了。”他說，如果有時間，一定會把這套室內空氣污染可視化檢測系統盡力完善。

    本報記者 張航文并圖 J067