CN102680651A - 一种垂直空间co 2 监测与采集系统及方法 - Google Patents

一种垂直空间co 2 监测与采集系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种垂直空间CO2监测与采集系统及方法，系统包括顺序连接的控制和显示模块、CPU模块、转换电路模块和模拟多路开关，模拟多路开关分别连接多个气敏传感器模块；转换电路模块包括分别与CPU模块连接的A/D转换器和逻辑控制器，A/D转换器和逻辑控制器分别与采样保持器连接，逻辑控制器和采样保持器分别与模拟多路开关连接。将气敏传感器模块分布在垂直空间的分布实现监测区域碳排放的立体监测，得到高质量立体空间内CO2浓度指标；使用A/D转换器实现多传感器信号的并行处理，可以高效稳定地对周围环境碳排放量数据进行实时统计，并可制作出直观的可视界面。适用于城市系统的碳排放监测，其结构简单、成本低，方法简便，具有广泛的实用性。

Description

一种垂直空间CO 2 监测与采集系统及方法
技术领域
本发明涉及一种CO2监测与采集系统及方法，尤其涉及一种建筑物内气体环保使用的垂直空间CO2监测与采集系统及方法。
背景技术
传感器技术是现代信息技术的重要支柱，其发展迅速。其应用领域遍布工业、农业、矿业、交通、通信等各行各业。在环境监测领域，气体传感器发挥了重要作用，而其发展的趋势是微型化、智能化和多功能化。科学有效的碳排放与碳汇监测将提升我国在应对全球气候变化的国际事务中的话语权，并为国家发展低碳经济提供科学依据。由于城市系统的复杂性，大范围、长期、持续监测城市系统的碳排放有一定难度却又十分重要。而现在常见的家庭、商业场所及温室等场所的二氧化碳监测只是通过在单点布设二氧化碳传感器，主要考虑的是监测区域的平面范围内碳浓度，这种常规的气体传感器监测手段，无法体现环境系统立体空间范围内碳排放状况，对大范围，如某小区的立体空间范围内的大气二氧化碳浓度监测缺乏有效的手段。
发明内容
为解决上述技术问题的不足之处，提供一种结构简单，使用方便的垂直空间CO2监测与采集系统及方法。
为实现上述技术，本发明的垂直空间CO2监测与采集系统，包括气敏传感器模块、模拟多路开关、转换电路模块、CPU模块、控制和显示模块以及电源模块，其中：气敏传感器模块输出端与模拟多路开关相连，模拟多路开关输出端与转换电路模块相连，转换电路模块输出端与CPU模型相连，CPU模块输出端与控制和显示模块相连，电源模块为整个系统供电；所述的气敏传感器模块包括多组分别与模拟多路开关顺序连接的气敏元件和调理电路；所述转换电路模块包括采样保持器、A/D转换器和逻辑控制器，采样保持器的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接CPU模块输入端，CPU模块输出端连接逻辑控制器的输入端，逻辑控制器的输出端分别连接采样保持器和模拟多路开关的输入端。
所述的CPU模块型号为85C52，逻辑控制器型号为MAX5963，气敏元件型号为ZYS1X811，模拟多路开关为双极型晶体管开关，双极型晶体管的型号为2SA1020。
利用上述系统实现的垂直空间CO2监测与采集方法，包括如下步骤：
    a、将气敏传感模块垂直安装在待测空间内，记录气敏传感模块安置点坐标及传感器之间的距离；
b、系统上电，系统进行自检并初始化；
c、系统初始化后，通过控制和显示模块输入测站信息及各个传感器信息，并设定监测时间及采样频率；
d、控制和显示模块控制CPU模块向转换电路模块中的逻辑控制器发出命令，逻辑控制器向模拟多路开关发送指令控制气敏传感器模块开始感知测站环境中的碳含量信息；
e、气敏传感器模块中的多个气敏元件将检查到的信号发送给与每个气敏元件相连的调理电路，经调理电路对信号进行放大和滤波后，将信号发送给模拟多路开关，模拟多路开关将接收到的多路电信号分别输出给转换电路模块；
f、转换电路模块中的A/D转换器将收到的多路电信号转换为数字信号发送给CPU模块，CPU模块处理并存储数字信号，对环境碳排放量数据进行实时统计，CPU模块将处理好的数据发送到控制和显示模块，实时显示监测信息及系统状态信息。
有益效果：
1、本发明设置多个气敏传感器模块，将气敏传感器模块分布在垂直空间的分布实现监测区域碳排放的立体监测，得到高质量立体空间内CO2浓度指标；
2、多个气敏传感器模块连接到模拟多路开关，通过模拟多路开关将气敏传感器多路被测信号分别发送到A/D转换器进行转换，使用一个A/D转换器实现多传感器信号的并行处理，降低了系统的成本；
3、设置控制和显示模块，利用配套测量设备确定监测地点位置信息以及各气敏传感器的信息，本发明可以高效稳定地对周围环境碳排放量数据进行实时统计，并可制作出直观的可视界面。
附图说明
图1为本发明垂直空间CO2监测与采集系统原理框图。
图2为本发明垂直空间CO2监测与采集系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明： 
如图1图2所示，本发明的垂直空间CO2监测与采集系统主要包括气敏传感器模块，模拟多路开关，转换电路模块，CPU模块，控制和显示模块以及电源模块；控制模块和显示模块为输入键盘和显示器，CPU模块型号为85C52，逻辑控制器型号为MAX5963，气敏元件型号为ZYS1X811，A/D转换器的型号为AD574A，模拟多路开关为双极型晶体管开关，双极型晶体管的型号为2SA1020，模拟多路开关为双极型晶体开关的型号为2SA1020；其中控制和显示模块、CPU模块、转换电路模块和模拟多路开关顺序连接，所述控制和显示模块、CPU模块、转换电路模块分别与电源模块连接，由其供电。模拟多路开关分别连接多个气敏传感器模块，模拟多路开关用于将多路被测信号分别传送到A/D转换器进行转换，实现多传感器信号的并行处理；所述转换电路模块包括分别与CPU模块连接的A/D转换器和逻辑控制器，A/D转换器和逻辑控制器分别与采样保持器连接，采样保持器用于维持A/D转换器上的电压不变；逻辑控制器分别与模拟多路开关连接；所述气敏传感器模块包括顺序连接气敏元件和调理电路。
利用上述系统实现的垂直空间CO2监测与采集系统方法：
   a、将多个气敏传感模块垂直安装在待测的空间内，记录气敏传感模块安置点坐标及传感器之间的距离；
b、系统上电，系统进行自检并初始化；
c、系统初始化后，控制和显示模块输入信息及各个传感器信息，并设定监测时间及采样频率；
d、控制和显示模块控制CPU模块向转换电路模块中的逻辑控制器发出命令，逻辑控制器向模拟多路开关发送指令控制所有气敏传感器模块开始感知测站环境中的碳含量信息；
e、气敏传感器模块检查到的信号发送给调理电路，调理电路对信号放大和滤波，并将处理过的信号发送给模拟多路开关，模拟多路开关将收到的信号分别依次输出给串联的采样保持器和A/D转换器，逻辑控制器向采样保持器发送信号，判断电路保持，采样保持器维持传输到A/D转换器上的信号电压不变，保证信号精度，A/D转换器将收到的模拟信号转换为数字信号发送给CPU模块进行处理，CPU模块将处理好的数据发送到控制和显示模块显示出来。
f、通过该系统实时监测特定时间内垂直空间内的二氧化碳浓度，分析区域立体空间范围内大气污染状况，对系统空间内环境进行准确评估，为下一步空间质量控制提高数据基础。
如图2所示，本实施例中该系统可安置于小区楼房边角上；整个系统的具体工作过程如下：在安置点固定设置气敏传感器，传感器沿垂直方向分布，通过其他测量手段得到监测点的位置信息以及传感器之间距离，连接系统其他模块，通过蓄电池给系统供电，系统首先进行自检，正常后，由控制板输入测站信息及传感器信息，并设定监测时间及采样频率的设置信息，传感器开始测量环境中的碳浓度，模拟多路开关实现被测信号分别传送到A/D转换器进行转换，实现多传感器信号的并行处理，CPU模块对输入的数字信号进行处理分析，进而对环境碳排放量数据进行实时统计，并通过显示屏实时显示传感器位置及碳浓度信息，实现监测区域的三维空间内实时、连续的CO2浓度监测。

Claims (3)

1. 一种垂直空间CO2监测与采集系统，其特征在于：它包括气敏传感器模块、模拟多路开关、转换电路模块、CPU模块、控制和显示模块以及电源模块，其中：气敏传感器模块输出端与模拟多路开关相连，模拟多路开关输出端与转换电路模块相连，转换电路模块输出端与CPU模型相连，CPU模块输出端与控制和显示模块相连，电源模块为整个系统供电；所述的气敏传感器模块包括多组分别与模拟多路开关顺序连接的气敏元件和调理电路；所述转换电路模块包括采样保持器、A/D转换器和逻辑控制器，采样保持器的输出端连接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接CPU模块输入端，CPU模块输出端连接逻辑控制器的输入端，逻辑控制器的输出端分别连接采样保持器和模拟多路开关的输入端。
2. 根据权利要求1所述的垂直空间CO2监测与采集系统，其特征在于，所述的CPU模块型号为85C52，逻辑控制器型号为MAX5963，气敏元件型号为ZYS1X811，模拟多路开关为双极型晶体管开关，双极型晶体管的型号为2SA1020。
3. 一种利用权利要求1或2所述系统的垂直空间CO2监测与采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
    a、将气敏传感模块垂直安装在待测空间内，记录气敏传感模块安置点坐标及传感器之间的距离；
b、系统上电，系统进行自检并初始化；
c、系统初始化后，通过控制和显示模块输入测站信息及各个传感器信息，并设定监测时间及采样频率；
d、控制和显示模块控制CPU模块向转换电路模块中的逻辑控制器发出命令，逻辑控制器向模拟多路开关发送指令控制气敏传感器模块开始感知测站环境中的碳含量信息；
e、气敏传感器模块中的多个气敏元件将检查到的信号发送给与每个气敏元件相连的调理电路，经调理电路对信号进行放大和滤波后，将信号发送给模拟多路开关，模拟多路开关将接收到的多路电信号分别输出给转换电路模块；
f、转换电路模块中的A/D转换器将收到的多路电信号转换为数字信号发送给CPU模块，CPU模块处理并存储数字信号，对环境碳排放量数据进行实时统计，CPU模块将处理好的数据发送到控制和显示模块，实时显示监测信息及系统状态信息。
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