CN103776970B - 一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置及其方法，属于二氧化碳浓度检测装置及其方法。该装置：中央处理器模块、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄像机、数据存储器、控制按键面板、液晶显示模块、RS-232通讯接口模块、电源模块。方法：设有移动检测模式和静止检测模式，通过二氧化碳浓度传感器检测浓度数据，GPS记录检测点坐标信息，时钟和微型气象站分别记录时间和气象数据，微型摄像机实时记录监控检测实验现场环境，而后将这5项数据放到该装置的存储器中，经过通讯接口传送至计算机系统并存放于计算机硬盘中，经过专业GIS处理生成区域二氧化碳浓度时空分布图，借助实验现场的监控数据分析驱动因子与来源识别。
Description
技术领域
本发明涉及二氧化碳浓度检测装置及其方法，特别是一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置及其方法。
背景技术
近年来由温室气体大量排放导致的气候变化问题日益突出，已经严重影响人类社会未来的生存和发展，世界各国纷纷采取各种措施减少二氧化碳的排放，全球开始进入低碳经济发展的时代。研究利用传感器装置检测区域大气中二氧化碳浓度，实现区域二氧化碳时空分布及变化，分析驱动因子与碳来源识别，为区域碳核算、碳交易体系的构建与碳减排决策提供理论依据。
目前，市场上虽然已有用于检测大气中二氧化碳浓度装置，它们能够实时检测指定检测点处的二氧化碳浓度，但是若需要在区域范围检测，则首先需要额外配备GPS接收机通过测量确定部分点位置信息，而后进行大气二氧化碳检测，该方法耗时耗人力，且无法实现连续移动检测；在处理分析碳来源及其驱动因子时，往往需要很好的了解检测环境与实验现场条件，此时则需要额外配备照相机或者摄影机进行人工拍摄，该方法在复杂多变环境下易丢失重要信息，且与检测二氧化碳浓度无法实现时间同步分析。到目前为止，市场上尚未出现能够将定位功能、检测环境监控与二氧化碳浓度同时获取的一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置及其方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置及其方法，解决现有方法在复杂多变环境下易丢失重要信息，且与检测二氧化碳浓度无法实现时间同步分析的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置，该装置包括中央处理器模块、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄像机、数据存储器、控制按键面板、液晶显示模块、RS-232通讯接口模块和电源模块，其中，二氧化碳浓度检测模块包括浓度传感器及其信号放大电路，GPS定位模块包括GPS接收机及其GPS天线；
所述的中央处理器模块通过通讯接口电路连接二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄像机、数据存储器、控制按键面板、液晶显示模块、RS-232通讯接口模块和电源模块；所述的微型摄像机通过数据线与数据存储器相连接；
所述的电源模块包括电池组和电源转换电路，电源转换电路分别与中央处理器、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄影机、液晶显示模块、数据存储器连接。
所述的微型气象站即为一种气象数据综合记录仪，包括风速传感器及其信号放大电路、风向传感器及其信号放大电路、温度传感器及其信号放大电路、湿度传感器及其信号放大电路、气压传感器及其信号放大电路和太阳辐射传感器及其信号放大电路，其中，各传感器信号放大电路与气象数据综合记录仪直接连接。
一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测方法，包括以下步骤：
（1）打开电源，启动装置；
（2）在人机交互界面选择检测模式，包括移动检测和静止检测；
（3）若选择移动检测模式，则新建存储文件夹；若选择静止检测模式，则先选择是否设置检测时长，如果不设置，则默认持续检测直至出现意外或刻意停止检测，而后新建存储文件夹；
（4）统一设置二氧化碳浓度传感器、GPS定位模块、微型气象站采样频率；
（5）按键控制面板控制中央处理器对存储文件中各传感器变量设置初始值；
（6）启动GPS，等待定位模式开启，若GPS已能够成功定位检测起始点，则进行下一步操作，否则继续等待；
（7）启动二氧化碳浓度传感器、时钟模式、微型气象站和微型摄像机，交互界面自动提示“确定开启摄像机？”，若选择“是”，则进行下一步操作，否则关闭微型摄像机；
（8）控制开始采集二氧化碳浓度数据和GPS地理位置信息，记录检测时间和各类气象数据，并通过通讯接口传送至中央处理器，微型摄像机开始监控检测过程；
（9）若处于移动检测模式，则路线检测完毕通过按键控制面板控制停止检测并关闭各传感器；若静止检测模式，则检测时长到达自动停止或者人为控制停止检测并关闭各传感器；中央处理器通过通讯接口将处理后数据保存至存储器，摄像机数据直接通过接口保存至存储器；
（10）在液晶显示屏上显示检查数据是否正确，若是，则结束此次检测退出，或者进行下一个检测任务；否则，删除数据，回到第4步，重复之后每一步骤重新检测；
（11）将二氧化碳浓度数据、地理位置信息、时间信息以及气象数据通过通讯接口传送至计算机系统进行分析处理，最终生成区域二氧化碳浓度的时空分布图，借助微型摄像机记录的检测现场环境影像数据分析驱动因子及来源识别。
有益效果，由于采用了上述方案，
①该装置设有移动检测和静止检测两种检测模式，所述的移动检测通过车载或者机载用于线状检测大气二氧化碳浓度，所述的静止检测用于指定特征点检测二氧化碳浓度，通过线状和点状检测两种检测模式相结合，有利于区域二氧化碳时空分布分析。
②该装置通过二氧化碳浓度检测模块、时钟模块、GPS定位模块和微型气象站可以同时获取大气二氧化碳浓度数据、检测时间、地理位置信息和气象数据，同时，该装置还安装有微型摄像机，在不同环境下可自主选择是否开启摄像机，在复杂多变的检测环境下，可以利用携带的微型摄像机实时监控检测环境的变化，有助于分析二氧化碳浓度变化驱动因子及碳来源识别；
③基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置及其方法设有用于用户输入信号的键盘，用户可以根据不同检测路线\点位或者检测时间，新建不同文件夹存储数据。
④通过RS-232通信接口可将存储数据传送至计算机系统进行处理和分析，在GIS软件平台对检测数据进行处理，生成二氧化碳时空分布图，可以借助能够表现检测实验现场环境的影像监控数据进行驱动因子分析和碳来源识别。
⑤本发明在区域碳检测以及碳核算分析工程中有广阔的应用前景，为碳交易体系的构建、碳减排与区域低碳发展决策提供理论依据。
优点：能够接收并存储二氧化碳浓度传感器发送的检测数据、GPS接收机发送的地理位置数据、时钟模块记录检测的时间，以及微型气象站发送的气象数据和微型摄像机发送过来的实时检测现场环境影像数据，将存储的数据发送至计算机系统进行分析处理，最终生成区域大气中二氧化碳时空分布图来检测区域二氧化碳浓度分布，然后借助摄像机记录实验现场环境的影像数据分析驱动因子与来源识别，为区域碳核算、碳交易体系的构建与碳减排决策提供理论依据。
附图说明
图1是本发明所述装置的总体结构框图。
图2是本发明所述装置所述的微型气象站结构框图。
图3是本发明所述装置的检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1：在图1中，一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置，该装置包括中央处理器模块、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄像机、数据存储器、控制按键面板、液晶显示模块、RS-232通讯接口模块和电源模块，其中，二氧化碳浓度检测模块包括浓度传感器及其信号放大电路，GPS定位模块包括GPS接收机及其GPS天线；
所述的中央处理器模块通过通讯接口电路连接二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄像机、数据存储器、控制按键面板、液晶显示模块、RS-232通讯接口模块和电源模块；所述的微型摄像机通过数据线与数据存储器相连接；
所述的电源模块包括电池组和电源转换电路，电源转换电路分别与中央处理器、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄影机、液晶显示模块、数据存储器连接。
所述的微型气象站即为一种气象数据综合记录仪，包括风速传感器及其信号放大电路、风向传感器及其信号放大电路、温度传感器及其信号放大电路、湿度传感器及其信号放大电路、气压传感器及其信号放大电路和太阳辐射传感器及其信号放大电路，其中，各传感器信号放大电路与气象数据综合记录仪直接连接。
所述的微型摄像机通过数据线与数据存储器相连接，微型摄像机获得的监控数据直接通过通讯接口保存至存储器中。
一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测装置各部件的功能分别是：
（1）二氧化碳浓度检测模块用来检测采集大气中二氧化碳浓度数据，GPS定位模块用来获取浓度检测点的地理位置信息，时钟模块用来记录检测时间。
（2）微型气象站即为一种气象数据综合记录仪，用来记录检测时刻的气象数据，包括风速传感器记录风速数据、风向传感器记录风向数据、温度传感器记录温度数据、湿度传感器记录湿度数据、气压传感器记录气压值和太阳辐射传感器记录太阳辐射相关数据。
（3）微型摄像机用来记录监控检测实验现场环境条件的影像数据，若检测环境单一情况时，可不开启摄像机；若检测环境复杂且多变，则开启该微型摄像机监控检测环境，用来辅助后期分析二氧化碳浓度变化的驱动因子及其碳来源，为区域碳减排决策提供更为有力的事实依据。
（4）中央处理器接收、处理二氧化碳浓度检测模块、时钟模块、GPS定位模块以及微型气象站发送过来的数据，将处理后的数据保存至数据存储器中，通过控制信号将存储器中数据传送至液晶显示模块，以供用户检查数据的正确性。
（5）RS-232通讯接口模块用于检测结束后向计算机系统传输数据，通过计算机来执行数据的后处理与应用。
（6）数据存储器用来存储中央处理器模块处理后的多传感器数据，与微型摄像机直接连接保存摄像机的监控数据，数据存储器存储文件夹的新建方式可以通过用户按键面板建立，也可按照检测日期自动建立。
（7）电源模块用来向中央处理器模块、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄影机、液晶显示模块、数据存储器提供电源，其中电池组提供稳压电源，电源转换电路将其转换成所述部件各自所需的供电电源。
基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测方法，具体实施步骤如下：在图2中，
（1）打开电源，启动装置；
（2）在人机交互界面选择检测模式，包括移动检测和静止检测；
（3）选择移动检测模式，而后新建存储文件夹；
（4）统一设置二氧化碳浓度传感器、GPS定位模块、微型气象站采样频率；
（5）按键控制面板控制中央处理器对存储文件中各传感器变量设置初始值；
（6）启动GPS，等待定位模式开启，若GPS已能够成功定位检测起始点，则进行下一步操作，否则继续等待；
（7）启动二氧化碳浓度传感器、时钟模式、微型气象站和微型摄像机，交互界面自动提示“确定开启摄像机？”，若选择“是”，则进行下一步操作，否则关闭微型摄像机；
（8）控制开始采集二氧化碳浓度数据和GPS地理位置信息，记录检测时间和各类气象数据，并通过通讯接口传送至中央处理器，微型摄像机开始监控检测过程；
（9）当路线检测完毕通过按键控制面板控制停止检测并关闭各传感器，中央处理器通过通讯接口将处理后数据保存至存储器，摄像机数据直接通过接口保存至存储器；
（10）在液晶显示屏上显示检查数据是否正确，若是，则结束此次检测退出，或者进行下一个检测任务；否则，删除数据，回到第4步，重复之后每一步骤重新检测。
（11）在适当的时候将二氧化碳浓度数据、地理位置信息、时间信息以及气象数据通过通讯接口传送至计算机系统进行分析处理，最终生成区域二氧化碳浓度的时空分布图，借助微型摄像机记录的检测现场环境影像数据分析驱动因子及来源识别，为区域碳核算、碳交易体系的构建与碳减排决策提供理论依据。
实施例2：与实施例1所不同的是：步骤（3）为：选择静止检测模式，首先选择是否设置检测时长，如果不设置，则默认持续检测直至出现意外或刻意停止检测，然后新建存储文件夹；步骤（9）中装置停止检测方式为：当检测时长到达自动停止或者人为控制停止检测并关闭各传感器。其它与实施例1同。
Claims (1)
1.一种基于多传感器的区域二氧化碳浓度检测方法，包括采用区域二氧化碳浓度检测装置，所述的区域二氧化碳浓度检测装置包括：中央处理器模块、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄像机、数据存储器、控制按键面板、液晶显示模块、RS-232通讯接口模块和电源模块，其中，二氧化碳浓度检测模块包括浓度传感器及其信号放大电路，GPS定位模块包括GPS接收机及其GPS天线；
所述的中央处理器模块通过通讯接口电路连接二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄像机、数据存储器、控制按键面板、液晶显示模块、RS-232通讯接口模块和电源模块；所述的微型摄像机通过数据线与数据存储器相连接；
所述的电源模块包括电池组和电源转换电路，电源转换电路分别与中央处理器、二氧化碳浓度检测模块、GPS定位模块、时钟模块、微型气象站、微型摄影机、液晶显示模块、数据存储器连接；
所述的微型气象站即为一种气象数据综合记录仪，包括风速传感器及其信号放大电路、风向传感器及其信号放大电路、温度传感器及其信号放大电路、湿度传感器及其信号放大电路、气压传感器及其信号放大电路和太阳辐射传感器及其信号放大电路，其中，各传感器信号放大电路与气象数据综合记录仪直接连接；
其特征在于，检测方法包括以下步骤：
（1）打开电源，启动装置；
（2）在人机交互界面选择检测模式，包括移动检测和静止检测；
（3）若选择移动检测模式，则新建存储文件夹；若选择静止检测模式，则先选择是否设置检测时长，如果不设置，则默认持续检测直至出现意外或刻意停止检测，而后新建存储文件夹；
（4）统一设置二氧化碳浓度传感器、GPS定位模块、微型气象站采样频率；
（5）按键控制面板控制中央处理器对存储文件中各传感器变量设置初始值；
（6）启动GPS，等待定位模式开启，若GPS已能够成功定位检测起始点，则进行下一步操作，否则继续等待；
（7）启动二氧化碳浓度传感器、时钟模式、微型气象站和微型摄像机，交互界面自动提示“确定开启摄像机？”，若选择“是”，则进行下一步操作，否则关闭微型摄像机；
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