CN104198346A - 一种手机控制型粉尘传感器监测系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手机控制型粉尘传感器监测系统及其使用方法，该系统包括通过蓝牙模块连接的手机客户端和粉尘仪本体，粉尘仪本体包括单片机、采样泵、切换阀和节流阀、散射光检测腔、接收部和控制器；单片机通过恒流控制器与采样泵电连接，采样泵的出口与切换阀的入口连接，切换阀和节流阀的出口依次经三通、散射光检测腔和过滤器与采样泵的入口连接；散射光检测腔的一侧设置有光源，接收部设置在另一侧；接收部经放大及模数转换电路连接单片机，单片机再经数字电位器连接放大及模数转换电路；控制器通过三个驱动器分别连接节流阀、切换阀和步进电机，步进电机顺序连接执行机构和标准散射板。本发明能进行零点校准及测量校准，可以有效消除湿度干扰、温度影响、零点漂移以及系统误差，提高粉尘传感器的稳定性和可靠性。

Description

一种手机控制型粉尘传感器监测系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种粉尘传感器监测系统，具体涉及一种通过蓝牙与手机无线连接，并由手机代替面板进行操作控制的高稳定、高可靠的手机控制型粉尘传感器监测系统及其使用方法。

背景技术

目前，国内、外所有的快速粉尘(颗粒物)测定仪器，比如环保系统广泛使用的锥体振荡天平颗粒物测定仪，还有公共场所、劳动作业现场及室内、外环境监测广泛使用的各种光散射式测(粉)尘仪以及各种型号的β射线法测尘仪器，都不具备手机控制功能。同时，上述各种粉尘监测仪器在室外恶劣环境下不能长期连续在线运行，并存在由于湿度干扰、温度漂移、时间漂移所引起的仪器不稳定的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是一种能够有效消除湿度干扰、温度影响、零点漂移以及系统误差的手机控制型粉尘传感器监测系统及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种手机控制型粉尘传感器监测系统，其特征在于，该监测系统包括手机客户端和粉尘仪本体，其中粉尘仪本体包括单片机、采样泵、切换阀和节流阀、散射光检测腔、接收部和控制器；所述手机客户端通过蓝牙通讯模块与所述粉尘仪本体的单片机进行信息交互，实现所述手机客户端对所述粉尘仪本体的无线控制及数据显示；所述单片机通过一恒流控制器与所述采样泵电连接，所述恒流控制器在驱动所述采样泵的同时，获取所述采样泵的流量信息并反馈给所述单片机，所述单片机根据所述采样泵的流量信息来调整所述采样泵的运行参数，以使所述采样泵以恒定流量采样；所述切换阀具有一个入口和两个出口，其入口连接所述采样泵的出口，其中一出口通过三通连接所述散射光检测腔的入口，所述散射光检测腔的出口经一过滤器连接所述采样泵的入口，以构成校零气体回路；所述切换阀的另一出口则与大气连通，并在受控切换后成为排气口；所述节流阀的入口连通大气以作为采样气体入口，其出口通过所述三通连接所述散射光检测腔的入口，采样气体经所述散射光检测腔、过滤器、采样泵后通过所述切换阀的排气口排入大气，以形成采样气路；所述散射光检测腔的一侧设置有一光源，所述接收部则设置在与所述光源相对的所述散射光检测腔的另一侧；所述接收部通过其上的光电传感器将所述散射光检测腔发出的散射光信号转换为电信号，该电信号经一放大及模数转换电路处理后传送给所述单片机，所述单片机再通过一数字电位器连接所述放大及模数转换电路；所述控制器的输出端分为三路，第一路通过第一驱动器与所述节流阀电连接，第二路通过第二驱动器与所述切换阀电连接，第三路则通过第三驱动器连接一步进电机，所述步进电机的输出端顺序连接一执行机构和一标准散射板，所述标准散射板能通过所述执行机构送入/撤出所述散射光检测腔。

在一个优选的实施例中，所述单片机还连接一湿度传感器，同时在所述手机客户端设置开启/关闭湿度修正功能；所述湿度传感器实时监测现场湿度，当所述单片机接收到所述手机客户端的开启湿度修正功能指令时，所述单片机根据湿度影响修正函数对测量值进行修正。

在一个优选的实施例中，在所述接收部上还设置有由温度传感器和贴片电阻作为微型加热器组成的恒温控制器。

在一个优选的实施例中，在所述单片机上还预置有使远程PC机与所述粉尘仪本体实现双向通讯的上位机通讯接口。

在一个优选的实施例中，所述手机客户端通过所述蓝牙通讯模块同时与两台以上所述粉尘仪本体连接。

一种上述手机控制型粉尘传感器监测系统的使用方法，其包括以下步骤：

1)用户通过手机客户端设置粉尘仪本体的操作参数，并通过蓝牙通讯模块将操作参数传输给单片机；

2)单片机通过恒流控制器控制采样泵将采样气体吸入，同时从恒流控制器获取采样流量数据以调整采样泵的运行参数，使采样泵以恒定流量采样；含有粉尘颗粒物的采样气体经节流阀进入散射光检测腔，在光源照射下产生散射光，接收部上的光电传感器将其转换为电信号，该电信号经放大及模数转换电路处理后传送给单片机，由单片机完成数据处理和输出管理，并将得到的数据通过蓝牙通讯模块传送给手机客户端进行显示，供用户查看；从散射光检测腔流出的采样气体经过过滤器过滤后进入采样泵，最后经切换阀的排气口排入大气；

3)控制器按内置程序定期执行零点校准及测量校准程序：

①当执行零点校准程序时，控制器控制第一驱动器关断节流阀，同时控制第二驱动器关断切换阀的排气口；此时采样气体进口被切断，校零气体回路被接通，采样泵将经过过滤器过滤的清洁空气经校零气体回路和切换阀送入散射光检测腔；光源经散射光检测腔后形成的散射光被接收部接收，经放大及模数转换电路处理后传输给单片机，单片机保存清洁气体的测量值作为实际零值，在下次测量时单片机将在测量值中减去该实际零值从而实现零点校准；

②按上述零点校准程序完成校零后，执行测量校准程序：首先控制器控制第三驱动器驱动步进电机运行，执行机构将校准用标准散射板送入散射光检测腔内部，光源经标准散射板后形成的散射光由接收部接收，经放大及模数转换电路处理后传输给单片机；然后单片机将标准散射板的实际测量值与其出厂标定值进行比较，当实际测量值与出厂标定值的误差超出规定范围时，单片机按与偏差相反的方向调整数字电位器，以调整放大及模数转换电路的电参数；经过若干次测量-比较-调整后，使得标准散射板的实际测量值与出厂标定值误差在规定范围内，完成粉尘仪本体的自动校准；在完成粉尘仪本体校准后，控制器再次控制第三驱动器驱动步进电机运行，执行机构将标准散射板从散射光检测腔中撤出回到初始位置；最后控制器控制驱动器第二使切换阀回位，将采样泵的出口与切换阀的排气口接通，同时控制第一驱动器开启节流阀，采样气路被接通，至此完成测量校准程序。

在上述步骤1)中，操作参数包括采样时间、采样周期和质量浓度转换系数。

在一个优选的实施例中，单片机还连接一湿度传感器，同时在手机客户端设置开启/关闭湿度修正功能；湿度传感器实时监测现场湿度，当单片机接收到手机客户端的开启湿度修正功能指令时，单片机根据湿度影响修正函数对测量值进行修正。

在一个优选的实施例中，将一部手机客户端通过蓝牙通讯模块同时与两台以上粉尘仪本体连接，以通过一部手机客户端实现多台粉尘仪本体的无线控制及数据显示。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将粉尘仪本体中的单片机与手机客户端通过蓝牙通讯模块连接，并可以通过1部手机实现多台粉尘仪本体的无线控制及数据显示，从而构建成一种在粉尘仪本体上无显示窗及控制键的粉尘传感器，适合接入在线监测系统作为传感器使用，同时方便本地维护。2、本发明的单片机还连接一湿度传感器，湿度传感器实时监测现场湿度，当单片机接收到手机客户端的湿度修正指令时，单片机根据湿度值用修正函数对测量值进行修正，以消除湿度对粉尘颗粒物浓度测量的干扰，提高测量值的准确性。3、本发明在粉尘仪本体的接收部增加由温度传感器和贴片电阻微型加热器组成的恒温控制器，以提高接收部上的光电转换器件的耐低温性能，保证粉尘传感器在室外冬季恶劣环境下稳定可靠的在线运行。4、本发明增加了校零气体回路及由控制器、节流阀和切换阀组成的切换控制电路，能够根据程序设定的校准周期实现粉尘仪本体输出与输入气路的闭合与断开的自动切换，从而将粉尘仪本体的气路自动切换到校零气体回路进行零值的在线自动校准，以消除粉尘传感器的零点漂移对测量准确性的影响，提高粉尘仪传感器的稳定性。5、本发明通过步进电机和执行机构连接一标准散射板，能够根据程序设定的校准周期自动将该标准散射板自动切换到光散射区，在比较标准散射板的实际测量值与其出厂标定值后，通过数字电位器自动调节放大及模数转换电路的电参数，从而实现测量电路的自动校准，以消除时漂、温漂等引起的系统误差，提高粉尘传感器的稳定性和可靠性。

附图说明

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

图1是本发明粉尘传感器监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的粉尘传感器监测系统包括手机客户端100和粉尘仪本体200，其中粉尘仪本体200包括单片机1、采样泵2、切换阀3和节流阀4、散射光检测腔5、接收部6和控制器7。手机客户端100通过蓝牙通讯模块8与粉尘仪本体200的单片机1进行信息交互，以实现手机客户端100对粉尘仪本体200的无线控制及数据显示。

单片机1通过恒流控制器9与采样泵2电连接，恒流控制器9在驱动采样泵2的同时，获取采样泵2的流量信息并反馈给单片机1以采样泵2的运行参数，保证采样泵2以恒定流量采样。切换阀3具有一个入口和两个出口，其入口连接采样泵2的出口，其中一出口通过三通10连接散射光检测腔5的入口，散射光检测腔5的出口经过滤器11连接采样泵2的入口，从而构成校零气体回路。切换阀3的另一出口则与大气连通，并在受控切换后成为排气口。节流阀4的入口连通大气以作为采样气体入口，其出口通过三通10连接散射光检测腔5的入口，采样气体经散射光检测腔5、过滤器11、采样泵2后通过切换阀3的排气口排入大气，从而形成采样气路。散射光检测腔5的一侧设置有光源12，接收部6则设置在与光源12相对的散射光检测腔5的另一侧。接收部6通过其上的光电传感器(图中未示出)将散射光检测腔5发出的散射光信号转换为电信号，该电信号经放大及模数转换电路13处理后传送给单片机1，单片机1再通过一数字电位器14连接放大及模数转换电路13，以调整放大及模数转换电路13的电参数。控制器7的输出端分为三路，第一路通过驱动器15与节流阀4电连接，第二路通过驱动器16与切换阀3电连接，第三路则通过驱动器17连接一步进电机18，步进电机18的输出端顺序连接一执行机构19和一标准散射板20，并通过该执行机构19将标准散射板20送入/撤出散射光检测腔5。

根据上述实施例中提供的粉尘传感器监测系统，本发明还提供了一种该粉尘传感器监测系统的使用方法，其包括以下步骤：

1)用户通过手机客户端100设置粉尘仪本体200的操作参数，包括采样时间、采样周期和质量浓度转换系数等参数，并通过蓝牙通讯模块8将上述操作参数传输给单片机1。

2)单片机1通过恒流控制器9控制采样泵2将采样气体吸入，同时从恒流控制器9获取采样流量数据以调整采样泵2的运行参数，使采样泵2以恒定流量采样以保证切割曲线的正确，进而保证测量值的准确。含有粉尘颗粒物的采样气体经节流阀4进入散射光检测腔5，在光源12照射下产生散射光，接收部6上的光电传感器将其转换为电信号，该电信号经放大及模数转换电路13处理后传送给单片机1，由单片机1完成数据处理和输出管理，并将得到的数据通过蓝牙通讯模块8传送给手机客户端100进行显示，供用户查看。从散射光检测腔5流出的采样气体经过过滤器11过滤后进入采样泵2，最后经切换阀3的排气口排入大气。

3)控制器7按内置程序定期执行零点校准及测量校准程序：

①当执行零点校准程序时，控制器7控制驱动器15关断节流阀4，同时控制驱动器16关断切换阀3的排气口。此时采样气体进口被切断，校零气体回路被接通，采样泵2将经过过滤器11过滤的清洁空气经校零气体回路和切换阀3送入散射光检测腔5。光源12经散射光检测腔5后形成的散射光被接收部6接收，经放大及模数转换电路13处理后传输给单片机1，单片机1保存清洁气体的测量值作为实际零值，在下次测量时单片机1将在测量值中减去该实际零值从而实现零点校准。

②按上述零点校准程序完成校零后，执行测量校准程序：首先控制器7控制驱动器17驱动步进电机18运行，执行机构19将校准用标准散射板20送入散射光检测腔5内部，光源12经标准散射板20后形成的散射光由接收部6接收，经放大及模数转换电路13处理后传输给单片机1。然后单片机1将标准散射板20的实际测量值与其出厂标定值进行比较，当实际测量值与出厂标定值的误差超出规定范围时，单片机1按与偏差相反的方向调整数字电位器14，即调整放大及模数转换电路13的电参数。经过若干次测量-比较-调整后，使得标准散射板20的实际测量值与出厂标定值误差在规定范围内，完成粉尘仪本体200的自动校准。在完成粉尘仪本体200校准后，控制器7再次控制驱动器17驱动步进电机18运行，执行机构19将校准用标准散射板20从散射光检测腔5中撤出回到初始位置。最后控制器7控制驱动器16使切换阀3回位，将采样泵2的出口与切换阀3的排气口接通，同时控制驱动器15开启节流阀4，采样气路被接通，至此完成测量校准程序。

在上述实施例中，单片机1还连接一湿度传感器21，同时在手机客户端100设置开启/关闭湿度修正功能。湿度传感器21实时监测现场湿度，当单片机1接收到手机客户端100的开启湿度修正功能指令时，单片机1根据湿度影响修正函数对测量值进行修正，以消除湿度对粉尘颗粒物浓度测量的干扰，提高测量值的准确性。

在上述实施例中，在接收部6上还设置有一恒温控制器22，该恒温控制器22由温度传感器和贴片电阻作为微型加热器组成(图中未示出)，通过恒温控制解决接收部7上的光电传感器的耐低温性能，保证粉尘仪在室外冬季恶劣环境下稳定可靠在线运行。

在上述实施例中，在单片机上还预置有上位机通讯接口23，通过该上位机通讯接口23用户可使用远程PC机实现与粉尘仪本体200的双向通讯，提供更为详尽的数据呈现界面。

在上述实施例中，可以将一部手机客户端100通过蓝牙通讯模块8同时与两台以上粉尘仪本体200连接，从而通过一部手机客户端100实现多台粉尘仪本体200的无线控制及数据显示。

上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手机控制型粉尘传感器监测系统，其特征在于，该监测系统包括手机客户端和粉尘仪本体，其中粉尘仪本体包括单片机、采样泵、切换阀和节流阀、散射光检测腔、接收部和控制器；所述手机客户端通过蓝牙通讯模块与所述粉尘仪本体的单片机进行信息交互，实现所述手机客户端对所述粉尘仪本体的无线控制及数据显示；

所述单片机通过一恒流控制器与所述采样泵电连接，所述恒流控制器在驱动所述采样泵的同时，获取所述采样泵的流量信息并反馈给所述单片机，所述单片机根据所述采样泵的流量信息来调整所述采样泵的运行参数，以使所述采样泵以恒定流量采样；所述切换阀具有一个入口和两个出口，其入口连接所述采样泵的出口，其中一出口通过三通连接所述散射光检测腔的入口，所述散射光检测腔的出口经一过滤器连接所述采样泵的入口，以构成校零气体回路；所述切换阀的另一出口则与大气连通，并在受控切换后成为排气口；所述节流阀的入口连通大气以作为采样气体入口，其出口通过所述三通连接所述散射光检测腔的入口，采样气体经所述散射光检测腔、过滤器、采样泵后通过所述切换阀的排气口排入大气，以形成采样气路；所述散射光检测腔的一侧设置有一光源，所述接收部则设置在与所述光源相对的所述散射光检测腔的另一侧；所述接收部通过其上的光电传感器将所述散射光检测腔发出的散射光信号转换为电信号，该电信号经一放大及模数转换电路处理后传送给所述单片机，所述单片机再通过一数字电位器连接所述放大及模数转换电路；所述控制器的输出端分为三路，第一路通过第一驱动器与所述节流阀电连接，第二路通过第二驱动器与所述切换阀电连接，第三路则通过第三驱动器连接一步进电机，所述步进电机的输出端顺序连接一执行机构和一标准散射板，所述标准散射板能通过所述执行机构送入/撤出所述散射光检测腔。

2.如权利要求1所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统，其特征在于，所述单片机还连接一湿度传感器，同时在所述手机客户端设置开启/关闭湿度修正功能；所述湿度传感器实时监测现场湿度，当所述单片机接收到所述手机客户端的开启湿度修正功能指令时，所述单片机根据湿度影响修正函数对测量值进行修正。

3.如权利要求1所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统，其特征在于，在所述接收部上还设置有由温度传感器和贴片电阻作为微型加热器组成的恒温控制器。

4.如权利要求2所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统，其特征在于，在所述接收部上还设置有由温度传感器和贴片电阻作为微型加热器组成的恒温控制器。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统，其特征在于，在所述单片机上还预置有使远程PC机与所述粉尘仪本体实现双向通讯的上位机通讯接口。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统，其特征在于，所述手机客户端通过所述蓝牙通讯模块同时与两台以上所述粉尘仪本体连接。

7.一种如权利要求1到6任一项所述的手机控制型粉尘传感器监测系统的使用方法，其包括以下步骤：

1)用户通过手机客户端设置粉尘仪本体的操作参数，并通过蓝牙通讯模块将操作参数传输给单片机；

2)单片机通过恒流控制器控制采样泵将采样气体吸入，同时从恒流控制器获取采样流量数据以调整采样泵的运行参数，使采样泵以恒定流量采样；含有粉尘颗粒物的采样气体经节流阀进入散射光检测腔，在光源照射下产生散射光，接收部上的光电传感器将其转换为电信号，该电信号经放大及模数转换电路处理后传送给单片机，由单片机完成数据处理和输出管理，并将得到的数据通过蓝牙通讯模块传送给手机客户端进行显示，供用户查看；从散射光检测腔流出的采样气体经过过滤器过滤后进入采样泵，最后经切换阀的排气口排入大气；

3)控制器按内置程序定期执行零点校准及测量校准程序：

①当执行零点校准程序时，控制器控制第一驱动器关断节流阀，同时控制第二驱动器关断切换阀的排气口；此时采样气体进口被切断，校零气体回路被接通，采样泵将经过过滤器过滤的清洁空气经校零气体回路和切换阀送入散射光检测腔；光源经散射光检测腔后形成的散射光被接收部接收，经放大及模数转换电路处理后传输给单片机，单片机保存清洁气体的测量值作为实际零值，在下次测量时单片机将在测量值中减去该实际零值从而实现零点校准；

②按上述零点校准程序完成校零后，执行测量校准程序：首先控制器控制第三驱动器驱动步进电机运行，执行机构将校准用标准散射板送入散射光检测腔内部，光源经标准散射板后形成的散射光由接收部接收，经放大及模数转换电路处理后传输给单片机；然后单片机将标准散射板的实际测量值与其出厂标定值进行比较，当实际测量值与出厂标定值的误差超出规定范围时，单片机按与偏差相反的方向调整数字电位器，以调整放大及模数转换电路的电参数；经过若干次测量-比较-调整后，使得标准散射板的实际测量值与出厂标定值误差在规定范围内，完成粉尘仪本体的自动校准；在完成粉尘仪本体校准后，控制器再次控制第三驱动器驱动步进电机运行，执行机构将标准散射板从散射光检测腔中撤出回到初始位置；最后控制器控制驱动器第二使切换阀回位，将采样泵的出口与切换阀的排气口接通，同时控制第一驱动器开启节流阀，采样气路被接通，至此完成测量校准程序。

8.如权利要求7所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统的使用方法，其特征在于，操作参数包括采样时间、采样周期和质量浓度转换系数。

9.如权利要求7或8所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统的使用方法，其特征在于，单片机还连接一湿度传感器，同时在手机客户端设置开启/关闭湿度修正功能；湿度传感器实时监测现场湿度，当单片机接收到手机客户端的开启湿度修正功能指令时，单片机根据湿度影响修正函数对测量值进行修正。

10.如权利要求7或8所述的一种手机控制型粉尘传感器监测系统的使用方法，其特征在于，将一部手机客户端通过蓝牙通讯模块同时与两台以上粉尘仪本体连接，以通过一部手机客户端实现多台粉尘仪本体的无线控制及数据显示。