CN105388208A - 一种基于pid的空气中voc监测仪及其实现远程监测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PID的空气中VOC监测仪及其实现远程监测的方法，包括PID传感器、与PID传感器依次连接的放大电路、低通滤波电路、嵌入式微机处理器、LCD\KEY模块，与PID传感器连接的还有由空气过滤单元、微型空气泵和密闭构件通过气体管路连接构成具备空气进气口、内部腔体和出气口的单向空气流动结构的气体采样系统；嵌入式微机处理器还与WIFI无线模块连接提供数据的无线传输,WIFI无线模块通过无线WIFI信号与无线路由器连接；无线路由器通过互联网络与云端服务器连接、移动终端通过无线网络互联与云端服务器连接采。本发明实现了室内空气中VOC的无线远程准确监测；并可实现监测大数据的数据积累，奠定了室内环境空气污染物监测大数据云平台的基础。

Description

一种基于PID的空气中VOC监测仪及其实现远程监测的方法

技术领域：

本发明涉及室内环境污染监测控制领域，尤其涉及室内空气检测仪器仪表领域的一种基于PID的空气中VOC监测仪及其实现远程监测的方法。

背景技术：

随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平得到很大提高，对住宅、办公楼以及其它工业民用建筑的要求也由遮风避雨到大面积、精装修、节能降耗等需求转变，然而，由此也带来了不可忽视的室内空气污染问题，因为建筑工程中使用的建筑材料、各种涂料、有机溶剂、人造板材等所挥发到建筑物空间中的各种气态有机化合物就不下几百种，其中的甲醛、芳香烃和卤代烃等，具有较高的毒性，对人体健康造成了极大的威胁，严重影响了人们的生活质量，与室内空气污染有直接关系的各种疾病不仅给患者本人和家庭造成巨大的痛苦和负担，也给社会、国家造成很大的负担和巨大经济损失。几乎我们每一个人，都是室内空气污染的受害者，建筑工程室内环境与健康问题已成为科技界研究讨论的焦点，同时成为社会普遍关注的热点。

目前，我国已全面开展建筑室内环境污染的控制工作，颁布实施了涉及建筑工程、建筑材料、装饰材料的《民用建筑工程室内环境污染控制规范》（GB50325）、系列“室内装饰装修材料有害物质限量”标准以及《室内空气质量标准》（GB/T18883）等国家标准规范。这些标准规范对室内空气污染物的某些指标作了限量规定，使我国在室内环境污染防治方面有了标准依据。标准规范的发布、监测体系的建立，在控制建筑设计、施工过程带来的污染方面发挥了一定的作用，但对于建筑工程在交付使用之后，由于人类活动带来的生活污染控制方面明显存在不足。

室内空气污染就其来源而言：一是建筑工程在设计、施工过程中由于建筑材料等自身污染物超标或者使用量过大带来的污染，建筑材料中的大多数污染物在空气中是连续释放的，有些污染物静态释放时间长达数十年，并在不同温湿度条件下，释放量不同。二是建筑工程在交付使用之后，由于人类活动带来的室内、外环境及生活污染；前者是长期的、静态释放的污染，后者是临时的、动态的污染。

实践证明，彻底解决室内空气污染问题，必须就建筑工程工艺、材料控制，新风换气空调与空气污染净化等措施并重实施，而在控制过程中，运用现代科学技术手段对代表室内环境质量和室内环境污染的环境要素（即室内环境与人体健康有关的物理、化学、生物和放射性参数）实施监视与测定，并科学分析环境要素变化对室内环境影响，评价室内环境质量及其变化趋势，构建起有效的建筑室内环境的运营监测评价体系，是实施建筑室内环境质量控制的重要手段，也是建筑工程质量监管体系的重要组成部分。

准确测定室内空气中VOC的浓度，观察、分析其变化及其对室内环境影响的过程，已成为当前社会研究的方向。但目前社会上的检测监测仪器，若直接应用于建筑室内环境的运营监测评价体系，还存在着许多不足，仪器要么需经在现场采样富集到实验室分析后提供数据，要么可在现场直接读取但缺乏长期连续监测的能力，要么虽具备连续监测能力可采用的如电化学类传感器检测，其精度低、稳定性差。

发明内容：

为了解决目前使用的室内空气中VOC的检测仪存在着检测程序烦琐、检测数据零散、检测效果差的问题，本发明的目的在于：提供一种室内空气中VOC的检测数据准确、实现现场或远程、长期连续检测的基于PID的空气中VOC监测仪及其实现远程监测的方法。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：

一种基于PID（光离子化检测器）的空气中VOC监测仪，包括VOC监测模块，WIFI无线路由器、云端服务器、移动终端设备；其中，VOC监测模块主要包括PID传感器、与PID传感器(1)连接的紫外灯及电离室供电电路、与PID传感器依次连接的放大电路、低通滤波电路、嵌入式微机处理器、LCD\KEY模块，与PID传感器依次连接的还有空气过滤单元、微型空气泵、电源电路、密闭构件；空气过滤单元、微型空气泵和密闭构件通过气体管路连接构成具备空气进气口、内部腔体和排气口的单向空气流动结构的气体采样系统，嵌入式微机处理器还与WIFI无线模块连接提供数据的无线传输,WIFI无线模块通过无线WIFI信号与无线路由器连接；无线路由器通过互联网络与云端服务器连接、移动终端设备通过无线网络互联与云端服务器连接

密闭构件通过固定件将PID传感器和PID传感器供电电路固定其内部腔体中。

一种基于PID（光离子化检测器）的空气中VOC监测仪实现远程监测的方法，该方法包括工作在广域网通讯模式和工作在局域网通讯模式两种模式，其中：工作在广域网通讯模式下，WIFI无线模块将嵌入式微机处理器处理过的监测数据通过无线路由器以无线网络方式传输至云端服务器，使用具备无线网络功能的平板电脑或手机云端服务器运行应用软件，通过互联网络访问云端服务器获取监测数据；工作在局域网通讯模式下，WIFI无线模块将嵌入式微机处理器处理过的数据，通过无线路由器以无线方式传输至平板电脑或手机及具备无线网络功能的移动终端设备，移动终端设备单元应用软件实施数据存储、分析功能。

移动终端设备中运行应用软件中软件流程模块包括：软件启动、通讯模式选择、广域网通讯、局域网通讯、连接云端服务器、连接WIFI无线路由器、用户登录、密码验证、登录成功、发送/接收通讯指令、设备状态查询、实时数据查询、历史数据查询、数据显示、存储、分析。

本发明的积极效果是：

1)采用PID作为传感单元，提高了监测准确性；

2)结构紧凑，重量轻，便于携带；

3)实现了室内空气中VOC的无线远程监测；

4)通过云端服务器的数据获取，可实现监测大数据的数据积累，奠定了室内环境空气污染物监测大数据云平台的基础。

附图说明：

图1为本发明的电器部件连接原理示意图；

图2为本发明的广域网通讯工作模式示意图；

图3为本发明的局域网通讯工作模式示意图；

图4为本发明的采样气路示意图。

图5为本发明的移动终端设备应用软件流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1—图5所示，基于PID（光离子化检测器）的空气中VOC监测仪，包括VOC监测模块10，WIFI无线路由器14、云端服务器11、移动终端设备12；VOC监测模块10主要包括PID传感器1、与PID传感器1连接的紫外灯及电离室供电电路2，由PID传感器供电电路2通过线路与SKA/PID-101型PID传感器1连接，为PID传感器1提供稳定的工作电压；PID传感器1输出的空气在PID传感器1中的紫外光和高压作用下电离的电压信号通过线路与放大电路3放大后，通过与其连接的低通滤波电路4剔除电压信号中的短期波动，使电压信号更加平稳、再进入到与低通滤波电路4连接的嵌入式微机处理器4；WIFI无线模块6通过线路与嵌入式微机处理器5连接提供数据的无线传输；LCD\KEY模块7通过线路与嵌入式微机处理器5连接提供人机交互操作；微型空气泵8通过线路与嵌入式微机处理器5连接提供气体采样动力、电源电路9通过线路与嵌入式微机处理器5连接提供运行电压。为防止采样气路的堵塞，空气过滤单元13通过气体管路与密闭构件17连接；密闭构件17通过固定件将PID传感器1和PID传感器供电电路2固定其内部腔体中；构成了用于民用建筑室内环境污染控制领域，对室内空气中有机污染物实施现场远程监测分析。

由图4还可以看出：空气过滤单元13、微型空气泵8和密闭构件17通过气体管路连接构成具备空气进气口15、内部腔体和出气口16的单向空气流动结构的气体采样系统，嵌入式微机处理器5还与WIFI无线模块6连接提供数据的无线传输,WIFI无线模块6通过无线WIFI信号与无线路由器14连接；无线路由器14通过互联网络与云端服务器11连接、移动终端12通过无线网络互联与云端服务器11连接

基于PID（光离子化检测器）的空气中VOC监测仪工作过程分为采样分析、远程传输、数据处理分析步骤：

采样分析过程如图4中，仪器程序化工作，启动空气采样泵2，在空气采样泵2工作的作用下，外部空气从进气口15，通过空气过滤单元13，到密闭构件17,再通过排气口16排出监测仪外；

采样分析工作状态下，PID传感器供电电路2为PID传感器1供电，经密闭构件17的空气，在PID传感器1中的紫外光和高压的作用下电离，使PID传感器1产生电信号，该信号经过放大电路3放大，经低通滤波电路4的滤波后，送入带有A/D数模转换的嵌入式微机处理器5进行程序化处理分析。

在达到程序设置采样时间后，空气采样泵2停止工作，嵌入式微机处理器5将监测数据处理后，通过LCD\KEY模块7实现数据的显示，并将监测到的室内空气中VOC浓度数据发送到WIFI无线模块6，仪器进入无线网络传输状态。

基于PID的空气中VOC监测仪实现远程监测的方法：无线传输状态模式分为两种，模式一如图2所示：工作在广域网通讯模式下，WIFI无线模块6将数据通过无线路由器14以无线网络方式传输至云端服务器11，使用具备无线网络功能的平板电脑及手机等移动终端设备12运行应用软件，通过互联网络访问云端服务器获取监测数据实施图形化显示。模式二如图3所示：工作在局域网通讯模式下，WIFI无线模块6将数据通过无线路由器14以无线方式传输至平板电脑及手机等具备无线网络功能的移动终端12，移动终端设备单元应用软件实施数据存储、分析以及图形化显示功能。

移动终端设备12中所运行应用软件流程如图5所示：运行应用软件，进入软件启动18状态，用户可进行通讯模式选择19操作，通讯模式选择19分为广域网通讯20和局域网通讯21两部分，所述广域网通讯20，软件系统运行连接云服务器22，连接云服务器22完成后可进行用户登录24，软件系统进行密码验证25，密码验证25验证成功后及进入登录成功26状态，完成登录成功26后进行发送/接收通讯指令27操作，发送/接收通讯指令27分为设备状态查询28可查询访问VOC监测模块10运行状态、实时数据查询29和历史数据查询30，通过实时数据查询29和历史数据查询30功能获取数据进行数据显示、存储、分析31；所述打开局域网通讯21后，软件系统运行连接wifi无线路由器23，完成连接wifi无线路由器23进行发送/接收通讯指令27操作，发送/接收通讯指令27包括设备状态查询28、实时数据查询29和历史数据查询30，通过实时数据查询29和历史数据查询30功能获取的数据进行数据显示、存储、分析31。

本发明准确度高、结构小巧、多样化远程查看监测数据，可广泛应用于对空气中VOC实施调控的诸多领域，具有极大的经济和社会效益。

Claims (4)

1.一种基于PID（光离子化检测器的空气中VOC监测仪，包括VOC监测模块（10），WIFI无线路由器（14）、云端服务器(11)、移动终端设备(12)；其特征在于：VOC监测模块（10）主要包括PID传感器(1)、与PID传感器(1)连接的紫外灯及电离室供电电路（2）、与PID传感器依次连接的放大电路(3)、低通滤波电路(4)、嵌入式微机处理器(5)、LCD\KEY模块(7)，与PID传感器依次连接的还有空气过滤单元（13）、微型空气泵(8)、电源电路(9)、密闭构件（17）；空气过滤单元（13）、微型空气泵(8)和密闭构件（17）通过气体管路连接构成具备空气进气口（15）、内部腔体和排气口（16）的单向空气流动结构的气体采样系统，嵌入式微机处理器(5)还与WIFI无线模块(6)连接提供数据的无线传输,WIFI无线模块(6)通过无线WIFI信号与无线路由器（14）连接；无线路由器（14）通过互联网络与云端服务器(11)连接、移动终端设备(12)通过无线网络互联与云端服务器(11)连接。

2.根据权利要求1所述一种基于PID（光离子化检测器的空气中VOC监测仪，其特征在于:密闭构件（17）通过固定件将PID传感器(1)和PID传感器供电电路(2)固定其内部腔体中。

3.一种基于PID（光离子化检测器的空气中VOC监测仪实现远程监测的方法，主要包括工作在广域网通讯模式和工作在局域网通讯模式两种模式，其特征在于：工作在广域网通讯模式下，WIFI无线模块(6)将嵌入式微机处理器(5)处理过的监测数据通过无线路由器（14）以无线网络方式传输至云端服务器(11)，使用具备无线网络功能的平板电脑或手机云端服务器(11)运行应用软件，通过互联网络访问云端服务器获取监测数据；工作在局域网通讯模式下，WIFI无线模块(6)将嵌入式微机处理器(5)处理过的数据，通过无线路由器（14）以无线方式传输至平板电脑或手机及具备无线网络功能的移动终端设备(12)，移动终端设备(12)单元应用软件实施数据存储、分析功能。

4.根据权利要求3所述的基于PID（光离子化检测器的空气中VOC监测仪实现远程监测的方法，其特征在于：移动终端设备(12)中运行应用软件中软件流程模块包括：软件启动（18）、通讯模式选择（19）、广域网通讯（20）、局域网通讯（21）、连接云端服务器（22）、连接WIFI无线路由器（23）、用户登录（24）、密码验证（25）、登录成功（26）、发送/接收通讯指令（27）、设备状态查询（28）、实时数据查询（29）、历史数据查询（30）、数据显示、存储、分析（31）。