CN105572129B - 城市固体污染物扩散研究用箱及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种城市固体污染物扩散研究用箱及其方法，所述的城市固体污染物扩散研究用箱的主体部分为带有污染物槽的污染物扩散模拟箱，所述的污染物槽设置在污染物扩散模拟箱顶部的四周，另外污染物扩散模拟箱中还包括城市污染测量模块以及天气模拟模块，所述的城市污染测量模块包括着一块Arduino uno R3单片机开发板、2个激光传感器、电阻丝、电容以及电脑，所述的电脑中设置有测量软件，所述的2个激光传感器分布在污染物扩散模拟箱内，其目的是利用3D打印技术的精确性，提供一种可靠的研究城市固体污染物扩散的装置。
Description
技术领域
本发明属于针对污染研究技术领域，具体涉及一种城市固体污染物扩散研究用箱及其方法。
背景技术
对城市污染物扩散问题的研究，由于其复杂的空间结构以及气流的不稳定性，因此在研究分析城市内污染气体扩散情况时理论值往往会与实际值有较大的偏差。
3D打印，又称增材制造，属于快速成型技术的一种。3D打印技术出现于20世纪80年代，但由于成本降低的原因最近几年才得以普及。3D打印技术的精确度一般可达到0.01mm，对于复杂结构的构造，具有良好的适应性。
发明内容
本发明的目的提供一种城市固体污染物扩散研究用箱及其方法，本专利目的是利用3D打印技术的精确性，提供一种可靠的研究城市固体污染物扩散的装置。
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种城市固体污染物扩散研究用箱及其方法的解决方案，具体如下：
一种城市固体污染物扩散研究用箱，所述的城市固体污染物扩散研究用箱的主体部分为带有污染物槽的污染物扩散模拟箱，所述的污染物槽设置在污染物扩散模拟箱顶部的四周，另外污染物扩散模拟箱中还包括城市污染测量模块以及天气模拟模块，所述的城市污染测量模块包括着一块Arduino uno R3单片机开发板、2个激光传感器、电阻丝、电容以及电脑，所述的电脑中设置有测量软件，所述的2个激光传感器分布在污染物扩散模拟箱内，电阻丝和电容并联形成滤波器同激光传感器相连接，该滤波器还同Arduino uno R3单片机开发板相连接，所述的Arduino uno R3单片机开发板还同电脑相连接，所述的城市污染测量模块包括污染物扩散模拟箱内的建筑物微缩尺度模型，所述的建筑物微缩尺度模型来源于对城区的建筑进行数字化，再通过3D打印机将其打印；该城市的微缩模型放入污染物扩散模拟箱，并根据已有的城市地图将建筑进行排布；所述的天气模拟模块包括设置在污染物扩散模拟箱的底部的风扇，该风扇用来模拟风向和风速。
所述的城市固体污染物扩散研究用箱的方法，步骤如下：
步骤1：把模拟用的污染物放入污染物槽中，按照城市场景再现图将城市的微缩模型放入内部置物区，使用前确定风向，用风扇模拟出事先确定的风向，将污染物按照这个风向吹入内部置物区；
步骤2：通过用于测量污染物浓度的激光传感器，将污染物浓度以模拟信号形式传至Arduino uno R3单片机开发板，Arduino uno R3单片机开发板将该模拟信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号也就是污染物浓度值，再通过Arduino uno R3单片机开发板连接至电脑的通信线路把数字信号传输到电脑，把污染物浓度值通过电脑的测量软件实现可视化，并绘制出变化趋势图像反映这个微缩城市各点的污染物浓度情况；
步骤3：测量完毕后，通过壳体下部的风扇将模拟完的污染物清除。
把该城市的微缩模型放入模拟箱，并根据已有的城市地图将建筑进行排布，然后由污染物槽将污染物导入模拟箱，并用天气模拟模块模拟各种天气，将实验箱连接电脑，即可测出污染物在城市中各处的浓度以及浓度随时间的变化的情况。
附图说明
图1为本发明的城市固体污染物扩散研究用箱的原理结构示意图。
图2为本发明的软件界面的示意图。
图3为本发明的曲线图的示意图。
具体实施方式
对城市污染物扩散问题的研究，由于其复杂的空间结构以及气流的不稳定性，因此在研究分析城市内污染气体扩散情况时理论值往往会与实际值有较大的偏差，该发明是为了能更准确的研究城市内污染气体扩散情况。本发明的目的是利用3D打印技术的精确性，发明一种可靠的研究城市固体污染物扩散的装置。
下面结合附图和实施例对发明内容作进一步说明：
城市固体污染物扩散研究用箱，所述的城市固体污染物扩散研究用箱的主体部分为带有污染物槽的污染物扩散模拟箱，所述的污染物槽设置在污染物扩散模拟箱顶部的四周，另外污染物扩散模拟箱中还包括城市污染测量模块以及天气模拟模块，所述的城市污染测量模块包括着一块Arduino uno R3单片机开发板、2个激光传感器、电阻丝、电容以及电脑，所述的电脑中设置有测量软件，所述的2个激光传感器分布在污染物扩散模拟箱内，电阻丝和电容并联形成滤波器同激光传感器相连接，该滤波器还同Arduino uno R3单片机开发板相连接，所述的Arduino uno R3单片机开发板还同电脑相连接，所述的城市污染测量模块包括污染物扩散模拟箱内的建筑物微缩尺度模型，所述的建筑物微缩尺度模型来源于对城区的建筑进行数字化，再通过3D打印机将其打印；该城市的微缩模型放入污染物扩散模拟箱，并根据已有的城市地图将建筑进行排布；所述的天气模拟模块包括设置在污染物扩散模拟箱的底部的风扇，该风扇用来模拟风向和风速。所述的Arduino uno R3单片机开发板包括ATmega328p芯片和32Kflash芯片。所述的城市固体污染物扩散研究用箱的方法，步骤如下：
步骤1：把模拟用的污染物放入污染物槽中，按照城市场景再现图将城市的微缩模型放入内部置物区，使用前确定风向，用风扇模拟出事先确定的风向，将污染物按照这个风向吹入内部置物区；
步骤2：通过用于测量污染物浓度的激光传感器，将污染物浓度以模拟信号形式传至Arduino uno R3单片机开发板，Arduino uno R3单片机开发板将该模拟信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号也就是污染物浓度值，再通过Arduino uno R3单片机开发板连接至电脑的通信线路把数字信号传输到电脑，把污染物浓度值通过电脑的测量软件实现可视化，并绘制出变化趋势图像反映这个微缩城市各点的污染物浓度情况；
步骤3：测量完毕后，通过壳体下部的风扇将模拟完的污染物清除。所述的污染物包括重量百分比为70％的面粉和30％的珍珠粉的浮尘、包括石灰粉的降尘以及由香烟烟雾模拟的污染烟气。所述的污染物的浓度单位为ppm。所述的测量软件用matlab软件编写的GUI用户界面将数据可视化。所述的测量软件为污染物扩散研究用箱中的数据的测量编写的软件为：通过点击该测量软件界面上的启动按钮Get Start，其界面上的文本框中便会实时反映激光传感器测量的污染物浓度，在界面上的四个点代表四个位置数据的测量值，四点的坐标分别为微型城市市中心商业区，微型城市行政区，微型城市住宅区，微型城市郊区，若想直观的反映污染物变化状况，点击右下角按钮，可看见污染物随时间的变化曲线图，该变化曲线图的横坐标表示时间，纵坐标表示污染物浓度，单位为ppm；而点击界面上的退出Quit按钮后，即可退出测量系统。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种利用城市固体污染物扩散研究用箱进行测量的方法，其特征在于：所述的城市固体污染物扩散研究用 箱的主体部分为带有污染物槽的污染物扩散模拟箱，所述的污染物槽设置在污染物扩散模拟箱顶部的四周，另外污染物扩散模拟箱中还包括城市污染测量模块以及天气模拟模块，所述的城市污染测量模块包括着一块Arduino uno R3单片机开发板、4个激光传感器、电阻丝、电容以及电脑，所述的电脑中设置有测量软件，所述的4个激光传感器分布在污染物扩散模拟箱内，电阻丝和电容并联形成滤波器同激光传感器相连接，该滤波器还同Arduino uno R3单片机开发板相连接，所述的Arduino uno R3单片机开发板还同电脑相连接，所述的城市污染测量模块包括污染物扩散模拟箱内的建筑物微缩尺度模型，所述的建筑物微缩尺度模型来源于对城区的建筑进行数字化，再通过3D打印机将其打印；该城市的微缩模型放入污染物扩散模拟箱，并根据已有的城市地图将建筑进行排布；所述的天气模拟模块包括设置在污染物扩散模拟箱的底部的风扇，该风扇用来模拟风向和风速；
具体检测步骤如下：
步骤1：把模拟用的污染物放入污染物槽中，按照城市场景再现图将城市的微缩模型放入内部置物区，使用前确定风向，用风扇模拟出事先确定的风向，将污染物按照这个风向吹入内部置物区；
步骤2：通过用于测量污染物浓度的激光传感器，将污染物浓度以模拟信号形式传至Arduino uno R3单片机开发板，Arduino uno R3单片机开发板将该模拟信号进行A/D转换，将模拟信号转换为数字信号也就是污染物浓度值，再通过Arduino uno R3单片机开发板连接至电脑的通信线路把数字信号传输到电脑，把污染物浓度值通过电脑的测量软件实现可视化，并绘制出变化趋势图像反映这个微缩城市各点的污染物浓度情况；所述的测量软件为污染物扩散研究用箱中的数据进行测量编写的方法为：通过点击该测量软件界面上的启动按钮Get Start，其界面上的文本框中便会实时反映激光传感器测量的污染物浓度，在界面上的四个点代表四个位置数据的测量值，四点的坐标分别为微型城市市中心商业区，微型城市行政区，微型城市住宅区，微型城市郊区，若想直观的反映污染物变化状况，点 击右下角按钮，可看见污染物随时间的变化曲线图，该变化曲线图的横坐标表示时间，纵坐标表示污染物浓度，单位为ppm；而点击界面上的退出Quit按钮后，即可退出测量系统；
步骤3：测量完毕后，通过壳体下部的风扇将模拟完的污染物清除。
2.根据权利要求1所述的一种利用城市固体污染物扩散研究用箱进行测量的方法，其特征在于：所述的Arduino uno R3单片机开发板包括ATmega328p芯片和32Kflash芯片。
3.根据权利要求1所述的一种利用城市固体污染物扩散研究用箱进行测量的方法，其特征在于：所述的污染物包括重量百分比为70％的面粉和30％的珍珠粉的浮尘、包括石灰粉的降尘以及由香烟 烟雾模拟的污染烟气。
4.根据权利要求1所述的一种利用城市固体污染物扩散研究用箱进行测量的方法，其特征在于：所述的污 染物的浓度单位为ppm；所述的测量软件用matlab软件编写的GUI用户界面将数据可视化。
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