CN106885884A - 一种智能城市空气实时评价装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能城市空气实时评价装置及其控制方法，包括设置在楼顶的立柱，所述立柱顶端设置矩形框架，所述矩形框架上设有用来监测空气质量的监测模块，所述显示面板与控制模块连接，控制模块与监测模块连接，所述矩形框架上设置转动机构，所述转动机构通过拉绳与十字架形管连接，所述十字架形管与热气球连接，所述十字架形管的横管上设有尾翼，所述十字架形管的横管内设有雾霾处理机构。该装置不仅能够净化空气，且能够将各监测点所得空气质量数据实时上传，满足了空气质量监测的需要。
Description
技术领域
本发明涉及及环境监测设备技术领域，具体涉及一种智能城市空气实时评价装置及其控制方法。
背景技术
空气质量问题日益突出，人们对于自身生存的环境质量也愈发重视，其中对于空气质量的关注便是其中最为突出的之一。生活中人们要户外活动，又要注重健康的作息时间，但对自己身边小范围内的空气质量却一无所知，尤其是实时的空气质量。目前小范围区域内空气质量没有实时性预报装置，告知人们是否适宜户外活动，这对人们的健康生活和作息造成了一定程度上的不便。现有的空气质量评价与预测都是针对城市的大片区域(区级别)，却没有针对城市 空间小范围区域的实时评价装置与方法。现有的传统空气质量评价方法不能很好适应目前国家实施的空气质量新标准评 价，鲁棒性较差，对于噪声数据的适应能力很差。此外，现有的城市空气质量评价装置大多归于气象和环保部门管理，不能及时有 效地将局部小区域空气质量状况信息发布到客户端，而且必须要有客户终端硬件和软件支 持，对于公众来说很不方便。
PM2.5，即细颗粒物，又称细粒、细颗粒。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就 代表空气污染越严重。虽然 PM2.5 只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量 和能见度等有重要的影响。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳 (OC)、元素碳(EC)、硝酸 盐、硫酸盐、铵盐、钠盐 (Na+) 等。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5 粒径小，面积大，活性强， 易附带有毒、有害物质 ( 例如，重金属、微生物等 )，且在大气中的停留时间长、输送距离远， 因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。随着人们对大气中PM2.5 的关注，机构对 PM2.5 含量与空气质量等级进行了对应。 其中 24 小时 PM2.5 平均值标准值代表的空气质量等级一标准如下 ：0 ～ 35ug/m 3 ，优 ；35 ～ 75ug/m 3 ，良；75 ～ 115ug/m 3 ，轻度污染；115 ～ 150ug/m 3 ，中度污染 ；150 ～ 250ug/m 3 ，重度污 染 ；大于 250 及以上，严重污染。
现在很多地方政府会设置监测点对大气的 PM2.5 进行实时监测，但是存在检测点 过少的问题，以杭州为例，目前仅有云栖，城厢镇，临平镇，和睦小学，朝晖五区，浙江农大， 卧龙桥，千岛湖，西溪和滨江等少数的检测点，然而对于某些大型社区，例如居民小区，医院 以及学校需要对空气质量进行就地的检测。
针对以上需求，实有必要开发一套系统结构简单，成本低，稳定性好的空气质量监测系统，使得有需求的社区用户可以实时查看社区的空气质量参数以采取相应的防护措施。
空气质量越来越受到人们的关注，而且全球的空气质量正在逐步降低。有报告显示，中国最大的 500 个城市中，只有不到 1％的城市达到世界卫生组织推荐的空气质量标准，2013 年的北京，仅有 5 天不是雾霾天。与此同时，世界上空气污染最严重的10个城市有 7 个在中国。在中国东部、印度北部和欧洲，工业革命带来的城市化导致空气中的细颗粒物大 大增加，并对人们的健康造成了很大的影响。在这些人口稠密、空气污染严重的地区，人为 造成的空气污染导致每年每平方公里超过 1000 人过早死亡。PM2.5、空气质量指数正在渐 渐被人们熟悉和重视，治理空气环境刻不容缓，人们也发明了各种空气环境监测装置和提 出了多种空气环境治理方案。如申请号为 201410375605.9 的中国发明专利申请，提供了一种基于无人机的空气质量监测装置及监测方法。该发明包括空中飞行模块和与空中飞行模块进行通信的地面 控制模块，其特征是 ：所述的空中飞行模块上设置有空气检测传感器模块和 GPS 定位模块， 所述的空气检测传感器模块和 GPS 定位模块通过模数转换模块连接数据存储装置。本发明 能够对环境质量进行全面的数据采集和监控，提供更加科学合理的评价依据，并且成本低， 使用方便。控制无人机进行巡回取样监测，无人机在空中飞行的过程中空气检测传感器模 块根据飞行路线按照栅格点取样的方式采集空气中的各种挥发气体的含量，并将检测的数 据发送到存储器中进行存储，同时GPS定位模块定位取样点的地理位置，并在控制器中将 取样点的位置和检测到的数据对应起来，为环境监测提供依据。但是这种监测装置采用无人机为载体，无人机在空中是一直处于飞行状态，不能 长期定点监测，而且无人机消耗动力大，飞行高度低，飞行时间短，只能短暂地检测；而且无人机受自然环境影响大，刮风雨雪天气就不能飞行。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种智能城市空气实时评价装置及其控制方法，该装置不仅能够净化空气，且能够将各监测点所得空气质量数据实时上传，满足了空气质量监测的需要。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种智能城市空气实时评价装置及其控制方法，包括设置在楼顶的立柱，所述立柱顶端设置矩形框架，所述矩形框架的一侧通过若干个第一横臂设置显示面板，所述矩形框架的另一侧设置支撑板，所述支撑板上端与所述矩形框架对应一侧的上端铰接，所述支撑板下部通过伸缩机构与所述矩形框架的下部连接，所述支撑板的外侧通过第二横臂设置太阳能发电模块，所述第一横臂和第二横臂采用压电悬臂梁，所述矩形框架下方设置控制模块、通信模块以及电能管理模块，所述矩形框架上设有用来监测空气质量的监测模块，所述显示面板与控制模块连接，控制模块与监测模块连接，所述矩形框架上设置转动机构，所述转动机构通过拉绳与十字架形管连接，所述十字架形管与热气球连接，所述十字架形管的横管上设有尾翼，所述十字架形管的横管内设有雾霾处理机构。
所述十字架形管的竖管内设有雾霾处理机构。
所述监测模块包括二氧化硫监测模块、一氧化碳监测模块、二氧化氮监测模块、空气颗粒监测模块，
所述竖管壁为双层结构，内管与外管间的空腔分为上空腔和下空腔。上空腔和下空腔通过导管连接。所述上空腔上设有漏斗形导流件。
所述雾霾处理机构包括设置在横管入口的进气风扇，所述横管内设置超声波加湿机构，所述超声波加湿机构上设置静电产生机构，所述横管末端连通排污管道网。横管另一端的出口下端与排污管道连接，所述排污管与下水道连接。
所述控制模块负责设定各项空气指标的阈值，接收系统内其他模块发送的信息并对信息进行处理； 所述二氧化硫监测模块，负责测量监测区域内二氧化硫的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述一氧化碳监测模块，负责测量监测区域内一氧化碳的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述二氧化氮监测模块，负责测量监测区域内二氧化氮的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述空气颗粒监测模块模块，负责测量监测区域内空气颗粒的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述显示模块，与处理器连接，负责对接收数据的显示；所述二氧化硫监测模块为二氧化硫检测仪，一氧化碳监测模块为一氧化碳检测仪、二氧化氮监测模块为二氧化氮检测仪，空气颗粒监测模块颗粒检测仪。所述显示模块为触碰显示屏。
所述太阳能发电模块和压电悬臂梁与所述电能管理模块连接，所述控制模块与所述通信模块、伸缩机构和电能管理模块连接。
进一步的，所述太阳能发电模块包括通过第二横臂设置的太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述支撑板之间在所述第二横臂上设置温度控制板，所述温度控制板上设置温度发电机构，所述温度发电机构与所述电能管理模块连接。
进一步的，所述温度控制板采用太阳能集热板，所述温度发电机构包括所述温度控制板内侧面设置的半导体制冷片，所述半导体制冷片的发热端与所述温度控制板连接。
进一步的，所述电能管理模块包括太阳能控制器、充放电控制器和蓄电池，所述太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池依次连接，所述蓄电池通过充放电控制器与所述压电悬臂梁、温度发电机构、控制模块连接，所述蓄电池与市电连接。
进一步的，所述控制模块包括单片机，所述通信模块包括蓝牙模块。
进一步的，所述伸缩机构包括电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的两端通过旋转机构与所述矩形框架和支撑板连接。
进一步的，所述旋转机构包括设置在所述矩形框架和支撑板上设置的第一轴承、所述电动伸缩杆两端设置的第二轴承以及连接所述第一轴承和第二轴承的旋转杆。
进一步的，所述超声波加湿机构包括所述横管内设置的水箱，所述水箱内设置超声波换能器，所述水箱上设置出雾口，所述水箱通过进水管和控制阀与自来水管连通，所述控制阀与所述控制模块连接，所述静电产生机构包括所述水箱上对应所述出雾口设置的电极环，所述电极环与静电发生器连接。
进一步的，所述横管入口向内设置清洗喷头，所述清洗喷头通过所述进水管和控制阀与所述自来水管连通。
一种智能城市空气净化控制方法，包括在无风时，横管通过进气风扇将外界的空气加压送入管道内，管道内的超声波加湿机构可以喷出水雾，且水雾会被静电产生机构带上静电，这样水雾在管道内可以对空气中的颗粒物进行吸附，当颗粒物上吸附的水分较多时会因为重量问题粘附到排污管道上，水雾携着颗粒物吸附在排污管道后，会持续吸附水雾，最后产生水流将排污管道的侧壁冲刷，实现颗粒物的吸附以及通过水流带走，从而对空气进行净化；在有风时通过尾翼调整横管风向，风进入横管，无需风机即可出雾霾。
本发明的矩形框架设置支撑板用来支撑整个太阳能发电模块，支撑板的上端与矩形框架的上端铰接，下部通过伸缩机构与矩形框架连接，这样在太阳能发电模块不工作时竖立放置，与矩形框架贴合，形成一个大平面对风力进行运用，引起第一横臂和第二横臂振动，第一横臂和第二横臂采用压电悬臂梁将振动能量转换为电能，这样在晴天时风力小通过太阳能发电模块收集电能，在阴雨天风大时通过压电悬臂梁进行风致振动发电，两者转换的电能存储在电能管理模块，供设备以及雾霾处理模块使用，两者的相互配合可以保证充足的电量供应。雾霾处理模块用于净化空气，在楼顶内多设置几处，可以有效降低雾霾的浓度，对身体健康多一份保障。本发明的装置能源的转换利用效率高，大大降低了运维的成本，且自身携带雾霾处理功能，能够对空气进行净化。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述：
图1是本发明的结构图；
图2是本发明的发电结构示意图；
图3是本发明的系统结构图；
图4是本发明太阳能发电模块的结构示意图；
图5是本发明伸缩机构的结构示意图；
图6是本发明雾霾处理机构的结构示意图；
图7是本发明转动机构结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1至图7对本发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：
实施例一
本实施例提供了一种智能城市空气实时评价装置及其控制方法，包括立柱12，所述立柱12顶端设置矩形框架3，所述矩形框架3的一侧通过若干个第一横臂2设置显示面板1，所述矩形框架3的另一侧设置支撑板6，所述支撑板6上端与所述矩形框架3对应一侧的上端铰接，所述支撑板6下部通过伸缩机构5与所述矩形框架3的下部连接，所述支撑板6的外侧通过第二横臂7设置太阳能发电模块8，所述第一横臂2和第二横臂7采用压电悬臂梁17，所述矩形框架3下方设置控制模块9、通信模块10以及电能管理模块11，所述矩形框架上设有用来监测空气质量的监测模块47，所述显示面板1与控制模块连接，控制模块与监测模块连接，所述监测模块包括二氧化硫监测模块、一氧化碳监测模块、二氧化氮监测模块、空气颗粒监测模块，所述矩形框架上设置转动机构40，所述转动机构通过拉绳41与十字架形管48连接，所述十字架形管与热气球43连接，所述十字架形管的横管上设有尾翼42，所述十字架形管的横管内设有雾霾处理机构。
矩形框架的支撑板用来支撑整个太阳能发电模块，支撑板的上端与矩形框架的上端铰接，下部通过伸缩机构与矩形框架连接，这样在太阳能发电模块不工作时竖立放置，与矩形框架贴合，形成一个大平面对风力进行运用，引起第一横臂和第二横臂振动，第一横臂和第二横臂采用压电悬臂梁将振动能量转换为电能，这样在晴天时风力小通过太阳能发电模块收集电能，在阴雨天风大时通过压电悬臂梁进行风致振动发电，两者转换的电能存储在电能管理模块，供设备以及雾霾处理模块使用，两者的相互配合可以保证充足的电量供应。雾霾处理模块用于净化空气，在楼顶多设置几处，可以有效降低雾霾的浓度，对在身体健康多一份保障。
设置的通信模块可以与手机相连接，便于可与实时了解空气质量。
所述控制模块9包括单片机，所述通信模块10包括蓝牙模块，所述显示面板1包括LED显示屏。单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，结构小巧，价格低廉，易于推广使用。通信模块采用GPRS模块，可以实现远距离的无线通信，不用在现场大量架线，设备安装运行更加简单。通信模块采用蓝牙模块，方便显示面板与手机相连接，播放空气质量信息。
实施例二
其与实施例一的区别在于：
所述太阳能发电模块8包括通过第二横臂7设置的太阳能电池板18，所述太阳能电池板18与所述支撑板9之间在所述第二横臂7上设置温度控制板20，所述温度控制板20上设置温度发电机构19，所述温度发电机构19与所述电能管理模块11连接。太阳能发电模块通过第二横臂上的太阳能电池板进行发电，可以在晴天时对太阳能进行转换，太阳能电池板具有一个高效率电能转换的温度区间，通过设置温度控制板对太阳能电池板过高的温度进行吸收，避免太阳能电池板温度过高，导致发电效率降低。温度控制板吸收热量，温度升高，因此在温度控制板上设置温度发电机构，可以对过高的温度进行利用，利用热能发电，对太阳能的利用效率更高。
所述温度控制板20采用太阳能集热板，所述温度发电机构19包括所述温度控制板20内侧面设置的半导体制冷片，所述半导体制冷片的发热端与所述温度控制板20连接。温度控制板采用太阳能集热板，对于热量的收集效率更高，温度发电机构采用半导体制冷片，其发热端升温便可产生电流。
所述电能管理模块11包括太阳能控制器16、充放电控制器13和蓄电池14，所述太阳能电池板18、太阳能控制器16和蓄电池14依次连接，所述蓄电池14通过充放电控制器13与所述压电悬臂梁17、温度发电机构19、控制模块9连接，所述蓄电池14与市电15通过充电控制器连接。太阳能控制器可以对电池板的发电效率进行控制，保持高效率的发电，充放电控制器可以对蓄电池的充放电进行管理，对输入和输出的电压进行转换，满足各个设备的使用。本发明通过太阳能电池板、风致振动以及热能发电，在晴天无风时太阳光线强烈，但是雾霾较为严重，此时通过太阳能电池板以及热能发电，且太阳能电池板被顶起，雾霾处理机构可以对雾霾进行处理，当阴雨天太阳能较弱，但是风力较大，太阳能发电模块收起贴合矩形框架，对风力进行截留，从而使得第一横臂和第二横臂振动发电，该发电机构以及雾霾处理机构相互配合，协同作用，对于太阳能转换、雾霾浓度较高时过滤、风能较大时风能发电等情况进行了完美的衔接，电能的转换以及雾霾的处理效果都非常好。
实施例三
其与实施例一的区别在于：
所述伸缩机构5包括电动伸缩杆24，所述电动伸缩杆24的两端通过旋转机构与所述矩形框架3和支撑板6连接。伸缩机构是控制支撑板撑起还是收回的装置，因此采用电动伸缩杆利于控制模块进行控制，结构简单。
所述旋转机构包括设置在所述矩形框架3和支撑板6上设置的第一轴承21、所述电动伸缩杆24两端设置的第二轴承23以及连接所述第一轴承21和第二轴承23的旋转杆22。因为支撑板与地面的角度会发生变化，因此电动伸缩杆与支撑板和矩形框架的角度都会发生变化，所以其之间通过轴承进行连接，根据电动伸缩杆的长度变化 可以调整角度，能够实现支撑板的角度调整。
实施例四
其与实施例一的区别在于：
所述十字架形管的竖管内设有雾霾处理机构。
所述竖管壁为双层结构，内管与外管间的空腔分为上空腔44和下空腔45。上空腔和下空腔通过导管连接。所述上空腔上设有漏斗形导流件46，所述竖管外壁涂覆有吸热涂料层，在太阳充足，管内温度升高，形成热效应，外界空气从下部进入通过雾霾处理机构，将空气处理干净。
所述转动机构包括筒体和穿过筒体与之滑动连接的T形连接件，所述T形连接件52与筒体51见设有钢珠53。
所述控制模块负责设定各项空气指标的阈值，接收系统内其他模块发送的信息并对信息进行处理； 所述二氧化硫监测模块，负责测量监测区域内二氧化硫的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述一氧化碳监测模块，负责测量监测区域内一氧化碳的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述二氧化氮监测模块，负责测量监测区域内二氧化氮的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述空气颗粒监测模块模块，负责测量监测区域内空气颗粒的含量，并将测量信息通过网络发送至控制模块；所述显示模块，与处理器连接，负责对接收数据的显示；所述二氧化硫监测模块为二氧化硫检测仪，一氧化碳监测模块为一氧化碳检测仪、二氧化氮监测模块为二氧化氮检测仪，空气颗粒监测模块颗粒检测仪。所述显示模块1为触碰显示屏。
所述雾霾处理机构4包括设置在横管27入口的进气风扇32，所述横管内设置超声波加湿机构，所述超声波加湿机构上设置静电产生机构，所述横管末端连通排污管道网。横管另一端的出口下端与排污管道25连接，所述排污管与下水道连接。
在无风时，横管通过进气风扇将外界的空气加压送入管道内，管道内的超声波加湿机构可以喷出水雾，且水雾会被静电产生机构带上静电，这样水雾在管道内可以对空气中的颗粒物进行吸附，当颗粒物上吸附的水分较多时会因为重量问题粘附到排污管道上，水雾携着颗粒物吸附在排污管道后，会持续吸附水雾，最后产生水流将排污管道的侧壁冲刷，实现颗粒物的吸附以及通过水流带走，从而对空气进行净化。所述横管位于遮雨棚内，横管一端穿出遮雨棚与进气风扇连接，横管另一端的出口下端与排污管道连接，所述排污管穿出遮雨棚壁与下水道连接。干净的空气孔横管出口的上部进入遮雨棚。在有风时通过尾翼调整横管风向，风进入横管，无需风机即可出雾霾。
所述超声波加湿机构包括所述横管27内设置的水箱33，所述水箱33内设置超声波换能器34，所述水箱33上设置出雾口28，所述水箱33通过进水管35和控制阀36与自来水管37连通，所述控制阀36与所述控制模块9连接，所述静电产生机构包括所述水箱33上对应所述出雾口28设置的电极环30，所述电极环30与静电发生器29连接。超声波加湿机构通过水箱内设置超声波换能器，通过高频率的振动将水雾化，再从出雾口将水雾排出，静电发生器与电极环连接，使得电极环上携带静电，并使得电极环中间穿过的水雾携带电荷，可以对颗粒物进行吸附。水箱内的水通过进水管供应，进水管与自来水管连接，通过控制阀来控制进水量，控制阀与控制模块连接，便可以实现自动化添水，保证雾霾处理机构的长久运行。
所述横管27入口向内设置清洗喷头31，所述清洗喷头31通过所述进水管35和控制阀36与所述自来水管37连通。清洗喷头可以对横管内进行清洗，避免吸附大量的灰尘影响雾霾的过滤效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种智能城市空气实时评价装置，其特征在于：包括设置在楼顶的立柱，所述立柱顶端设置矩形框架，所述矩形框架的一侧通过若干个第一横臂设置显示面板，所述矩形框架的另一侧设置支撑板，所述支撑板上端与所述矩形框架对应一侧的上端铰接，所述支撑板下部通过伸缩机构与所述矩形框架的下部连接，所述支撑板的外侧通过第二横臂设置太阳能发电模块，所述第一横臂和第二横臂采用压电悬臂梁，所述矩形框架下方设置控制模块、通信模块以及电能管理模块，所述矩形框架上设有用来监测空气质量的监测模块，所述显示面板与控制模块连接，控制模块与监测模块连接，所述矩形框架上设置转动机构，所述转动机构通过拉绳与十字架形管连接，所述十字架形管与热气球连接，所述十字架形管的横管上设有尾翼，所述十字架形管的横管内设有雾霾处理机构。
2.如权利要求1所述的智能城市空气实时评价装置，其特征在于：所述雾霾处理机构包括设置在横管入口的进气风扇，所述横管内设置超声波加湿机构，所述超声波加湿机构上设置静电产生机构，所述横管末端连通排污管道网。
3.如权利要求2所述的智能城市空气实时评价装置，其特征在于：所述太阳能发电模块和压电悬臂梁与所述电能管理模块连接，所述控制模块与所述通信模块、伸缩机构和电能管理模块连接。
4.如权利要求3所述的智能城市空气实时评价装置，其特征在于：所述太阳能发电模块包括通过第二横臂设置的太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述支撑板之间在所述第二横臂上设置温度控制板，所述温度控制板上设置温度发电机构，所述温度发电机构与所述电能管理模块连接。
5.如权利要求4所述的智能城市空气实时评价装置，其特征在于：所述温度控制板采用太阳能集热板，所述温度发电机构包括所述温度控制板内侧面设置的半导体制冷片，所述半导体制冷片的发热端与所述温度控制板连接。
6.如权利要求5所述的智能城市空气实时评价装置，其特征在于：所述电能管理模块包括太阳能控制器、充放电控制器和蓄电池，所述太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池依次连接，所述蓄电池通过充放电控制器与所述压电悬臂梁、温度发电机构、控制模块连接，所述蓄电池与市电连接。
7.一种智能城市空气净化控制方法，其特征在于：在无风时，横管通过进气风扇将外界的空气加压送入管道内，管道内的超声波加湿机构可以喷出水雾，且水雾会被静电产生机构带上静电，这样水雾在管道内可以对空气中的颗粒物进行吸附，当颗粒物上吸附的水分较多时会因为重量问题粘附到排污管道上，水雾携着颗粒物吸附在排污管道后，会持续吸附水雾，最后产生水流将排污管道的侧壁冲刷，实现颗粒物的吸附以及通过水流带走，从而对空气进行净化；在有风时通过尾翼调整横管风向，风进入横管，无需风机即可出雾霾。
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