CN107655952A - 一种分布式智能甲醛测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式智能甲醛测试装置和方法，由甲醛检测模块、WiFi收发模块、无线路由器、微处理器、显示电路模块、移动通信模块、除甲醛仪器、移动终端组成。其中，甲醛检测模块用于实时监测家居环境空气中甲醛浓度，WiFi收发模块用于将甲醛检测模块输出甲醛浓度数据实时传输给微处理器，微处理器将每个分布式监测点的甲醛浓度经滤波平滑处理后集中实时显示供用户查看，同时微处理器根据一段时间内监测到的甲醛浓度情况决定是否休眠和唤醒某个监测点以降低系统功耗。本发明能够有效提高检测精度以及实时监测效果。
Description
技术领域
本发明涉及多房间大面积家居空气质量检测系统，特别是一种分布式智能甲醛测试装置和方法。
背景技术
随着科技的飞速发展和人们生活水平的不断提高，空气质量问题越来越受到人们的重视，特别是新装家居中空气质量的检测。甲醛作为空气中有害气体之一，其过量的含量对人们的身体健康造成严重危害，特别是新房装修后，地板或者木门等都会挥发出一定的甲醛从而使一定的甲醛残存于室内。据相关资料显示，当室内甲醛含量达到0.1mg/m3时，人就会感觉到异味和不适感，当达到30 mg/m3时会引起人死亡，国家相关标准规定室内甲醛含量不大于0.08 mg/m3。
传统的甲醛测试仪只是一个测量仪表，只能测某一范围内的空气中甲醛浓度，不能做到实时监测，且仅具有显示功能，不能很好的满足现代人的监测需求，用户体验差。而且由于甲醛传感器在上电时需要校准，甲醛传感器的自校准也会由于传感器本身的漂移而导致校准后甲醛数据测量的还是不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式智能甲醛测试装置，解决目前单一的测量方式实时监测效果差，不能组网监测，不能根据实际情况动态调整系统功耗，检测精度不准确的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种分布式智能甲醛测试装置，包括甲醛检测模块、WiFi收发模块、无线路由器、微处理器、显示电路模块、移动通信模块、声光报警模块、带除甲醛功能的WiFi空调、时钟电路模块、移动终端。
甲醛监测模块采用电化学原理检测空气中的甲醛浓度，并将检测结果通过RS232输出给WiFi收发模块。WiFi收发模块将串口收到的数据转换成WiFi信号经无线路由器送给微处理器。所有数据的分发由无线路由器经UDP协议实现。
微处理器汇总显示各个监测点的甲醛浓度供用户查看，若某个监测点在连续的一定时间内的监测结果均比较恒定且数值较小，经综合分析判断后，可以发送休眠指令让其休眠一段时间后再唤醒重新监测，以降低系统功耗。
所述的甲醛监测模块采用分布式检测方式，具有至少两个甲醛检测模块，可以通过替换或者增加一个第三方校准过的甲醛检测模块来校准所有甲醛检测模块，以达到提高甲醛检测精度的目的。
所述至少两个甲醛检测模块通过无线路由器与微处理器连接，微处理器采集经校准后的至少两个甲醛检测模块的检测值，所述微处理器根据检测值的位置与大小驱动除甲醛仪器。
微处理器运行PID算法，连续采集三个时间点的数据作为PID的输入，PID的输出作为控制WIFI空调的输入，当达到警戒设定时，打开WIFI空调的除甲醛功能，根据警戒的大小决定空调工作的程度，当一段时间内仍无法将室内甲醛浓度降低到设定值以下，启动声光报警并驱动移动通信电路拨打客户电话及时提醒客户排除危险。
所有通信链路中含有心跳指令检测，当心跳停止时说明相应模块故障，以确保某个监测点出现故障时能及时查验。
本发明提供的分布式智能甲醛测试装置，能够在无人值守的情况下自动测甲醛，自动除甲醛，提高的系统的工作效率，降低了系统功耗。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明的组成结构框图。
图2是本发明的微处理器的主要工作流程图。
具体实施方式
实施例1
如附图1所示，本发明提供的分布式智能甲醛测试装置包括：n（n为大于1的自然数）个甲醛检测模块、n个WiFi收发模块、无线路由器、微处理器、显示电路模块、移动通信模块、声光报警模块、带除甲醛功能的WiFi空调、时钟电路模块、移动终端；
所述甲醛检测模块包括甲醛传感器探头、信号调理电路和8位单片机STM8S003F3P6，甲醛传感器探头输出的电流信号经信号处理电路转换成电压信号，经电压跟随器以及光电隔离模块后输出至STM8S003F3P6，经过其片内ADC转换取平均后通过RS232串口输出至WiFi收发模块；所述WiFi收发模块主要完成RS232和UDP通信的协议转换；所述移动通信模块可为GSM通信模块；
其中n个甲醛检测模块中的甲醛检测模块1是经过第三方校准仪器校准过的。微处理器首先发送采集甲醛检测模块1数据的命令，得到甲醛检测模块1检测到的甲醛数据。在系统初始化的过程中，利用校准过的甲醛检测模块1来校准剩下的甲醛检测模块。并且各个甲醛检测模块在校准时处于同一甲醛浓度环境中，优选至少使用甲醛超标环境、零甲醛环境以及正常家居环境这三个环境进行校准。取反复校准后的甲醛检测模块1与甲醛检测模块n的差值的加权值存入存储器中以方便实际测量时使用。
所述微处理器采用32位单片机STM32F103ZET6，使用其片内UART资源实现RS232串口数据的收发和与GSM通信模块之间的通信、FSMC总线驱动显示屏实现各个甲醛监测点数据的实时显示；所述显示屏为触摸显示屏，可以用来输入校准参数。
所述微处理器以时钟电路模块提供的时钟信号为基准，若在连续的30分钟内监测到的室内环境中的甲醛浓度始终在0.06 mg/m3以下，说明该环境中的空气相对健康，此时微处理器给该监测点的STM8S003F3P6发休眠指令使其处于休眠状态，待其他监测点出现甲醛浓度告警时再重新唤醒使其处于工作状态；
所述微处理器内部运行PID算法，系统时钟为36M，设定采样时间为10个时钟，也就是2.8ms,设定的告警阈值为0.09 mg/m3，若某次采样的甲醛浓度接近该阈值，则启动PID算法，将连续三次采样的结果作为PID算法的输入，根据大量的样本数据的仿真结果该模型中比例因子的范围为[1,3] ,积分因子的范围为[0,1],微分因子的范围为[0.01,0.08],采用试凑法经Matlab 仿真得知，比例因子取1.06，积分因子取0.83,微分因此取0.05对于本系统的控制效果最佳，经PID算法运算后的输出结果决定驱动WiFi空调或空气净化器除甲醛功能的控制阀打开阀门程度的大小，从而自动调节室内环境的甲醛浓度。若连续三次这样的调节仍无法将室内甲醛浓度降低到0.09 mg/m3以下，则启动声光报警模块发出声光报警同时通过GSM模块拨打用户电话以提醒用户及时排查煤气泄漏等险情。
实施例2
所述的甲醛监测模块采用分布式检测方式，其中一个甲醛监测模块是经过第三方校准仪器校准过的。可以通过替换或者增加一个校准过的甲醛检测模块以达到校准所有甲醛检测模块的目的。具体实现的方法是：
步骤一、替换甲醛检测模块1为第三方校准仪器校准过的标准甲醛检测模块，将所有的甲醛检测模块均置于室外通风较好的甲醛浓度很低的相同位置；
步骤二、从触摸显示屏输入该甲醛检测模块1的地址，微处理器便会采集该标准甲醛检测模块检测到的甲醛值；
步骤三、持续多次采集标准甲醛检测模块的检测值，并且将舍去前几分钟的检测值以及异常点后的值进行加权平均计算得到标准值S；
步骤四、采集甲醛检测模块2的持续多次采集标准甲醛检测模块的检测值，并且将舍去前几分钟的检测值以及异常值后的值进行加权平均得到甲醛检测模块2的平均值S2；
步骤五、求取甲醛检测模块2的校准值Δ2，Δ2=S-S2；
步骤六、按照步骤四、五的做法，计算所有甲醛检测模块的校准值：Δ3，…，Δn；
步骤七、将所有甲醛检测模块置于待测甲醛室内再进行一次如步骤四到步骤六的校准，并求取各个甲醛检测模块的校准值：δ2，…，δn；
步骤八、求取两次不同位置的校准值的平均值：σn=（Δn+δn）/2；
步骤九、则经过两次校准后的甲醛检测模块n的检测值Fn为实际检测值Fan加上σn，即Fn= Fan+σn；
步骤十、微处理器在得到校准后的检测值后，根据检测值的大小决定是否将检测值或者报警信息送往显示电路模块显示或者通过移动通信模块发送到移动终端；另外，微处理器根据校准后的检测值采用PID算法来控制甲醛净化仪器的开启功率等参数，以达到智能净化甲醛的目的。
所述步骤四中舍去异常值的方法为拉依达准则法，即异常值是指一组测定值中与平均值的偏差超过两倍标准差的测定值。与平均值的偏差超过三倍标准差的测定值，称为高度异常的异常值。
微处理器在得到校准后的检测值后，采用PID算法来控制甲醛净化仪器的开启功率等参数，以达到智能净化甲醛的目的。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种分布式智能甲醛测试装置，其特征在于：包括甲醛检测模块、WiFi收发模块、无线路由器、微处理器、显示电路模块、移动通信模块、除甲醛仪器和移动终端；
具有至少两个甲醛检测模块，替换其中一个为经校准后的标准甲醛检测模块，以校准所有的甲醛检测模块；
所述至少两个甲醛检测模块通过无线路由器与微处理器连接，微处理器采集经校准后的至少两个甲醛检测模块的检测值，所述微处理器根据检测值的位置与大小驱动除甲醛仪器。
2.根据权利要求1所述的分布式智能甲醛测试装置，其特征在于：所述微处理器汇总显示各个甲醛检测模块处的甲醛浓度，若某个甲醛检测模块处在连续的一定时间内的检测结果均比较恒定且数值较小，该数值小于或等于预设的阈值A时，所述微处理器发出信号，使检测数值较小的甲醛检测模块休眠。
3.根据权利要求1所述的分布式智能甲醛测试装置，所述甲醛传检测模块采用通用型半导体甲醛模组。
4.根据权利要求1所述的分布式智能甲醛测试装置，其特征在于：所述WiFi收发的核心芯片为ESP8266，将甲醛检测模块通过串口输出的甲醛浓度值转换为WIFI信号经无线路由器传给微处理器。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的装置的分布式智能甲醛测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、替换其中一个甲醛检测模块为校准过的标准甲醛检测模块，将所有的甲醛检测模块均置于室外通风较好的甲醛浓度很低的相同位置；
步骤二、从触摸显示屏输入该标准甲醛检测模块的地址，微处理器便会采集该标准甲醛检测模块检测到的甲醛值；
步骤三、持续多次采集标准甲醛检测模块的检测值，并且将舍去前几分钟的检测值以及异常点后的值进行加权平均计算得到标准值S；
步骤四、采集待测试甲醛检测模块的持续多次采集标准甲醛检测模块的检测值，并且将舍去前几分钟的检测值以及异常值后的值进行加权平均得到待测试甲醛检测模块的平均值Sn；
步骤五、求取待测试甲醛检测模块的校准值Δn，Δn=S-Sn；
步骤六、按照步骤四、五的做法，计算所有甲醛检测模块的校准值：Δ2，Δ3，…，Δn；
步骤七、将所有甲醛检测模块置于待测甲醛室内再进行一次如步骤四到步骤六的校准，并求取各个甲醛检测模块的校准值：δ2，δ3，…，δn；
步骤八、求取两次不同位置的校准值的平均值：σn=（Δn+δn）/2；
步骤九、则经过两次校准后的甲醛检测模块n的检测值Fn为实际检测值Fan加上σn，即Fn= Fan+σn；
步骤十、微处理器在得到甲醛检测模块n的检测值后，根据检测值的大小与预设阈值比较决定是否将检测值或者报警信息送往显示电路模块显示或者通过移动通信模块发送到移动终端；微处理器根据校准后的检测值采用PID算法来控制甲醛净化仪器的开启功率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180202 |