CN108759932B - 一种网格化大气环境监测数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种网格化大气环境监测数据采集装置，包括采集装置主体、支撑杆和智能处理系统，所述支撑杆的一端通过螺栓安装在采集装置主体的底部，所述采集装置主体的两侧分别通过螺栓安装有左挡雨板和右挡雨板，所述左挡雨板的顶部焊接有固定杆，所述固定杆顶部的两侧分别焊接有连接杆一和连接杆二，所述采集装置主体内设置有空腔，所述空腔内设置有电动机，所述电动机的两侧均焊接有安装杆，所述电动机两侧的安装杆通过螺栓安装在空腔两侧的内侧壁上，该网格化大气环境监测数据采集装置设计合理，能够获取一个区域内某时刻的各点大气环境数据，为污染源追溯、污染扩展预测提供基础数据。
Description
技术领域
本发明是一种网格化大气环境监测数据采集装置，属于环境监测设备技术领域。
背景技术
大气环境监测是对大气环境中污染物的浓度，观察、分析其变化和对环境影响的测定过程，大气污染监测是测定大气中污染物的种类及其浓度，观察其时空分布和变化规律，大气环境监测所涉及监测的分子状污染物主要为硫氧化物、氮氧化物、臭氧、一氧化碳、卤代烃、碳氢化合物等，颗粒状污染物主要为降尘、悬浮颗粒、飘尘及酸沉降，这是大气质量控制和对大气质量进行合理评价的基础，首先要通过对大气环境中的主要亏染物作定期或连续监测，以判断出大气质量是否符合国家制定的大气质量标准，为编写大气环境质量状况评价报告提供出准确数据，并为研究大气质量变化规律和发展趋势、开展大气污染预测预报工作提供依据，同时，大气环境的监测和数据的采集对于大气污染的污染源追溯、污染扩展预测提供基础数据，具有非常重要的意义，对于大气环境的保护具有积极促进的作用，为此，本发明提供一种网格化大气环境监测数据采集装置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种网格化大气环境监测数据采集装置，以解决上述背景技术中提出的问题，该网格化大气环境监测数据采集装置设计合理，能够获取一个区域内某时刻的各点大气环境数据，为污染源追溯、污染扩展预测提供基础数据。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种网格化大气环境监测数据采集装置，包括采集装置主体、支撑杆和智能处理系统，所述支撑杆的一端通过螺栓安装在采集装置主体的底部，所述采集装置主体的两侧分别通过螺栓安装有左挡雨板和右挡雨板，所述左挡雨板的顶部焊接有固定杆，所述固定杆顶部的两侧分别焊接有连接杆一和连接杆二，所述采集装置主体的前侧通过螺栓安装有挡板，所述采集装置主体内设置有空腔，所述空腔内设置有电动机，所述电动机的两侧均焊接有安装杆，所述电动机两侧的安装杆通过螺栓安装在空腔两侧的内侧壁上，所述空腔底部的内侧壁上固定安装有蓄电池，所述采集装置主体的顶部开设有圆孔，所述圆孔内设置有轴承，转动杆的一端穿过轴承并与电动机的输出轴形成固定连接，所述转动杆的顶部固定连接有连接座，所述转动杆的顶部开设有伸缩杆槽，所述伸缩杆槽内通过螺栓安装有电动伸缩杆，太阳能板的底部设置有转动轴一和转动轴二，所述连接座通过转动轴一与太阳能板连接，所述电动伸缩杆通过转动轴二与太阳能板连接，所述智能处理系统包括单片机、风速传感器、风向传感器、颗粒物传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器、云服务器、4G全网通模块、SD卡、GPS定位装置、电动机开关和超级电容，所述单片机、4G全网通模块、SD卡和GPS定位装置均设置在采集装置主体内，所述风速传感器和风向传感器分别安装在连接杆一和连接杆二上，所述颗粒物传感器设置在右挡雨板的底部并与采集装置主体形成固定连接，所述温度传感器和湿度传感器均设置在左挡雨板的底部，所述单片机上通过UART口径RS-485接口电路连接有板载RS-485总线，所述板载RS-485总线上连接有RS-485接口一、RS-485接口二和RS-485接口三，所述风速传感器和风向传感器分别与RS-485接口一和RS-485接口二连接，所述单片机上设置有I2 C接口，所述I2 C接口上连接有I2 C总线，所述颗粒物传感器与I2 C总线连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述支撑杆的另一端焊接有固定座，所述固定座上设置有固定螺栓，所述采集装置主体的一侧设置有插电口，所述插电口与蓄电池电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述单片机的型号为STM32F103VCT6。
作为本发明的一种优选实施方式，所述蓄电池通过供电电路分别与单片机、风速传感器、风向传感器、颗粒物传感器、温度传感器、湿度传感器、4G全网通模块、SD卡、GPS定位装置、电动机和超级电容电性连接，所述电流传感器串联在蓄电池与单片机之间。
作为本发明的一种优选实施方式，所述4G全网通模块采用SIM7600CE，用于数据的上传、命令接收和UTC时间的获取。
作为本发明的一种优选实施方式，所述太阳能板内设置有太阳能转换装置，所述太阳能板通过充电电路与蓄电池电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述RS-485接口三用于外扩RS-485总线，RS-485总线与温度传感器和湿度传感器连接，并且RS-485总线能够根据需要连接多个分别用于监测NO2、SO2、CO和O3等气体成分的气体传感器。
作为本发明的一种优选实施方式，所述单片机通过指令电路分别与4G全网通模块、SD卡、GPS定位装置和电动机开关电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述单片机通过储能电路与超级电容电性连接。
本发明的有益效果：本发明的一种网格化大气环境监测数据采集装置，包括采集装置主体、支撑杆、左挡雨板、右挡雨板、固定杆、连接杆一、连接杆二、挡板、电动机、安装杆、蓄电池、轴承、转动杆、太阳能板、固定座、固定螺栓、单片机、风速传感器、风向传感器、板载RS-485总线、颗粒物传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器、I2 C接口、云服务器、4G全网通模块、SD卡、GPS定位装置、电动机开关、超级电容、空腔、RS-485接口一、RS-485接口二、RS-485接口三、I2 C总线、转动轴一、转动轴二、伸缩杆槽、电动伸缩杆和连接座；
1.此网格化大气环境监测数据采集装置在呈网格化安装部署好后，所有数据采集装置的时间是同步的，并且所有的采集装置在相同的时刻启动对大气环境数据参数的数据采集，通过多站点的这种同步采集，可以获取一个区域内某时刻的各点大气环境数据，为污染源追溯、污染扩展预测提供基础数据，每次采集到的数据通过4G全网通模块采用JSON字符串格式并以MQTT协议上传到云服务器；
2.当4G全网通模块未能成功发送的数据时，通过SD卡能够对未能成功发送的数据以及网关的配置信息进行离线备份，避免数据丢失，并且数据采集装置定期通过4G全网通模块连接NTP服务器进行时间校准，以确保所有的采集装置可以在同一时刻进行数据采集；
3.此网格化大气环境监测数据采集装置具有GPS定位功能，在安装部署时能够自动定位，简化了安装部署，能够在云平台监控系统中直观的看到部署位置并为分析污染物分布提供基础数据，并且能够防止通过移动数据采集站进行数据造假，超级电容能够提供电能用于在外部供电或者蓄电池掉电时完成数据的紧急存储，太阳能板能够根据时间转动，从而使太阳能板能够更好的吸收光能。
附图说明
图1为本发明一种网格化大气环境监测数据采集装置的结构示意图；
图2为本发明一种网格化大气环境监测数据采集装置的采集装置主体结构示意图；
图3为本发明一种网格化大气环境监测数据采集装置的采集装置主体剖面示意图；
图4为本发明一种网格化大气环境监测数据采集装置的右挡雨板结构示意图；
图5为本发明一种网格化大气环境监测数据采集装置的太阳能板安装示意图；
图6为本发明一种网格化大气环境监测数据采集装置的智能处理系统示意图；
图中：1-采集装置主体、2-支撑杆、3-左挡雨板、4-右挡雨板、5-固定杆、6-连接杆一、7-连接杆二、8-挡板、9-电动机、10-安装杆、11-蓄电池、12-轴承、13-转动杆、14-太阳能板、15-固定座、16-固定螺栓、17-单片机、18-风速传感器、19-风向传感器、20-板载RS-485总线、21-颗粒物传感器、22-温度传感器、23-湿度传感器、24-电流传感器、25-I2 C接口、26-云服务器、27-4G全网通模块、28-SD卡、29-GPS定位装置、30-电动机开关、31-超级电容、32-空腔、33-RS-485接口一、34-RS-485接口二、35-RS-485接口三、36-I2 C总线、37-转动轴一、38-转动轴二、39-伸缩杆槽、40-电动伸缩杆、41-连接座。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种网格化大气环境监测数据采集装置，包括采集装置主体1、支撑杆2和智能处理系统，所述支撑杆2的一端通过螺栓安装在采集装置主体1的底部，所述采集装置主体1的两侧分别通过螺栓安装有左挡雨板3和右挡雨板4，所述左挡雨板3的顶部焊接有固定杆5，所述固定杆5顶部的两侧分别焊接有连接杆一6和连接杆二7，所述采集装置主体1的前侧通过螺栓安装有挡板8，所述采集装置主体1内设置有空腔32，所述空腔32内设置有电动机9，所述电动机9的两侧均焊接有安装杆10，所述电动机9两侧的安装杆10通过螺栓安装在空腔32两侧的内侧壁上，所述空腔32底部的内侧壁上固定安装有蓄电池11，所述采集装置主体1的顶部开设有圆孔，所述圆孔内设置有轴承12，转动杆13的一端穿过轴承12并与电动机9的输出轴形成固定连接，所述转动杆13的顶部固定连接有连接座41，所述转动杆13的顶部开设有伸缩杆槽39，所述伸缩杆槽39内通过螺栓安装有电动伸缩杆40，太阳能板14的底部设置有转动轴一37和转动轴二38，所述连接座41通过转动轴一37与太阳能板14连接，所述电动伸缩杆40通过转动轴二38与太阳能板14连接，所述智能处理系统包括单片机17、风速传感器18、风向传感器19、颗粒物传感器21、温度传感器22、湿度传感器23、电流传感器24、云服务器26、4G全网通模块27、SD卡28、GPS定位装置29、电动机开关30和超级电容31，所述单片机17、4G全网通模块27、SD卡28和GPS定位装置29均设置在采集装置主体1内，所述风速传感器18和风向传感器19分别安装在连接杆一6和连接杆二7上，所述颗粒物传感器21设置在右挡雨板4的底部并与采集装置主体1形成固定连接，所述温度传感器22和湿度传感器23均设置在左挡雨板3的底部，所述单片机17上通过UART口径RS-485接口电路连接有板载RS-485总线20，所述板载RS-485总线20上连接有RS-485接口一33、RS-485接口二34和RS-485接口三35，所述风速传感器18和风向传感器19分别与RS-485接口一33和RS-485接口二34连接，所述单片机17上设置有I2 C接口25，所述I2 C接口25上连接有I2 C总线36，所述颗粒物传感器21与I2 C总线36连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述支撑杆2的另一端焊接有固定座15，所述固定座15上设置有固定螺栓16，所述采集装置主体1的一侧设置有插电口，所述插电口与蓄电池11电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述单片机17的型号为STM32F103VCT6。
作为本发明的一种优选实施方式，所述蓄电池11通过供电电路分别与单片机17、风速传感器18、风向传感器19、颗粒物传感器21、温度传感器22、湿度传感器23、4G全网通模块27、SD卡28、GPS定位装置29、电动机9和超级电容31电性连接，所述电流传感器24串联在蓄电池11与单片机17之间。
作为本发明的一种优选实施方式，所述4G全网通模块27采用SIM7600CE，用于数据的上传、命令接收和UTC时间的获取。
作为本发明的一种优选实施方式，所述太阳能板14内设置有太阳能转换装置，所述太阳能板14通过充电电路与蓄电池11电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述RS-485接口三35用于外扩RS-485总线，RS-485总线与温度传感器22和湿度传感器23连接，并且RS-485总线能够根据需要连接多个分别用于监测NO2、SO2、CO和O3等气体成分的气体传感器。
作为本发明的一种优选实施方式，所述单片机17通过指令电路分别与4G全网通模块27、SD卡28、GPS定位装置29和电动机开关30电性连接。
作为本发明的一种优选实施方式，所述单片机17通过储能电路与超级电容31电性连接。
工作原理：根据需要在不同站点安装部署此网格化大气环境监测数据采集装置，如果选择使用外接电源供电则将插电口通过电线连接到外接电源，RS-485接口三35用于外扩RS-485总线，将RS-485总线根据需要连接分别用于监测NO2、SO2、CO和O3等气体成分的气体传感器，用于监测到NO2、SO2、CO和O3等气体的含量，风速传感器18、风向传感器19、温度传感器22和湿度传感器23分别能够监测到风速、风向、温度和湿度，颗粒物传感器21能够监测到PM1.0、PM2.5和PM10的含量，当到达规定的时间后，单片机17通过对各个传感器的数据进行采集，并同时对GPS定位装置29监测到的地理位置信息进行采集，然后单片机17通过指令电路控制4G全网通模块27将数据和地理位置信息采用JSON字符串格式并以MQTT协议上传到云服务器26，如果4G全网通模块27未收到云服务器26的反馈信息，则单片机17通过指令电路将未能成功发送的数据以及网关的配置信息存储到SD卡28进行离线备份，单片机17定期通过4G全网通模块27连接NTP服务器进行时间校准，以确保所有的采集装置可以在同一时刻进行数据采集，电流传感器24能够监测到蓄电池11与单片机17之间是否存在电流，并将信息传递给单片机17，当掉电时，超级电容31开始提供电能，电流传感器24监测到不到电流，单片机17通过指令电路将数据紧急存储到SD卡28中，太阳能板14能够根据时间转动，每过一个小时，单片机17通过控制电动机开关30的打开和关闭，使电动机9通过转动杆13带动太阳能板14转动一定角度，根据地理位置和季节的不同，单片机17控制电动伸缩杆40伸出或收缩，从而改变太阳能板14与阳光之间的角度，使太阳能板14能够一直得到阳光的直射从而更好的吸收光能，此网格化大气环境监测数据采集装置在呈网格化部署好后，所有数据采集装置的时间是同步的，并且所有的采集装置在相同的时刻启动对大气环境数据参数的数据采集，通过多站点的这种同步采集，可以获取一个区域内某时刻的各点大气环境数据，为污染源追溯、污染扩展预测提供基础数据。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (3)
1.一种网格化大气环境监测数据采集装置，包括采集装置主体（1）、支撑杆（2）和智能处理系统，其特征在于，所述支撑杆（2）的一端通过螺栓安装在采集装置主体（1）的底部，所述采集装置主体（1）的两侧分别通过螺栓安装有左挡雨板（3）和右挡雨板（4），所述左挡雨板（3）的顶部焊接有固定杆（5），所述固定杆（5）顶部的两侧分别焊接有连接杆一（6）和连接杆二（7），所述采集装置主体（1）的前侧通过螺栓安装有挡板（8），所述采集装置主体（1）内设置有空腔（32），所述空腔（32）内设置有电动机（9），所述电动机（9）的两侧均焊接有安装杆（10），所述电动机（9）两侧的安装杆（10）通过螺栓安装在空腔（32）两侧的内侧壁上，所述空腔（32）底部的内侧壁上固定安装有蓄电池（11），所述采集装置主体（1）的顶部开设有圆孔，所述圆孔内设置有轴承（12），转动杆（13）的一端穿过轴承（12）并与电动机（9）的输出轴形成固定连接，所述转动杆（13）的顶部固定连接有连接座（41），所述转动杆（13）的顶部开设有伸缩杆槽（39），所述伸缩杆槽（39）内通过螺栓安装有电动伸缩杆（40），太阳能板（14）的底部设置有转动轴一（37）和转动轴二（38），所述连接座（41）通过转动轴一（37）与太阳能板（14）连接，所述电动伸缩杆（40）通过转动轴二（38）与太阳能板（14）连接，所述智能处理系统包括单片机（17）、风速传感器（18）、风向传感器（19）、颗粒物传感器（21）、温度传感器（22）、湿度传感器（23）、电流传感器（24）、云服务器（26）、4G全网通模块（27）、SD卡（28）、GPS定位装置（29）、电动机开关（30）和超级电容（31），所述单片机（17）、4G全网通模块（27）、SD卡（28）和GPS定位装置（29）均设置在采集装置主体（1）内，所述风速传感器（18）和风向传感器（19）分别安装在连接杆一（6）和连接杆二（7）上，所述颗粒物传感器（21）设置在右挡雨板（4）的底部并与采集装置主体（1）形成固定连接，所述温度传感器（22）和湿度传感器（23）均设置在左挡雨板（3）的底部，所述单片机（17）上通过UART口径RS-485接口电路连接有板载RS-485总线（20），所述板载RS-485总线（20）上连接有RS-485接口一（33）、RS-485接口二（34）和RS-485接口三（35），所述风速传感器（18）和风向传感器（19）分别与RS-485接口一（33）和RS-485接口二（34）连接，所述单片机（17）上设置有I²C接口（25），所述I²C接口（25）上连接有I²C总线（36），所述颗粒物传感器（21）与I²C总线（36）连接，所述支撑杆（2）的另一端焊接有固定座（15），所述固定座（15）上设置有固定螺栓（16），所述采集装置主体（1）的一侧设置有插电口，所述插电口与蓄电池（11）电性连接，所述蓄电池（11）通过供电电路分别与单片机（17）、风速传感器（18）、风向传感器（19）、颗粒物传感器（21）、温度传感器（22）、湿度传感器（23）、4G全网通模块（27）、SD卡（28）、GPS定位装置（29）、电动机（9）和超级电容（31）电性连接，所述电流传感器（24）串联在蓄电池（11）与单片机（17）之间，所述4G全网通模块（27）采用SIM7600CE，用于数据的上传、命令接收和UTC时间的获取，所述RS-485接口三（35）用于外扩RS-485总线， RS-485总线与温度传感器（22）和湿度传感器（23）连接，并且RS-485总线能够根据需要连接多个分别用于监测NO2、SO2、CO和O3气体成分的气体传感器，所述单片机（17）通过指令电路分别与4G全网通模块（27）、SD卡（28）、GPS定位装置（29）和电动机开关（30）电性连接，所述单片机（17）通过储能电路与超级电容（31）电性连接；根据需要在不同站点安装部署此网格化大气环境监测数据采集装置，如果选择使用外接电源供电则将插电口通过电线连接到外接电源，RS-485接口三（35）用于外扩RS-485总线，将RS-485总线根据需要连接分别用于监测NO2、SO2、CO和O3气体成分的气体传感器，用于监测到NO2、SO2、CO和O3气体的含量，风速传感器（18）、风向传感器（19）、温度传感器（22）和湿度传感器（23）分别能够监测到风速、风向、温度和湿度，颗粒物传感器（21）能够监测到PM1.0、PM2.5和PM10的含量，当到达规定的时间后，单片机（17）通过对各个传感器的数据进行采集，并同时对GPS定位装置（29）监测到的地理位置信息进行采集，然后单片机（17）通过指令电路控制4G全网通模块将数据和地理位置信息采用JSON字符串格式并以MQTT协议上传到云服务器（26），如果4G全网通模块（27）未收到云服务器（26）的反馈信息，则单片机（17）通过指令电路将未能成功发送的数据以及网关的配置信息存储到SD卡（28）进行离线备份，单片机（17）定期通过4G全网通模块（27）连接NTP服务器进行时间校准，以确保所有的采集装置可以在同一时刻进行数据采集，电流传感器（24）能够监测到蓄电池（11）与单片机（17）之间是否存在电流，并将信息传递给单片机（17），当掉电时，超级电容（31）开始提供电能，电流传感器（24）监测到不到电流，单片机（17）通过指令电路将数据紧急存储到SD卡（28）中，太阳能板（14）能够根据时间转动，每过一个小时，单片机（17）通过控制电动机开关（30）的打开和关闭，使电动机（9）通过转动杆（13）带动太阳能板（14）转动一定角度，根据地理位置和季节的不同，单片机（17）控制电动伸缩杆（40）伸出或收缩，从而改变太阳能板（14）与阳光之间的角度，使太阳能板（14）能够一直得到阳光的直射从而更好的吸收光能。
2.根据权利要求1所述的一种网格化大气环境监测数据采集装置，其特征在于：所述单片机（17）的型号为STM32F103VCT6。
3.根据权利要求1所述的一种网格化大气环境监测数据采集装置，其特征在于：所述太阳能板（14）内设置有太阳能转换装置，所述太阳能板（14）通过充电电路与蓄电池（11）电性连接。
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