CN109357983A - 一种颗粒物浓度在线监测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，包括若干颗粒物检测装置、一无线数据中转站和一用户端；每一所述颗粒物检测装置分别设置在监测区域内，用于实时采集监测区域内对应测量点的大颗粒物浓度数据、小颗粒物浓度数据和温湿度数据并发送至所述无线数据中转站；所述无线数据中转站用于识别接收的颗粒物浓度数据和温湿度数据所对应的测量点，实时计算监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值，并将各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据发送至所述用户端；所述用户端用于根据监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据，实时计算该监测区域排放的颗粒物浓度，本发明可以广泛应用于畜牧养殖业技术领域中。
Description
技术领域
本发明是关于一种颗粒物浓度在线监测设备，属于畜牧养殖业技术领域。
背景技术
现代化的畜禽养殖场规模庞大，为方便管理调控，场内各舍内部属于一个相对密闭的环境，因此，畜禽舍环境的好坏对生活在舍内的动物健康与生产性能影响很大。目前，大多数畜禽舍的环境调控主要以温度(夏天)和二氧化碳浓度(冬天)作为调控指标，忽视其他的环境因子，而畜禽舍内颗粒物浓度的高低也会影响舍内动物的健康和生产性能，还会对舍内工作人员的健康产生不利影响。因此，及时监控畜禽舍内颗粒物浓度的时空分布和变化规律，提出颗粒物浓度调控措施，对提高动物健康，改善工人工作环境具有很大意义，同时对大气颗粒物减排有着重要影响。
针对环境颗粒物浓度，现有检测技术常用的方法主要包括重量法、微量振荡天平法、β射线法和激光散射法等。但是，上述方法均存在一定的缺点，例如测量步骤繁琐、仪器体积庞大、操作不便、价格昂贵等，同时，现有的测量条件无法实现畜禽舍内多点粉尘浓度的同时在线监测，无法及时了解舍内的粉尘空间分布变化情况，更无法提出有效的降尘措施。虽然市面上有很多大气颗粒物在线监测产品，但是并不适用于颗粒物浓度大且环境恶劣的畜禽舍，尤其是大粒径颗粒物浓度高极易造成传感器的堵塞，然而现有的颗粒物浓度在线监测设备主要关注小粒径颗粒物在空气中的浓度大小，且精确度和稳定性均有待进一步提高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够同时监测大粒径颗粒物浓度和小粒径颗粒物浓度且具有较高精确度的颗粒物浓度在线监测设备。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，包括若干颗粒物检测装置、一无线数据中转站和一用户端；每一所述颗粒物检测装置分别设置在监测区域内，用于实时采集监测区域内对应测量点的大颗粒物浓度数据、小颗粒物浓度数据和温湿度数据并发送至所述无线数据中转站；所述无线数据中转站用于识别接收的颗粒物浓度数据和温湿度数据所对应的测量点，实时计算监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值，并将各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据发送至所述用户端；所述用户端用于根据监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据，实时计算该监测区域排放的颗粒物浓度。
优选地，每一所述颗粒物检测装置均包括微处理器和扩展板，每一所述扩展板上均设置有第一时钟模块、大粒径颗粒物传感器、小粒径颗粒物传感器、第一无线数传模块、第一SD卡、显示屏和电源；所述微处理器用于通过所述第一时钟模块设定所述大粒径颗粒物传感器和小粒径颗粒物传感器的采集频率；所述大粒径颗粒物传感器用于根据设定的采集频率，实时采集监测区域内对应测量点处的大粒径颗粒物浓度数据；所述小粒径颗粒物传感器用于根据设定的采集频率，实时采集监测区域内对应测量点处的温湿度数据和小粒径颗粒物浓度数据；所述微处理器还用于通过所述第一无线数传模块将上述颗粒物浓度数据和温湿度数据发送至所述无线数据中转站；所述第一SD卡用于实时存储所述大粒径颗粒物传感器采集的大粒径颗粒物浓度数据以及所述小粒径颗粒物传感器采集的温湿度数据和小粒径颗粒物浓度数据；所述显示屏用于实时显示监测区域内各测量点的大粒径颗粒物浓度、温湿度、小粒径颗粒物浓度以及当前的日期和时间；所述电源用于为所述颗粒物检测装置的各用电部件供电。
优选地，所述无线数据中转站包括第二无线数传模块、第二时钟模块、控制器和第二SD卡；所述第二无线数传模块用于将每一所述颗粒物检测装置发送的颗粒物浓度数据和温湿度数据无线传输至所述控制器；所述第二时钟模块用于记录接收到颗粒物浓度数据和温湿度数据时的时间数据；所述控制器用于识别接收的颗粒物浓度数据和温湿度数据所对应的测量点，计算监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值，并将各测量点的颗粒物浓度平均值、温湿度数据和时间数据通过所述第二无线数传模块发送至所述用户端；所述第二SD卡用于实时存储监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据。
优选地，所述用户端内设置有颗粒物浓度大小计算模块、用户显示模块、报警阈值计算模块和数据校准存储模块；所述颗粒物浓度大小计算模块用于根据监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据，计算监测区域排放的颗粒物浓度；所述用户显示模块用于实时显示监测区域的颗粒物浓度和温湿度；所述报警阈值计算模块用于将各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据与预先设定的报警阈值进行对比，若各测量点的颗粒物浓度平均值或温湿度数据超出预设的报警阈值，则发送报警信号至所述用户显示模块，通过所述用户显示模块进行报警；所述数据校准存储模块用于对接收的颗粒物浓度平均值、温湿度数据和所述第二时钟模块记录的时间数据进行时间轴校准后，按照对应的时间值进行存储。
优选地，每一所述颗粒物检测装置均包括一外壳，每一所述颗粒物检测装置的微处理器和扩展板均设置在所述外壳内。
优选地，每一所述外壳外侧还设置有防尘罩。
优选地，每一所述外壳均采用防水材料。
优选地，每一所述外壳上均设置有挂角安装孔。
优选地，每一所述电源均采用电压为5V～12V的充电电池或外部电源。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有大粒径颗粒物传感器和小粒径颗粒物传感器，能够同时测量畜禽舍内的PM1、PM2.5、PM10的数量和质量浓度以及总悬浮颗粒物的质量浓度，同时还能够测量畜禽舍内测点的温度和相对湿度，颗粒物浓度的监测更加精确。2、本发明由于在颗粒物检测装置的外侧设置有防尘罩，用户端内设置有数据校准存储模块，不仅通过物理方式防止大粒径颗粒物沉降堵塞传感器，还可以使传感器在采样间隔期间停止采样工作，有效延长传感器的寿命。3、本发明由于在颗粒物检测装置和无线数据中转站上均设置无线数传模块和SD卡，可以实时获取数据，以监测畜禽舍内的空气质量环境；也可以实时储存备份接收到的数据，以便后续数据分析，可以广泛应用于畜牧养殖业技术领域中。
附图说明
图1是本发明的数据传输示意图；
图2是本发明中颗粒物检测装置的分解示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1～2所示，本发明提供的颗粒物浓度在线监测设备包括若干颗粒物检测装置1、一无线数据中转站2和一用户端3，其中，每一颗粒物检测装置1分别设置在畜禽舍4内的对应测量点处。
每一颗粒物检测装置1均包括外壳11、单片机微处理器12、单片机扩展板13、第一无线数传模块14、电源15、第一时钟模块16、第一SD卡17、OLED显示屏18和颗粒物传感器19，颗粒物传感器19包括大粒径颗粒物传感器191和小粒径颗粒物传感器192，其中，大粒径颗粒物为TSP(总悬浮微粒)，小粒径颗粒物为PM1、PM2.5和PM10的颗粒物。每一外壳11内均设置有单片机微处理器12和单片机扩展板13，每一单片机扩展板13上均设置有第一无线数传模块14、电源15、第一时钟模块16、第一SD卡17、OLED显示屏18、大粒径颗粒物传感器191和小粒径颗粒物传感器192，每一外壳11外侧均设置有防尘罩110。单片机微处理器12用于通过第一时钟模块16设定大粒径颗粒物传感器191和小粒径颗粒物传感器192的采集频率。大粒径颗粒物传感器191用于根据设定的采集频率，实时采集畜禽舍4内对应测量点处的大粒径颗粒物浓度数据。小粒径颗粒物传感器192用于根据设定的采集频率，实时采集畜禽舍4内对应测量点处的温湿度数据和小粒径颗粒物浓度数据。单片机微处理器12还用于通过第一无线数传模块14将上述颗粒物浓度数据和温湿度数据经无线数据中转站2发送至用户端3。第一SD卡17用于实时存储大粒径颗粒物传感器191采集的大粒径颗粒物浓度数据以及小粒径颗粒物传感器192采集的温湿度数据和小粒径颗粒物浓度数据。OLED显示屏18用于实时显示畜禽舍4内各测量点处的大粒径颗粒物浓度、小粒径颗粒物浓度、温湿度以及当前的日期和时间。电源15用于为颗粒物检测装置1的各用电部件供电。
在一个优选的实施例中，无线数据中转站2包括第二时钟模块、第二无线数传模块、控制器、第二SD卡和充电电池。第二无线数传模块用于将每一颗粒物检测装置1发送的颗粒物浓度数据和温湿度数据无线传输至控制器。第二时钟模块用于记录接收到颗粒物浓度数据和温湿度数据时的时间数据。控制器用于识别接收的颗粒物浓度数据和温湿度数据所对应的测量点，计算畜禽舍4内各测量点的颗粒物浓度平均值，并储存至第二SD卡后，通过第二无线数传模块将各测量点的颗粒物浓度平均值、温湿度数据和时间数据发送至用户端3。充电电池用于对无线数据中转站2的各用电部件供电。
在一个优选的实施例中，用户端3可以采用电脑或手机等，用户端3内设置有颗粒物浓度大小计算模块、用户显示模块、报警阈值计算模块和数据校准存储模块。颗粒物浓度大小计算模块用于根据畜禽舍4内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据，计算畜禽舍4排放的颗粒物浓度。用户显示模块用于实时显示畜禽舍4内各测量点颗粒物浓度和温湿度的动态变化，报警阈值计算模块用于将各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据与预先设定的报警阈值进行对比，若颗粒物浓度平均值或温湿度数据超出预设的报警阈值，则发送报警信号至用户显示模块，通过用户显示模块进行报警。数据校准存储模块用于对接收的颗粒物浓度平均值、温湿度数据和第二时钟模块记录的时间数据进行时间轴校准后，按照对应的时间值进行存储。
在一个优选的实施例中，外壳11采用防水材料，能够防止在畜禽舍4现场使用中出现进水、畜禽排泄物渗入造成装置损坏的情况。外壳11上还设置有挂角安装孔，用于方便在畜禽舍4现场安装固定，方便在畜禽舍4现场安装固定进行长时间监测。
在一个优选的实施例中，单片机扩展板13和控制器均可以采用Arduino板。
在一个优选的实施例中，电源15可以采用电压为5V～12V的充电电池或外部电源。
在一个优选的实施例中，用户端3可以采用手机或计算机等。
下面通过具体实施例详细说明本发明颗粒物浓度在线监测设备的使用过程：
1)安装无线数据中转站2，使其置于各颗粒物检测装置1测量点的200m范围内，开启无线数据中转站2使其进入工作状态，等待接收各颗粒物检测装置1发送的数据。
2)将每一颗粒物检测装置1分别安装在相应的测量点上，开启每一颗粒物检测装置1的电源15使其进入监测状态，此时，每一大粒径颗粒物传感器191和小粒径颗粒物传感器192开始采集畜禽舍4内相应测量点的大粒径颗粒物浓度数据、小粒径颗粒物浓度数据和温湿度数据(采样间隔为30s～60s，由于畜禽舍4内部颗粒物浓度极高，因此不能像普通的大气颗粒物监测仪一样持续工作，以60s采样间隔为例，应采取采样10s，停机50s的方式工作，以延长颗粒物监测装置的寿命)，单片机微处理器12将采集到的数据进行整理，合并为数据字符串，并在字符串开头添加测量点的编号信息。
3)每一单片机微处理器12均将带有测量点编号信息的字符串通过第一无线数传模块14和第二无线接收模块发送至无线数据中转站2的控制器，控制器对接收的每一带有测量点编号信息的字符串均进行储存和分析得到畜禽舍4内各测量点的颗粒物浓度平均值，并通过第二无线接收模块发送至用户端3。
4)用户端3实时显示畜禽舍4内各测量点的颗粒物浓度和温湿度的动态变化，并将接收的数据按照时间顺序存储。同时，对畜禽舍4内各测量点的颗粒物浓度和温湿度是否异常进行判断，若任一测量点的颗粒物浓度或温湿度颗粒物浓度超出预设的报警阈值，则进行报警。
5)用户端3还可以根据畜禽舍4内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据，实时计算该畜禽舍4排放的颗粒物浓度，以便评估畜禽舍4排放颗粒物对周边环境的影响。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，包括若干颗粒物检测装置、一无线数据中转站和一用户端；
每一所述颗粒物检测装置分别设置在监测区域内，用于实时采集监测区域内对应测量点的大颗粒物浓度数据、小颗粒物浓度数据和温湿度数据并发送至所述无线数据中转站；
所述无线数据中转站用于识别接收的颗粒物浓度数据和温湿度数据所对应的测量点，实时计算监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值，并将各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据发送至所述用户端；
所述用户端用于根据监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据，实时计算该监测区域排放的颗粒物浓度。
2.如权利要求1所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，每一所述颗粒物检测装置均包括微处理器和扩展板，每一所述扩展板上均设置有第一时钟模块、大粒径颗粒物传感器、小粒径颗粒物传感器、第一无线数传模块、第一SD卡、显示屏和电源；
所述微处理器用于通过所述第一时钟模块设定所述大粒径颗粒物传感器和小粒径颗粒物传感器的采集频率；
所述大粒径颗粒物传感器用于根据设定的采集频率，实时采集监测区域内对应测量点处的大粒径颗粒物浓度数据；
所述小粒径颗粒物传感器用于根据设定的采集频率，实时采集监测区域内对应测量点处的温湿度数据和小粒径颗粒物浓度数据；
所述微处理器还用于通过所述第一无线数传模块将上述颗粒物浓度数据和温湿度数据发送至所述无线数据中转站；
所述第一SD卡用于实时存储所述大粒径颗粒物传感器采集的大粒径颗粒物浓度数据以及所述小粒径颗粒物传感器采集的温湿度数据和小粒径颗粒物浓度数据；
所述显示屏用于实时显示监测区域内各测量点的大粒径颗粒物浓度、温湿度、小粒径颗粒物浓度以及当前的日期和时间；
所述电源用于为所述颗粒物检测装置的各用电部件供电。
3.如权利要求1所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，所述无线数据中转站包括第二无线数传模块、第二时钟模块、控制器和第二SD卡；
所述第二无线数传模块用于将每一所述颗粒物检测装置发送的颗粒物浓度数据和温湿度数据无线传输至所述控制器；
所述第二时钟模块用于记录接收到颗粒物浓度数据和温湿度数据时的时间数据；
所述控制器用于识别接收的颗粒物浓度数据和温湿度数据所对应的测量点，计算监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值，并将各测量点的颗粒物浓度平均值、温湿度数据和时间数据通过所述第二无线数传模块发送至所述用户端；
所述第二SD卡用于实时存储监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据。
4.如权利要求3所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，所述用户端内设置有颗粒物浓度大小计算模块、用户显示模块、报警阈值计算模块和数据校准存储模块；
所述颗粒物浓度大小计算模块用于根据监测区域内各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据，计算监测区域排放的颗粒物浓度；
所述用户显示模块用于实时显示监测区域的颗粒物浓度和温湿度；
所述报警阈值计算模块用于将各测量点的颗粒物浓度平均值和温湿度数据与预先设定的报警阈值进行对比，若各测量点的颗粒物浓度平均值或温湿度数据超出预设的报警阈值，则发送报警信号至所述用户显示模块，通过所述用户显示模块进行报警；
所述数据校准存储模块用于对接收的颗粒物浓度平均值、温湿度数据和所述第二时钟模块记录的时间数据进行时间轴校准后，按照对应的时间值进行存储。
5.如权利要求2所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，每一所述颗粒物检测装置均包括一外壳，每一所述颗粒物检测装置的微处理器和扩展板均设置在所述外壳内。
6.如权利要求5所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，每一所述外壳外侧还设置有防尘罩。
7.如权利要求5所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，每一所述外壳均采用防水材料。
8.如权利要求5所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，每一所述外壳上均设置有挂角安装孔。
9.如权利要求2所述的一种颗粒物浓度在线监测设备，其特征在于，每一所述电源均采用电压为5V～12V的充电电池或外部电源。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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