CN109709011A - 基于物联网的大气降尘实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的大气降尘实时监测系统，属于降尘监测领域，该系统包括降尘杆、服务器平台和用户终端。降尘杆上设置有降尘采集装置、压力传感器和信息处理系统。信息处理系统包括ARM控制器、大气降尘重量处理模块、GPRS无线传输模块和GPS定位模块；压力传感器实时监测降尘采集装置采集的降尘重量并传输给信息处理系统；大气降尘重量处理模块进行滤波处理，将降尘重量数据传递给ARM控制器，GPRS无线传输模块将降尘重量数据及GPS定位数据上传到服务器平台；服务器平台接收到降尘重量数据和GPS定位数据，给出实时的大气降尘数据并在GIS地图上显示监测点的位置信息。用户终端从服务器平台获取实时的大气降尘数据和监测点的位置信息。

Description

基于物联网的大气降尘实时监测系统

技术领域

本发明涉及大气降尘监测领域，特别是指一种基于物联网的大气降尘实时监测系统。

背景技术

随着社会文明的发展进步，空气质量问题越来越引起人们的重视。降尘监测作为大气污染物例行监测项目，反映大气尘粒污染的主要指标之一越来越受到国家相关部门的重视。降尘作为测定大气中降尘量的一种有效技术手段，发挥着非常重要的基础监测作用。

大气颗粒物是大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称。各种颗粒状物质均匀地分散在空气中构成一个相对稳定的庞大的悬浮体系，即气溶胶体系，因此大气颗粒物也称为大气气溶胶。气溶胶是多相系统，由颗粒及气体组成，平常所见到的灰尘、熏烟、烟、雾、霾等都属于气溶胶的范畴。按照空气动力学直径大小，将大气颗粒物分为：总悬浮颗粒物(简称TSP)指粒径≤100μm，可吸入颗粒物(简称PM10)指粒径≤10μm，细颗粒物(简称PM2.5)指粒径≤2.5μm。降尘是指粒径≥10μm，且在重力作用下可以降落，其中TSP、PM10属于大粒径颗粒物，降尘属于尘类污染。

现有降尘监测站，采用GB/T15265-94《环境空气降尘的测定-重量法》对环境降尘进行人工采样，将样品带到实验室分析，用于降尘考核的需要。该方法存在监测频率低(12次/年)、监测数据数量少、监测成本高、数据质保质控差、尚未形成网格化等缺点，与精细化监测体系和城市精细化管理要求还存在一定差距。另外，目前的降尘监测是样品采样时间一般为一个月，采样完毕后，将降尘缸取回实验室进行分析。由于样品分析的具有滞后性，不能对局部环境大气降尘进行实时监测进而采取有效控制措施。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于物联网的大气降尘实时监测系统，本发明对大气降尘监测设备的数据和位置信息进行管理，可以实时查看监测大气降尘数据，并在GIS地图上显示监测点的位置信息。本发明结构精巧，定位精度高，反应速度快，查找直观而且操作方便，适应范围广。

本发明提供技术方案如下：

一种基于物联网的大气降尘实时监测系统，包括降尘杆、服务器平台和用户终端，其中：

所述降尘杆上设置有降尘采集装置、压力传感器和信息处理系统，所述压力传感器设置在所述降尘采集装置底部；

所述信息处理系统包括ARM控制器、大气降尘重量处理模块、GPRS无线传输模块、GPS定位模块和MQTT服务器通讯接口；

所述降尘采集装置收集大气降尘，所述压力传感器实时监测降尘采集装置采集的降尘重量，并实时传输给信息处理系统；所述大气降尘重量处理模块进行滤波处理，将实时测量的降尘重量数据传递给所述ARM控制器，所述GPRS无线传输模块将所述降尘重量数据及GPS定位模块的GPS定位数据上传到服务器平台；

所述服务器平台接收到降尘重量数据和GPS定位数据，通过比对，除去外界干扰影响，并通过模型场景质控，给出实时的大气降尘数据；并结合GPS定位数据在GIS地图上显示监测点的位置信息；所述用户终端从服务器平台获取实时的大气降尘数据和监测点的位置信息。

进一步的，所述系统还包括太阳能板和太阳能控制器，所述太阳能控制器的输入端与太阳能板的输出端连接，所述太阳能控制器的第一输出端与所述信息处理系统和压力传感器连接，为所述信息处理系统和压力传感器供电。

进一步的，所述太阳能控制器的第二输出端通过第一限流保护电路连接有蓄电池。

进一步的，所述智能监测设备还包括太阳能板电压测试模块和蓄电池充放电测试模块，所述太阳能板电压测试模块连接所述太阳能控制器的输入端并获取太阳能板电压数据，所述蓄电池充放电测试模块连接所述太阳能控制器的第二输出端并获取蓄电池充放电数据。

进一步的，所述GPRS无线传输模块将所述太阳能板电压数据和蓄电池充放电数据上传到所述服务器平台。

进一步的，所述用户终端从服务器平台获取太阳能板电压数据和蓄电池充放电数据。

进一步的，所述降尘杆上还设置有支架，所述支架上设置有上端开口的外壳，所述降尘采集装置和压力传感器设置在所述外壳内。

进一步的，所述外壳内设置有托盘，所述降尘采集装置设置在所述托盘上，所述压力传感器设置在所述托盘下方。

本发明具有以下有益效果：

本发明充分融合传感器技术、无线通信技术、物联网技术，结合大数据分析与监控平台，对大气降尘监测设备的数据和位置信息进行管理。本发明可以实时查看监测大气降尘数据，通过GPRS模块将GPS位置信息实时推送到大数据监控平台，在GIS地图上显示监测点的位置信息，并由监控平台进行报警处理。本发明结构精巧，定位精度高，反应速度快，查找直观而且操作方便，适应范围广。

本发明能够全面提升全市大气降尘质量监测能力，及时、准确、全面地获取大气降尘质量监测数据，客观反映大气降尘质量状况和变化趋势，及时跟踪污染源变化情况，准确预警各类潜在的大气降尘污染问题。

附图说明

图1为本发明的基于物联网的大气降尘实时监测系统的结构示意图；

图2为本发明的基于物联网的大气降尘实时监测系统的电路示意图；

图3为信息处理系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供一种基于物联网的大气降尘实时监测系统，如图1-3所示，包括降尘杆100、服务器平台200和用户终端300，其中：

降尘杆100上设置有降尘采集装置1、压力传感器2和信息处理系统3，压力传感器2设置在降尘采集装置1底部；

信息处理系统3包括ARM控制器31、大气降尘重量处理模块32、GPRS无线传输模块33、GPS定位模块34和MQTT服务器通讯接口35；

降尘采集装置1收集大气降尘，压力传感器2实时监测降尘采集装置采集的降尘重量，并实时传输给信息处理系统3；大气降尘重量处理模块32进行滤波处理，将实时测量的降尘重量数据传递给ARM控制器31，GPRS无线传输模块33将降尘重量数据及GPS定位模块34的GPS定位数据上传到服务器平台200；本发明采用高精度压力传感器模块监测降尘重量，并采用滤波处理，消除噪声干扰。

服务器平台200接收到降尘重量数据和GPS定位数据，通过比对，除去外界干扰影响，并通过模型场景质控，给出实时的大气降尘数据；并结合GPS定位数据在GIS地图上显示监测点的位置信息。

服务器平台对降尘重量数据的处理方法具体包括：

1、用一段时间内的最小值作为采样值，消除风力干扰。

2、当出现雨、雪、冰雹等天气时，采用归零处理，消除雨雪的干扰。

3、对采样数据进行分析质控，消除其他因素的干扰数据，包括鸟粪、落叶等。

用户终端300从服务器平台200获取实时的大气降尘数据和监测点的位置信息。

本发明充分融合传感器技术、无线通信技术、物联网技术，结合大数据分析与监控平台，对大气降尘监测设备的数据和位置信息进行管理。本发明可以实时查看监测大气降尘数据，通过GPRS模块将GPS位置信息实时推送到大数据监控平台，在GIS地图上显示监测点的位置信息，并由监控平台进行报警处理。本发明结构精巧，定位精度高，反应速度快，查找直观而且操作方便，适应范围广。

本发明能够全面提升全市大气降尘质量监测能力，及时、准确、全面地获取大气降尘质量监测数据，客观反映大气降尘质量状况和变化趋势，及时跟踪污染源变化情况，准确预警各类潜在的大气降尘污染问题。

本发明需要为信息处理系统和压力传感器供电，可以采用多种供电方式，优选的：本发明的基于物联网的大气降尘实时监测系统还包括太阳能板4和太阳能控制器5，太阳能控制器5的输入端51与太阳能板4的输出端连接，太阳能控制器5的第一输出端52与信息处理系统3和压力传感器2连接，为信息处理系统3和压力传感器2供电。太阳能控制器5的第二输出端53通过第一限流保护电路6连接有蓄电池7。

本发明的太阳能控制器优选为MPPT太阳能控制器。太阳能控制器对蓄电池的充、放电条件进行控制，并按照负载(智能监测设备和微量天平)的电源需求控制太阳能板和蓄电池对负载的电能输出。

本发明的智能监测设备3还包括太阳能板电压测试模块36和蓄电池充放电测试模块37，太阳能板电压测试模块36连接太阳能控制器5的输入端51并获取太阳能板电压数据，蓄电池充放电测试模块37连接太阳能控制器5的第二输出端53并获取蓄电池充放电数据。太阳能板电压数据、蓄电池充放电数据和MPPT太阳能控制器工作状态等数据传递ARM控制器，GPRS无线传输模块33将太阳能板电压数据、蓄电池充放电数据和MPPT太阳能控制器工作状态等数据上传到服务器平台200。用户终端300从服务器平台200获取太阳能板电压数据和蓄电池充放电数据。

本发明可以远程监测太阳能板和蓄电池的工作状态，当出现太阳能板和蓄电池损坏供电不足情况，可以远程监测并及时修理。本发明采用智能供电模式，查找直观而且操作方便，适应范围广，安全可靠，可以进行实时监测。

为方便将降尘采集装置与降尘杆杆体连接，降尘杆100上还设置有支架8，支架8上设置有上端开口的外壳9，降尘采集装置1和压力传感器2设置在外壳9内，外壳保护降尘采集装置和压力传感器，并且外壳上端开口，不会影响降尘采集装置采集降尘。

优选的，外壳9内设置有托盘10，降尘采集装置1设置在托盘10上，压力传感器2设置在托盘10下方。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，包括降尘杆、服务器平台和用户终端，其中：

所述降尘杆上设置有降尘采集装置、压力传感器和信息处理系统，所述压力传感器设置在所述降尘采集装置底部；

所述信息处理系统包括ARM控制器、大气降尘重量处理模块、GPRS无线传输模块、GPS定位模块和MQTT服务器通讯接口；

所述降尘采集装置收集大气降尘，所述压力传感器实时监测降尘采集装置采集的降尘重量，并实时传输给信息处理系统；所述大气降尘重量处理模块进行滤波处理，将实时测量的降尘重量数据传递给所述ARM控制器，所述GPRS无线传输模块将所述降尘重量数据及GPS定位模块的GPS定位数据上传到服务器平台；

所述服务器平台接收到降尘重量数据和GPS定位数据，通过比对，除去外界干扰影响，并通过模型场景质控，给出实时的大气降尘数据；并结合GPS定位数据在GIS地图上显示监测点的位置信息；所述用户终端从服务器平台获取实时的大气降尘数据和监测点的位置信息。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，所述系统还包括太阳能板和太阳能控制器，所述太阳能控制器的输入端与太阳能板的输出端连接，所述太阳能控制器的第一输出端与所述信息处理系统和压力传感器连接，为所述信息处理系统和压力传感器供电。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，所述太阳能控制器的第二输出端通过第一限流保护电路连接有蓄电池。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，所述智能监测设备还包括太阳能板电压测试模块和蓄电池充放电测试模块，所述太阳能板电压测试模块连接所述太阳能控制器的输入端并获取太阳能板电压数据，所述蓄电池充放电测试模块连接所述太阳能控制器的第二输出端并获取蓄电池充放电数据。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，所述GPRS无线传输模块将所述太阳能板电压数据和蓄电池充放电数据上传到所述服务器平台。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，所述用户终端从服务器平台获取太阳能板电压数据和蓄电池充放电数据。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，所述降尘杆上还设置有支架，所述支架上设置有上端开口的外壳，所述降尘采集装置和压力传感器设置在所述外壳内。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的大气降尘实时监测系统，其特征在于，所述外壳内设置有托盘，所述降尘采集装置设置在所述托盘上，所述压力传感器设置在所述托盘下方。