CN109765156A - 基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备 - Google Patents

Abstract

本申请的实施例公开一种基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备，包括：矩形盒体；设置在所述矩形盒体内的数据采集板和无线模块；设置在所述矩形盒体内且与所述数据采集板相连的用于检测粉尘并传输给所述数据采集板的粉尘检测模块；设置在所述矩形盒体内且与所述粉尘检测模块连接的至少一个过滤器；设置在所述矩形盒体内、一端与所述至少一个过滤器连接且另一端与所述数据采集板连接的压差传感器；设置在所述矩形盒体内且与所述压差传感器连接的气泵；置在所述矩形盒体外且与所述粉尘检测模块连接的采样头；以及设置在所述矩形盒体外且与所述无线模块连接的天线。本申请提供设备体积小、功能强大、便于携带迁移。

Description

基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备

技术领域

本发明涉及空气监测技术领域，特别涉及一种基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备。

背景技术

TSP(Total Suspended Particles)是总悬浮颗粒物的简称，是指能悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的颗粒物。

影响我国城市空气质量的首要污染物是悬浮颗粒物。在113个全国环境保护重点城市中，33个城市空气质量达到国家二级标准0.20mg/m3，51个城市空气质量为三级标准0.3mg/m3,29个城市质量为劣三级，分别占29.2％、45.1％、25.7％。颗粒污染物较严重的城市主要分布在西北、华北、中原和四川东部。

TSP指用最新标准大容量颗粒采集器在滤膜上收集到的颗粒物的总质量，有人为源和自然源之分，人为源主要是燃煤、燃油、工业生产过程等人为活动排放出来的；自然源主要有土壤、扬尘、沙尘经风力的作用输送到空气中而形成的。在工业化发展过程中，过多的工业污染及人类活动，导致环境不断恶化。恶劣的环境严重影响人们的身体健康，在国家不断加强环境治理，改变环境污染的今天，对总悬浮微颗粒进行有效监测，可以实时了解污染状况，追溯污染物源，对环境治理的意义越来越大。

现有技术中主要采用大流量空气采样-称重法对TSP进行监测。利用空气流体力学的原理，将空气中悬浮颗粒物采集到已恒重的滤膜上，根据采样前后滤膜重量之差及采样总体积，计算出总悬浮颗粒物的重量浓度。其原理基于：抽取一定体积的空气，使之通过已恒重的滤膜，则悬浮微粒被阻留在滤膜上，根据采样前后滤膜重量之差及采气体积，即可计算总悬浮颗粒物的质量浓度。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备，以至少解决上述技术问题之一。

本发明实施例提供一种基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备，包括：矩形盒体；设置在所述矩形盒体内的数据采集板和无线模块；设置在所述矩形盒体内且与所述数据采集板相连的用于检测粉尘并传输给所述数据采集板的粉尘检测模块；设置在所述矩形盒体内且与所述粉尘检测模块连接的至少一个过滤器；设置在所述矩形盒体内、一端与所述至少一个过滤器连接且另一端与所述数据采集板连接的压差传感器；设置在所述矩形盒体内且与所述压差传感器连接的气泵；设置在所述矩形盒体外且与所述粉尘检测模块连接的采样头；以及设置在所述矩形盒体外且与所述无线模块连接的天线。

由此，本发明的设备可以通过控制气泵来控制空气的流速，通过调节和控制气流，从而控制采样流量。

在一些实施方式中，所述至少一个过滤器包括前端过滤器和后端过滤器，所述设备还包括分气模块，其中，所述气泵的一端连接所述前端过滤器，所述气泵将空气通过所述采样头吸入所述粉尘检测模块，空气经由所述前端过滤器进行过滤；所述气泵的另一端连接所述分气模块，所述分气模块将过滤后的空气分成两路，其中一路排出，另一路经由与所述气泵连接的所述后端过滤器传输给压差传感器进行检测，之后空气返回至所述粉尘检测模块。

由此，本发明的设备可以通过调节和控制排出的那一路气流的流量来控制采样流量，并且还可以为粉尘检测模块提供洁净的保护气流。

在一些实施方式中，所述设备还包括温湿度及压力传感器，以用于检测实时的大气数据并传输给所述数据采集板。

由此，可以通过温湿度及压力传感器采集的实时的大气数据来对检测数据进行补偿从而提高检测精度。

在一些实施方式中，所述设备还包括排气扇和加热模块，其中，当所述温湿度及压力传感器检测的温度高于预设高温阈值时，所述数据采集板控制所述排气扇打开以降温；当所述温湿度及压力传感器检测的温度低于预设低温阈值时，所述数据采集板控制所述加热模块打开以加热。

由此，排气扇能够在温度过高时为设备进行有效地降温，加热模块能够在温度过低时为设备进行有效地升温，从而使检测数据不受温度过高过低的影响，保证设备的检测精度。

在一些实施方式中，所述矩形盒体的一面为可开关的门，所述门上设置有与所述数据采集板相连的电子锁，所述电子锁具有断电自锁功能。

由此，本申请的空气总悬浮颗粒监测设备具有电子锁，并能够实现断电自锁的功能，从而能够有效地防盗。

在一些实施方式中，所述矩形盒体的背部设置有背部支架用于支撑和安装，所述矩形盒体的一个侧面上还设置有把手。

由此，本申请的空气总悬浮颗粒监测设备能够实现无工具拆卸，方便点位迁移与设备维护。

在一些实施方式中，所述气泵采用抗摩擦材质制成。

由此，本申请的气泵能够抗摩擦，不易磨损，延长使用寿命。

在一些实施方式中，所述粉尘检测模块采用激光颗粒物传感器。

由此，本申请的粉尘检测模块的检测精度更高。

在一些实施方式中，所述设备还包括与所述数据采集板相连的定位模块。

由此，能够通过定位模块实时地跟踪设备。

在一些实施方式中，所述设备的高度不大于280mm，长度不大于360mm，宽度不大于130mm。

由此，本申请的空气总悬浮颗粒监测设备的体积小，方便携带和迁移，适用于网格化地灵活布局。本申请的空气总悬浮颗粒监测设备内含稳定的进气装置，可以实现进气流速的自动调整，实现进气流速恒定。进而能够使检测模块稳定工作，提高了设备的抗干扰能力及精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的用于基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备的简易框图。

具体实施例

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参考图1，其分别示出了本申请一实施例提供的基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备的结构示意图。本申请提供的基于物联网的微型空气总悬浮颗粒监测设备可以用于企业化工园区环境监测，城市环境监测，市政环境监测，移动环境监测，交通污染环境监测居民区/学校/医院空气质量环境监测，公园/森林环境监测等多种场景中。

如图1所示，本发明的一实施例提供的基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备，包括：

矩形盒体；

设置在矩形盒体内的数据采集板和无线模块；

设置在矩形盒体内且与数据采集板相连的用于检测粉尘并传输给数据采集板的粉尘检测模块；

设置在矩形盒体内且与粉尘检测模块连接的至少一个过滤器；

设置在矩形盒体内、一端与至少一个过滤器连接且另一端与数据采集板连接的压差传感器；

设置在矩形盒体内且与压差传感器连接的气泵；

设置在矩形盒体外且与粉尘检测模块连接的采样头；

以及设置在矩形盒体外且与无线模块连接的天线。

其中，数据采集模块用于采集各传感器和模块的数据并能够进行简单地运算。无线模块用于将数据采集模块采集的数据实时同步至云端以实现对所有监控数据的传输和同步。粉尘检测模块用于检测TSP，例如可以采用空气采样-称重法进行检测，也可以采用光散射原理进行检测。压差传感器用于将因管路的流量改变引起的压差状况反馈到数据采集板，从而可以间接的检测管路中的流量，数据采集板根据收到的数据对气泵的工作状态通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)方式进行相应的调控，保证气流稳定恒速。采样头即图1中的切割头，用于采集空气样本。

本发明的设备可以通过控制气泵来控制空气的流速，通过调节和控制气流，从而控制采样流量。

在一些可选的实施例中，至少一个过滤器包括前端过滤器和后端过滤器，设备还包括分气模块，其中，气泵的一端连接前端过滤器，气泵将空气通过采样头吸入粉尘检测模块，空气经由前端过滤器进行过滤；气泵的另一端连接分气模块，分气模块将过滤后的空气分成两路，其中一路排出，另一路经由与气泵连接的后端过滤器传输给压差传感器进行检测，之后空气返回至粉尘检测模块。

从而本发明的设备可以通过调节和控制排出的那一路气流的流量来控制采样流量，并且还可以为粉尘检测模块提供洁净的保护气流。

在一些可选的实施例中，设备还包括温湿度及压力传感器，以用于检测实时的大气数据并传输给数据采集板。

从而本申请可以通过温湿度及压力传感器采集的实时的大气数据来对检测数据进行补偿从而提高检测精度。

在一些可选的实施例中，设备还包括排气扇和加热模块，其中，当温湿度及压力传感器检测的温度高于预设高温阈值时，数据采集板控制排气扇打开以降温；当温湿度及压力传感器检测的温度低于预设低温阈值时，数据采集板控制加热模块打开以加热。

从而本申请实施例的排气扇能够在温度过高时为设备进行有效地降温，本申请实施例的加热模块能够在温度过低时为设备进行有效地升温，从而使检测数据不受温度过高过低的影响，保证设备的检测精度。

在一些可选的实施例中，矩形盒体的一面为可开关的门，门上设置有与数据采集板相连的电子锁，电子锁具有断电自锁功能。

从而本申请的空气总悬浮颗粒监测设备具有电子锁，并能够实现断电自锁的功能，从而能够有效地防盗。

在一些可选的实施例中，矩形盒体的背部设置有背部支架用于支撑和安装，矩形盒体的一个侧面上还设置有把手。

从而本申请的空气总悬浮颗粒监测设备能够实现无工具拆卸，方便点位迁移与设备维护。

在一些可选的实施例中，上述气泵采用抗摩擦材质制成。

从而本申请的气泵能够抗摩擦，不易磨损，延长使用寿命。

在一些可选的实施例中，上述粉尘检测模块采用激光颗粒物传感器。

从而本申请的粉尘检测模块利用光散射原理进行检测，检测精度更高。

在一些可选的实施例中，设备还包括与数据采集板相连的定位模块。

从而能够通过定位模块实时地跟踪设备。

在一些实施方式中，设备的高度不大于280mm，长度不大于360mm，宽度不大于130mm。

进一步参考图2，其示出了本申请一实施例提供的用于基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备的简易框图。

本申请实施例提供的大气颗粒物监测终端是基于激光尘埃粒子计数器的技术基础设计而来，用于测量空气环境中单位体积空气内的尘埃粒子(颗粒物)大小及数目，因为自身结构设计特点，可直接应用于对户外空气环境的监测，具有防雨、防雷、防尘等技术特点。为适应国家新政策和新导向，我们开发了此类产品。

本发明设备主要是基于激光尘埃粒子计数器技术开发的一款对大气颗粒物污染物监测的设备。

该产品采用光散射原理。具体过程：载有微小颗粒物的大气通过气流进的方向进入主气路，气流由经主气路进入激光颗粒物传感器，信号采集板将表示有微粒性质的光电信号采集并传输给主控线路板。采样泵位于激光颗粒物传感器下游，为气流提供动力，激光颗粒物传感器与采样泵中间串接前端过滤器。气路在采样泵的下游分为二路，一路串接后端过滤器后通入激光颗粒物传感器腔体内，通过后端过滤器后的洁净气流为传感器提供保护气流。另一路排出。气流进与气流出的流量保持一致，通过调节和控制排出气流的流量，从而控制采样流量。

如图2所示，本申请实施例的设备包括以下结构器件：粉尘检测模块、过滤器、气泵、压差传感器、数据采集板、无线模块、电子锁和温湿度及压力传感器。

本申请实施例的工作过程如下：

气泵将空气通过采样头吸入粉尘颗粒物计数器，计数器将粉尘的检测数据采集到采集板经过无线模块上传到服务器后台，完成数据的检测过程。被吸入的空气经过一级过滤器(前端过滤器)进入分气模块，之后的气体经过二级过滤器(后端过滤器)返回到粉尘颗粒物计数器，对计数器形成一个保护。分气模块连着压差传感器。压差传感器将因管路的流量改变引起的压差状况反馈到采集板，因此其间接的检测了管路中的流量，采集板根据收到的数据对气泵的工作状态通过PWM方式进行相应的调控，保证气流稳定恒速。

本发明提供了一套检测TSP的方法及设备，可通过物联网通信模块将检测数据实时上传，从而能在线监测空气中的TSP含量。

该设备可以同时检测PM10、PM2.5及TSP，满足了不同使用环境对检测设备的多样要求。

该设备内含稳定的进气装置。可以实现进气流速的自动调整，实现进气流速恒定。从而使检测模块稳定工作，提高了设备的抗干扰能力及精度。

该设备内含温湿度及气压模块，可以将实时的大气信息采集到采集板，对相应的检测数据进行数据补偿从而提高了检测精度。

该设备将高精度的粒子计数器技术应用到TSP检测领域，检测模块与普通的传感器相比，具有非常高的精度及稳定性。

该设备的气泵采用特殊抗摩擦抗磨损材质，可以长时间稳定运行。

该设备内含电子锁，设备闭合时锁内置，可有效防盗。需要开锁时，可以发送短信指令，及时开锁。

其该设备结构设计精致，外置提手，方便安装运输。

该设备背部有四个安装支架，可牢固固定在支架结构上。

该设备内含排气扇，当装置内温度过高时，排气扇自动打开，有效降温，温度过低时，加热模块自动启动工作，从而使检测数据不受温度过高过低的影响，保证设备的检测精度。

本申请提供的空气总悬浮颗粒监测设备体积小、便于携带，能够实现多种环境参数的检测，并能将检测的参数向外发送。其中，数据采集板可以采用32位高速处理核心芯片，处理速度更快。在数据采集板上可以集成温度补偿技术，长久自动校准技术。

其中，温度补偿技术的原理具体如下：

1)根据内含的温湿度及压力传感器，可以将实时的大气信息采集到数据采集板；

2)对相应的传感器进行温湿度算法补偿；

3)进而对相应的检测数据进行数据补偿从而提高了检测精度。

自动校准技术的原理具体如下：

1)根据温湿度传感器数据，对其他传感器进行温湿度算法补偿；

2)参照对标设备，可以实现传感器零点漂移的远距离自动数据补偿；

3)根据传感器使用寿命周期实现在线时间的算法补偿。

该设备将单片机技术和网络通讯技术相结合，采用数据存储功能(本身具有一定的数据存储能力)，不仅可提供方便的数据查询方式；还可以通过USB接口将数据转存至计算机，利用配套的上位机软件自动计算平日均值、月均值、污染指数、生成各种图形数据标，并进行打印。

本申请的空气总悬浮颗粒监测设备的体积小，方便携带和迁移，适用于网格化地灵活布局。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的空气总悬浮颗粒监测设备，其特征在于，包括：

矩形盒体；

设置在所述矩形盒体内的数据采集板和无线模块；

设置在所述矩形盒体内且与所述数据采集板相连的用于检测粉尘并传输给所述数据采集板的粉尘检测模块；

设置在所述矩形盒体内且与所述粉尘检测模块连接的至少一个过滤器；

设置在所述矩形盒体内、一端与所述至少一个过滤器连接且另一端与所述数据采集板连接的压差传感器；

设置在所述矩形盒体内且与所述压差传感器连接的气泵；

设置在所述矩形盒体外且与所述粉尘检测模块连接的采样头；以及

设置在所述矩形盒体外且与所述无线模块连接的天线。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个过滤器包括前端过滤器和后端过滤器，所述设备还包括分气模块，其中，所述气泵的一端连接所述前端过滤器，所述气泵将空气通过所述采样头吸入所述粉尘检测模块，空气经由所述前端过滤器进行过滤；所述气泵的另一端连接所述分气模块，所述分气模块将过滤后的空气分成两路，其中一路排出，另一路经由与所述气泵连接的所述后端过滤器传输给压差传感器进行检测，之后空气返回至所述粉尘检测模块。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括温湿度及压力传感器，以用于检测实时的大气数据并传输给所述数据采集板。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备还包括排气扇和加热模块，其中，当所述温湿度及压力传感器检测的温度高于预设高温阈值时，所述数据采集板控制所述排气扇打开以降温；

当所述温湿度及压力传感器检测的温度低于预设低温阈值时，所述数据采集板控制所述加热模块打开以加热。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述矩形盒体的一面为可开关的门，所述门上设置有与所述数据采集板相连的电子锁，所述电子锁具有断电自锁功能。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述矩形盒体的背部设置有背部支架用于支撑和安装，所述矩形盒体的一个侧面上还设置有把手。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述气泵采用抗摩擦材质制成。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述粉尘检测模块采用激光颗粒物传感器。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括与所述数据采集板相连的定位模块。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备的高度不大于280mm，长度不大于360mm，宽度不大于130mm。