CN110793890A - 一种空气质量监测装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气质量监测装置和系统，主要包括换气通道、进气过滤模块、除尘模块，进气过滤模块安装于换气通道的空气入口，以过滤进入换气通道的空气中夹杂的大颗粒粉尘及飞絮等杂质，除尘模块安装于进气过滤模块位于换气通道的一侧，以对进气过滤模块进行除尘。本发明可去除进气过滤模块及空气入口附近所积累的灰尘和柳絮等杂质。在柳絮季节或者长时间工作后，可通过软件控制使除尘模块工作，除去空气入口处积累的大颗粒粉尘和飞絮等杂质，从而使柳絮和大的灰尘不会进入装置内部，保证了内部传感器模组，特别是固体颗粒物传感器的工作性能和使用寿命，并确保空气质量监测装置和系统的空气质量测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及空气质量监测技术，特别涉及一种空气质量监测装置和系统。
背景技术
近年来，随着我国经济快速发展，我国环境也随之持续恶化，不但给人民的生活和健康带来很大的困扰和影响，也对我国经济发展造成极大阻碍。因此对包括空气、土壤及水质在内的环境进行监测及治理势在必行。目前空气污染不仅出现在大中型城市，也开始向着小城市和乡镇发展，开始逐渐呈现全国范围内的大气污染，严重影响了人民的身体健康和社会环境。
空气污染物主要包括固体悬浮颗粒、CO(一氧化碳)、NO2(二氧化氮)、SO2(二氧化硫)、O3(臭氧)及苯类、醛类等挥发性有机物(VOC)。目前，对空气质量进行监测的设施主要包括两种，一种为国控环境监测站，另一种为空气质量网格化监测管理系统。
国控站是环保部批准设立的以监测重点及重污染城市、地区环境空气质量整体状况和变化趋势为目的而设置的环境空气质量监测站。国控站需要建设站房，站房内设置大型高精度空气质量监测设备，还需要有电力供应、网络通讯、供暖和出入站等日常运行维护，设备成本和运维成本比较高，因此数量有限，能够实现对该区域范围空气环境质量整体状况监测。
空气质量网格化监测管理系统主要由微型空气质量监测装置组成。微型空气质量监测装置成本低，体积小，可以灵活安装于路灯杆、抱杆、挂壁、塔顶、地面等处，具备城市及工业类大气污染点源和面源的监控能力，实现区域超标预警及污染源快速定位等综合服务功能。
固体颗粒物浓度监测是微型空气质量监测装置的重要功能之一。目前用在微型空气质量监测装置的固体颗粒物传感器主要采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。进而微处理器利用基于米氏(MIE)理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。固体颗粒物传感器配有进气风机促进传感器内部空气流动，以使测量数值更加精准且具有实时性。
微型空气质量监测装置在工作时会在换气通道的进气单元积累灰尘和柳絮，而灰尘和柳絮是导致固体颗粒物传感器监测值异常甚至传感器失效的主要原因。虽然在进气单元安装有过滤装置，但是灰尘或柳絮长时间大量积累，不仅会影响设备内部空气流通，导致空气质量测量精度的下降。而且在风力较大的情况下，灰尘和柳絮极有可能进入设备内部，且体积不断变大，导致固体颗粒物传感器风扇缠绕阻转，从而影响颗粒物传感器的寿命，甚至直接导致传感器失效。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种空气质量监测装置和系统，以实现在换气通道的进气过滤模块处积累灰尘和柳絮等杂质时，自动对进气过滤模块处积累的灰尘和柳絮等杂质进行清理，延长空气质量监测装置中的传感器等器件的使用寿命，并确保空气质量监测装置和系统的空气质量测量精度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种空气质量监测装置，包括：
换气通道；
进气过滤模块，所述进气过滤模块安装于所述换气通道的空气入口，以过滤进入换气通道的空气中夹杂的大颗粒粉尘和飞絮；
除尘模块，所述除尘模块安装于所述进气过滤模块位于所述换气通道的一侧，以对所述进气过滤模块进行除尘；
传感器模组，所述传感器模组安装于所述换气通道中，以采集流经所述换气通道的空气的空气质量数据；
换气风机模块，所述换气风机模块安装于所述换气通道，以驱动外界空气进入所述换气通道；
无线通信模块，所述无线通信模块用于进行数据通信；
采集处理控制模块，所述采集处理控制模块与所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块和所述无线通信模块电连接，以对所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块、所述无线通信模块进行配置管理和告警信息上报，监控所述换气风机模块的工作状态，控制所述传感器模组对所述空气质量数据的采集，对所述空气质量数据进行处理和存储，通过所述无线通信模块上传所述空气质量数据，下载配置管理信息，以及控制所述除尘模块对所述进气过滤模块进行除尘；以及，
电源模块，所述电源模块与所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块、所述无线通信模块和所述采集处理控制模块电连接，以对所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块、所述无线通信模块和所述采集处理控制模块供电。
进一步，所述进气过滤模块包括：
位于所述换气通道的空气入口处的进气百叶罩；以及
位于所述换气通道的空气入口处的过滤装置，所述过滤装置位于进气百叶罩靠近所述空气入口处的一侧。
进一步，所述除尘模块包括：
除尘风扇，所述除尘风扇安装于所述换气通道中，并在工作状态下向所述进气过滤模块送风；
开关控制电路，所述开关控制电路电连接于所述除尘风扇和所述采集处理控制模块，以在所述采集处理控制模块的控制下控制所述除尘风扇的工作；以及
告警信息处理电路，所述告警信息处理电路电连接于所述除尘风扇和所述采集处理控制模块，以检测所述除尘风扇的运行状态，根据所述除尘风扇的运行状态产生所述告警信息并反馈给所述采集处理控制模块；
所述采集处理控制模块，还用于接收并保存所述告警信息，并通过所述无线通信模块将所述告警信息进行上传。
进一步，所述空气质量监测装置还包括用于进行卫星定位的GPS模块；
所述采集处理控制模块与所述GPS模块电连接，以对所述GPS模块进行配置管理，接收所述GPS模块的卫星定位数据并将所述卫星定位数据通过所述无线通信模块上传；
所述电源模块还与所述GPS模块电连接，以对所述GPS模块供电。
进一步，所述空气质量数据包括PM2.5数据、PM10数据、一氧化碳数据、二氧化氮数据、二氧化硫数据、臭氧数据、TVOC数据、空气温度、空气湿度。
进一步，所述空气质量监测装置还包括用于对所述空气质量监测装置周边环境进行拍摄的拍摄模块；
所述采集处理控制模块与所述拍摄模块电连接，以对所述拍摄模块进行配置管理，获取并保存所述空气质量监测装置周边环境的图像数据，并将所述图像数据通过所述无线通信模块进行上传；
所述电源模块还与所述拍摄模块电连接，以对所述拍摄模块供电。
进一步，所述无线通信模块为同时支持2G、3G和4G的无线通信模块。
一种空气质量监测系统，包括：
至少一个如上任一项所述的空气质量监测装置；以及，
空气质量监控平台，所述空气质量监控平台位于网络侧，并通过网络与所述空气质量监测装置进行数据通信，以对所述空气质量监测装置进行配置管理设置，并向所述空气质量监测装置下发所述配置管理信息，从所述空气质量监测装置获取所述空气质量数据并生成空气质量数据报告。
从上述方案可以看出，本发明的空气质量监测装置和系统，通过在换气通道空气入口的进气过滤模块里侧安装的除尘模块，对进气过滤模块进行自动除尘操作，可去除进气过滤模块及空气入口附近所积累的灰尘和柳絮等杂质。在柳絮季节或者长时间工作后，可通过软件控制使除尘单元工作，除去空气入口处积累的灰尘和柳絮，从而使柳絮和大的灰尘不会进入装置内部，保证了内部传感器模组，特别是固体颗粒物传感器的工作性能和使用寿命，并确保空气质量监测装置和系统的空气质量测量精度。
附图说明
图1为本发明实施例的空气质量监测装置简易结构图；
图2为本发明实施例中的除尘模块结构示意图；
图3为本发明实施例的空气质量监测系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，为本发明实施例提供的空气质量监测装置简易结构图。图1所示实施例中，空气质量监测装置1主要包括换气通道101、进气过滤模块102、除尘模块103、传感器模组104、换气风机模块105、无线通信模块106，采集处理控制模块107、电源模块108、GPS模块109和拍摄模块110。其中，进气过滤模块102安装于换气通道101的空气入口，以过滤进入换气通道101的空气中夹杂的大颗粒粉尘和飞絮等杂质，空气沿图1所示的箭头方向经过进气过滤模块102 而进入换气通道101。其中，大颗粒粉尘例如肉眼可见的粉尘、沙尘，。进气过滤模块102的主要作用是过滤如柳絮、杨絮等飞絮、以及沙尘一类的影响空气质量监测装置正常工作的杂质。除尘模块103安装于进气过滤模块102位于换气通道 101的一侧，以对进气过滤模块102进行除尘，如图1所示，除尘模块103安装于换气通道101中并位于进气过滤模块102的里侧。传感器模组104安装于换气通道101中，以采集流经换气通道101的空气的空气质量数据。换气风机模块105 安装于换气通道101，以驱动换气通道101的气体排出，促进换气通道内气体与外界空气交换。如图1所示实施例中，换气风机模块105安装的位置靠近换气通道 101的出口侧。无线通信模块106用于进行与外界的数据通信。
采集处理控制模块107与除尘模块103、传感器模组104、换气风机模块105、无线通信模块106、GPS模块109和拍摄模块110电连接，以对除尘模块103、传感器模组104、换气风机模块105、无线通信模块106、GPS模块109和拍摄模块 110进行配置管理和告警信息上报，监控换气风机模块105的工作状态，控制传感器模组104对空气质量数据的采集，对传感器模组104所采集的空气质量数据进行处理和存储，通过无线通信模块106上传空气质量数据，下载配置管理信息，以及控制除尘模块103对进气过滤模块102进行除尘。其中，配置管理信息可包括但不限于采集处理控制模块107对除尘模块103的控制配置信息、采集处理控制模块107对传感器模组104的控制配置信息、采集处理控制模块107对换气风机模块105的控制配置信息、采集处理控制模块107对无线通信模块106的控制配置信息、采集处理控制模块107对GPS模块109的控制配置信息、采集处理控制模块107对拍摄模块110的控制配置信息、采集处理控制模块107对电源模块 108的控制配置信息、采集处理控制模块107对空气质量数据的处理程序、采集处理控制模块107将空气质量数据进行上传的相关配置信息、以及采集处理控制模块107进行内检和对其他各个模块的进行检测的相关状态及告警信息等。在一个具体实施例中，配置管理信息也可以理解为支持空气质量监测装置1运行的一套管理程序中的相关参数信息，该管理程序由采集处理控制模块107来执行，以保证空气质量监测装置1中各个模块的正常运行，该管理程序中的相关参数信息可包括对各个模块的运行的启停控制参数、时间参数等。
电源模块108与除尘模块103、传感器模组104、换气风机模块105、无线通信模块106、采集处理控制模块107、GPS模块109和拍摄模块110电连接，以对除尘模块103、传感器模组104、换气风机模块105、无线通信模块106、采集处理控制模块107、GPS模块109和拍摄模块110供电。
GPS模块109用于进行卫星定位。GPS模块109的卫星定位数据即为空气质量监测装置1所在位置的位置信息。采集处理控制模块107与GPS模块109电连接，以接收GPS模块109的卫星定位数据并将卫星定位数据处理后通过无线通信模块106发送。这样，空气质量数据便具有了采集位置属性，从而可获悉在空气质量监测装置1安装位置的空气质量的情况。
拍摄模块110用于对空气质量监测装置1的周边环境进行拍摄。采集处理控制模块107与拍摄模块110电连接，以获取并保存空气质量监测装置1的周边环境的图像数据，并将所获取的图像数据通过无线通信模块106进行上传。拍摄模块110有助于对空气质量监测装置1的周边环境的视觉印象的直接掌握，结合所采集的空气质量数据，可以提供更加准确可靠的空气监测信息。另外，拍摄模块 110也可起到一定的安全监控作用。同时，电源模块108还电连接于拍摄模块110，以对其进行供电。
在一个具体实施例中，进气过滤模块102可包括进气百叶罩和过滤装置。其中，进气百叶罩位于换气通道101的空气入口处。进气百叶罩可结合空气质量监测装置1的外壳而设置，如作为外壳的一部分，或者安装于外壳。进气百叶罩的作用例如进风的导向，对空气中的大颗粒物、飞絮等杂质的粗滤。过滤装置安装于换气通道101的空气入口处，位于进气百叶罩的内侧。过滤装置的作用是对进入空气通道101的空气中的大颗粒物、飞絮等杂质的精滤。在一个具体实施例中，过滤装置可采用如纱窗、泡棉等具有细网孔的装置实现。
如图2所示，除尘模块103包括除尘风扇1031、开关控制电路1032和告警信息处理电路1033。其中，除尘风扇1031安装于换气通道101中，并在工作状态下向进气过滤模块102送风。在除尘风扇1031工作时，除尘风扇1031从换气通道 101的内侧向进气过滤模块102送风，可将残留在进气过滤模块102的如灰尘、柳絮等杂质吹出，从而起到清洁进气过滤模块102的作用。
开关控制电路1032电连接于除尘风扇1031和采集处理控制模块107，以在采集处理控制模块107的控制下控制所述除尘风扇的工作。采集处理控制模块107 的配置管理信息中含有对开关控制电路1032进行控制的指令和相关控制参数，采集处理控制模块107可根据该指令和参数向开关控制电路1032发送开启或者关闭除尘风扇1031的信号。
告警信息处理电路1033电连接于除尘风扇1031和采集处理控制模块107，以检测除尘风扇1031的运行状态，根据除尘风扇1031的运行状态产生告警信息并反馈给采集处理控制模块107。采集处理控制模块107，接收并保存该告警信息，并通过无线通信模块106将该告警信息进行上传。在一个具体实施例中，当除尘风扇1031出现故障，例如无法启动时，告警信息处理电路1033便将告警信息发送给采集处理控制模块107。在一个具体实施例中，空气质量监测装置1还可安装告警模块(图中未示出)，例如告警警示灯、告警蜂鸣器等，当采集处理控制模块107接收到告警信息时，可通过告警模块向外发送告警信号，以通知附近工作人员。
电源模块108电连接至除尘风扇1031、开关控制电路1032和告警信息处理电路1033，以对除尘风扇1031、开关控制电路1032和告警信息处理电路1033供电。
本发明实施例中，可以通过软件控制实现除尘模块103对进气过滤模块102 的自动除尘操作。
在一个具体实施例中，空气质量数据可包括但不限于PM2.5数据、PM10数据、一氧化碳数据、二氧化氮数据、二氧化硫数据、臭氧数据、TVOC(Total Volatile OrganicCompounds，总挥发性有机物)数据、空气温度、空气湿度等数据。对应地，传感器模组104包含有采集上述这些数据的各种传感器。
在一个具体实施例中，无线通信模块106为2G/3G/4G无线通信模块，即为同时支持2G、3G和4G的无线通信模块。
依据本发明实施例的空气质量监测装置在制造的产品的结构尺寸例如250mm ×120mm×350mm，长宽高的误差在±1mm，在产品机箱两侧可分别设置对应于换气通道出入口的出气百叶罩和进气百叶罩，另外，在机箱还需依据实际使用而设置具有PG头防水的电源线接口、温湿度传感器与外界交互窗口、气象传感器和摄像机传输线预留接口、4G天线和GPS天线等部分。电源模块可实现220V交流电转12V直流电功能，为各个其中各个用电模块供电，并具有过流保护功能。
如图3所示，本发明实施例还提供了一种空气质量监测系统，包括空气质量监测装置1和空气质量监控平台2。其中，空气质量监测装置1采用如上说明的空气质量监测装置1，空气质量监测装置1的数量为至少一个，多个空气质量监测装置1可分别安装于路灯杆、抱杆、挂壁、塔顶、地面等处。空气质量监控平台2 设置于网络侧，并通过网络与空气质量监测装置1进行数据通信，以对空气质量监测装置1进行配置管理设置，并向空气质量监测装置1下发配置管理信息，从空气质量监测装置1获取空气质量数据并生成空气质量数据报告。另外，本发明实施例中，可通过空气质量监控平台2向空气质量监测装置1下发除尘指令，以控制除尘模块103对进气过滤模块102进行除尘。另外，采集处理控制模块107 可将关于除尘风扇1031的告警信息上传至空气质量监控平台2，以及时通知监测人员。本发明实施例的空气质量监测系统中，空气质量监测装置1利用无线形式，如采用2G/3G/4G通信形式接入网络，从而可利用现有2G/3G/4G网络进行布置，降低了布置成本和难度，只要有2G/3G/4G信号的地方均可以实现对空气质量的监测，同时，利用GPS模块获取的定位信息，在一个大范围区域中布置多台空气质量监测装置1便可以获取整个区域中的空气质量分布情况。
本发明实施例的空气质量监测装置和系统，通过在换气通道空气入口的进气过滤模块里侧安装的除尘模块，对进气过滤模块进行自动除尘操作，可去除进气过滤模块及空气入口附近所积累的灰尘和柳絮等杂质。在柳絮季节或者长时间工作后，可通过软件控制使除尘单元工作，除去空气入口处积累的灰尘和柳絮，从而使柳絮和大的灰尘不会进入装置内部，保证了内部传感器模组，特别是固体颗粒物传感器的工作性能和使用寿命，并确保空气质量监测装置和系统的空气质量测量精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (8)
1.一种空气质量监测装置，其特征在于，包括：
换气通道；
进气过滤模块，所述进气过滤模块安装于所述换气通道的空气入口，以过滤进入换气通道的空气中夹杂的大颗粒粉尘和飞絮；
除尘模块，所述除尘模块安装于所述进气过滤模块位于所述换气通道的一侧，以对所述进气过滤模块进行除尘；
传感器模组，所述传感器模组安装于所述换气通道中，以采集流经所述换气通道的空气的空气质量数据；
换气风机模块，所述换气风机模块安装于所述换气通道，以驱动外界空气进入所述换气通道；
无线通信模块，所述无线通信模块用于进行数据通信；
采集处理控制模块，所述采集处理控制模块与所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块和所述无线通信模块电连接，以对所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块、所述无线通信模块进行配置管理和告警信息上报，监控所述换气风机模块的工作状态，控制所述传感器模组对所述空气质量数据的采集，对所述空气质量数据进行处理和存储，通过所述无线通信模块上传所述空气质量数据，下载配置管理信息，以及控制所述除尘模块对所述进气过滤模块进行除尘；以及，
电源模块，所述电源模块与所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块、所述无线通信模块和所述采集处理控制模块电连接，以对所述除尘模块、所述传感器模组、所述换气风机模块、所述无线通信模块和所述采集处理控制模块供电。
2.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述进气过滤模块包括：
位于所述换气通道的空气入口处的进气百叶罩；以及
位于所述换气通道的空气入口处的过滤装置，所述过滤装置位于进气百叶罩靠近所述空气入口处的一侧。
3.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于，所述除尘模块包括：
除尘风扇，所述除尘风扇安装于所述换气通道中，并在工作状态下向所述进气过滤模块送风；
开关控制电路，所述开关控制电路电连接于所述除尘风扇和所述采集处理控制模块，以在所述采集处理控制模块的控制下控制所述除尘风扇的工作；以及
告警信息处理电路，所述告警信息处理电路电连接于所述除尘风扇和所述采集处理控制模块，以检测所述除尘风扇的运行状态，根据所述除尘风扇的运行状态产生所述告警信息并反馈给所述采集处理控制模块；
所述采集处理控制模块，还用于接收并保存所述告警信息，并通过所述无线通信模块将所述告警信息进行上传。
4.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于：
所述空气质量监测装置还包括用于进行卫星定位的GPS模块；
所述采集处理控制模块与所述GPS模块电连接，以对所述GPS模块进行配置管理，接收所述GPS模块的卫星定位数据并将所述卫星定位数据通过所述无线通信模块上传；
所述电源模块还与所述GPS模块电连接，以对所述GPS模块供电。
5.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于：
所述空气质量数据包括PM2.5数据、PM10数据、一氧化碳数据、二氧化氮数据、二氧化硫数据、臭氧数据、TVOC数据、空气温度、空气湿度。
6.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于：
所述空气质量监测装置还包括用于对所述空气质量监测装置周边环境进行拍摄的拍摄模块；
所述采集处理控制模块与所述拍摄模块电连接，以对所述拍摄模块进行配置管理，获取并保存所述空气质量监测装置周边环境的图像数据，并将所述图像数据通过所述无线通信模块进行上传；
所述电源模块还与所述拍摄模块电连接，以对所述拍摄模块供电。
7.根据权利要求1所述的空气质量监测装置，其特征在于：
所述无线通信模块为同时支持2G、3G和4G的无线通信模块。
8.一种空气质量监测系统，其特征在于，包括：
至少一个如权利要求1至7任一项所述的空气质量监测装置；以及，
空气质量监控平台，所述空气质量监控平台位于网络侧，并通过网络与所述空气质量监测装置进行数据通信，以对所述空气质量监测装置进行配置管理设置，并向所述空气质量监测装置下发所述配置管理信息，从所述空气质量监测装置获取所述空气质量数据并生成空气质量数据报告。
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