CN116858994A - 基于视觉传感器的空气质量监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为解决现有空气质量监测装置中缺少图像采集功能的问题；提供一种基于视觉传感器的空气质量监测装置级方法；其中装置包括壳体、若干检测传感器、通信模块以及主控制器运算模块；若干检测传感器分别与主控制器运算模块通信连接；主控制器运算模块还与通信模块通信连接；若干检测传感器均设置于壳体内部，检测传感器用于检测气体；还包括用于采集图像数据的视觉传感器模块；视觉传感器模块包括光学镜头，光学镜头与主控制器运算模块连接；通过视觉传感器模块及时采集图像数据，全面掌握监测装置周围的环境情况。
Description
技术领域
本发明涉及空气质量检测设备领域，特别是涉及一种基于视觉传感器的空气质量监测装置及方法。
背景技术
室内空气质量状况与人体的健康密切相关。根据现有的医学研究资料和有关调查表明，现代人存在较多类型的疾病与室内空气污染有关。国家环境保护局的一项科研成果指出，室内空气的污染程度一般要比室外严重2~5倍，在特殊情况下可达100倍。室内空气质量问题不仅影响人体的舒适和健康，还会影响室内人员的工作效率，造成直接或者间接经济损失。目前室内空气污染已被列为人类健康的十大威胁之一，也是危害公共健康的五类环境因素之一。
对于室内空气污染，通常通过安装带有集成多功能传感器的室内空气质量监测设备，实现对室内的PM2.5，二氧化碳，甲醛，VOC、温度、湿度等参数的采集；通过现代互联网通讯技术，将采集到的空气质量信息传输汇聚到云数据服务器；实现对室内空气质量的实时监测与报告，使对应的观察设备和人员能够快速获得第一手信息；比如在授权公告号为CN106482786A以及授权公告号为CN111307748A的专利中所公开的内容；在现有技术中通过设置传感器的探头采集空气中的气体参数，并将气体参数传输到处理设备进行处理，实现空气质量检测。然而现有气体传感器设备在调查取证上，气体传感器设备未与视觉传感器相融合，通常只有告警数据而没有取证图像，从而造成证据不足，难以远程分析空气质量异常的原因；而且气体参数通常仅通过光纤或者蓝牙模块等进行直接传输，传输效率低。因此研究基于多气体传感器及视觉传感器的空气质量监测装置有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于多气体传感器及视觉传感器的空气质量监测装置。
为了解决上述问题，本发明采用如下方案：
一种基于视觉传感器的空气质量监测方法，空气质量监测方法包括如下步骤：
步骤1：由各检测传感器采集气体检测指标；
步骤2：由各检测传感器将采集的气体检测指标转换为电信号传输给主控制器运算模块；
步骤3：主控制器运算模块接受电信号，根据电信号获得气体检测指标，并与设定的阈值进行比较，判断是否存在超过阈值的数字信号；若存在超过阈值的数字信号，则进入下一步骤，否则经过设定时长后返回步骤1；
步骤4：主控制器运算模块触发报警装置，并控制视觉传感器模块获取多个设定角度的图像；
步骤5：主控制器运算模块将气体检测指标以及视觉传感器模块采集的图像进行打包，随后传输到外部的远程监控设备，结束步骤。
进一步的，所述检测传感器包括用于检测悬浮于空气中的微小颗粒介质的含量的粉尘传感器模块、用于检测二氧化碳含量的二氧化碳传感器模块、用于检测空气中甲醛含量的甲醛传感器模块、用于检测空气中有机废气含量的VOC传感器模块以及用于检测环境温度和湿度的温湿度传感器模块。
进一步的，所述通信模块的通信方式包括有线通信以及无线通信，其中有线通信包括串口、以太网接口；无线通信包括WIFI、蓝牙、4G/5G。
进一步的，所述步骤5中，主控制器运算模块在打包图像前，会首先将二维图像转换为base64编码的字符串 ，然后将气体检测指标、阈值以及字符串/>进行组合，组成数据帧Frame1，实现打包；数据帧Frame1如下所示：
Frame1 =，/>，/>，/>，/>，/>，/>]
其中，为粉尘含量阈值、/>为二氧化碳含量阈值、/>为甲醛含量、/>为VOC有机废气含量阈值、/>为温度阈值、/>为湿度阈值、/>为粉尘检测含量、/>为二氧化碳检测含量、/>为甲醛检测含量、/>为VOC有机废气检测含量、/>为温度检测值以及/>为湿度检测值。
一种基于视觉传感器的空气质量监测装置，空气质量监测装置基于上述的空气质量监测方法，空气质量监测装置包括壳体、若干检测传感器、通信模块以及主控制器运算模块；其中若干检测传感器分别与主控制器运算模块通信连接；主控制器运算模块还与通信模块通信连接；若干检测传感器均设置于壳体内部，检测传感器用于检测气体；还包括用于采集图像数据的视觉传感器模块；视觉传感器模块包括光学镜头，光学镜头与主控制器运算模块连接；壳体整体密封防尘，在壳体上设置有若干进气通道和出气通道，进气通道和出气通道一一对应；每个传感器分别与一条进气通道和出气通道连接；
所述视觉传感器模块设置于壳体的正上方，视觉传感器模块与壳体之间通过活动旋转部件连接；
还包括报警装置，报警装置与主控制器运算模块连接。
进一步的，所述旋转部件包括第一电机、第二电机、支撑架以及连接件；其中视觉传感器模块固定设置于连接件上；连接件设置于视觉传感器与支撑架之间，支撑架活动设置于壳体上；在支撑架还与第一电机连接，由第一电机控制其在水平面内的转动；连接件还与第二电机连接，由第二电机控制其在竖直面内的转动。
进一步的，所述支撑架包括环形的底框以及设置于底框上的支撑杆，支撑杆的顶部与杆状的连接件转动连接；在支撑杆上还设置有第二电机，第二电机的输出端与连接件连接；底框设置于壳体顶部的圆形轨道内；底框与第一电机之间通过齿轮连接；第一电机还固定设置于壳体。
进一步的，所述支撑架上还设置有防尘网；防尘网位于底框的上表面。
进一步的，所述底框的内侧设置有卡齿；在第一电机的输出端设置有一个齿轮；在第一电机的输出端的齿轮和底框之间设置有两个齿轮，两个齿轮关于第一电机的输出端的齿轮镜像设置。
本发明的有益效果为：
通过设置视觉传感器模块与主控制器运算模块连接，在若干传感器检测到空气指标异常时，能够通过视觉传感器模块及时采集图像数据，辅以传感器采集的空气指标，实现远程判断异常原因，及时掌握监测装置周围的情况；
通过设置旋转部件，控制视觉传感器模块在不用方向的转动，进而获取室内的多方位角度图像，更好的判断装置周围的情况；
通过将气体检测指标、阈值以及字符串组成数据帧，其一加快数据打包速度，其二提高数据传输效率。
附图说明
图1为本发明实施例一的流程框图；
图2为本发明实施例一的结构框图；
图3为本发明实施例一的结构示意图；
图4为本发明实施例一的壳体及其连接结构的主视图；
图5为图4的A-A剖面视图；
图6为本发明实施例一的检测传感器示意图；
图7为本发明实施例一的壳体示意图；
图8为本发明实施例一的壳体及其连接结构的示意图；
图9为本发明实施例一的视觉传感器模块和旋转部件示意图。
附图标识说明：壳体1、进气通道11、出气通道12、圆形轨道13、检测传感器2、主控制器运算模块3、视觉传感器模块4、旋转部件5、支撑架51、底框511、支撑杆512、连接件52、第二电机53、齿轮54、防尘网55。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一：
如图1~9所示，一种基于多气体传感器及视觉传感器的空气质量监测装置，包括壳体1、若干检测传感器2、通信模块以及主控制器运算模块3；其中若干检测传感器2分别与主控制器运算模块3通信连接；主控制器运算模块3还与通信模块通信连接；在本例中检测传感器2包括用于检测悬浮于空气中的微小颗粒介质的含量的粉尘传感器模块、用于检测二氧化碳含量的二氧化碳传感器模块、用于检测空气中甲醛含量的甲醛传感器模块、用于检测空气中有机废气含量的VOC传感器模块以及用于检测环境温度和湿度的温湿度传感器模块；在本例中，若干检测传感器2均设置于壳体1内部，主控制器运算模块3设置与壳体1外。
所述粉尘传感器模块包括呈对角设置并且光轴相交的红外线发光二级管以及光电晶体管；其中红外线发光二极管发出的红外光线经过空气中的粉尘微粒的散射，光强得到衰减，衰减后的红外光线被光电晶体管接收，根据红外光线衰减量，推测空气中的粉尘浓度，需要说明的是光电晶体管接收的红外光线光强与粉尘浓度成正比；粉尘浓度的单位设置为μg/m³。
所述二氧化碳传感器模块利用非色散红外原理对空气中存在的二氧化碳进行探测，具有很好的选择性和无氧气依赖性，寿命长。内置温度补偿，具有高灵敏度，高分辨率和低功耗等特点。
所述甲醛传感器模块包括甲醛感应器、温度感应器以及微型运算模块；其中甲醛感应器和温度感应器分别于微型运算模块连接；微型运算模块与主控制器运算模块3连接。温度感应器用于为甲醛感应器感应的甲醛浓度值进行补偿。
所述VOC传感器模块采用多层厚膜制造工艺制造的VOC传感器，其中包括微型Al2O3陶瓷基片；在微型Al2O3陶瓷基片上的两面分别形成加热器和金属氧化物半导体气敏层，并设置电极引线分别与两面上的加热器和半导体气敏层连接，在最外侧设置金属外壳。VOC传感器模块对甲苯、苯、甲醛等有机气体监测具有高灵敏度、响应恢复快、低功耗、稳定性好、寿命长等特点；VOC包含有：甲苯、甲醛、苯、酒精、丙酮等。
所述温湿度传感器模块利用探头作为测温元件，采集温度和湿度信号，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度和湿度成线性关系的电流信号或电压信号；输出采用年漂移小，适应一年四季天气变化，抗干扰能力强的温湿度传感器。
还包括用于采集图像数据的视觉传感器模块4；视觉传感器模块4包括光学镜头，光学镜头与主控制器运算模块3连接。其中壳体1整体密封防尘，在壳体1上设置有若干进气通道11和出气通道12，进气通道11和出气通道12一一对应；每个传感器分别与一条进气通道11和出气通道12连接，避免检测传感器2之间的相互干扰。
所述视觉传感器模块4设置于壳体1的正上方，视觉传感器模块4与壳体1之间通过活动旋转部件5连接，使视觉传感器模块4能够围绕旋转部件5转动。旋转部件5包括第一电机、第二电机53、支撑架51以及连接件52；其中视觉传感器模块4固定设置于连接件52上；连接件52设置于视觉传感器与支撑架51之间，支撑架51活动设置于壳体1上；在支撑架51还与第一电机连接，由第一电机控制其在水平面内的转动；连接件52还与第二电机53连接，由第二电机53控制其在竖直面内的转动。支撑架51包括环形的底框511以及设置于底框511上的支撑杆512，支撑杆512的顶部与杆状的连接件52转动连接；在支撑杆512上还设置有第二电机53，第二电机53的输出端与连接件52连接；底框511设置于壳体1顶部的圆形轨道13内；底框511与第一电机之间通过齿轮54连接；第一电机还固定设置于壳体1。在本例中底框511的内侧设置有卡齿，在第一电机的输出端设置有一个齿轮54；在第一电机的输出端的齿轮54和底框511之间设置有两个齿轮54，两个齿轮54关于第一电机的输出端的齿轮54镜像设置；保证底框511能够平稳转动。
所述支撑架51上还设置有防尘网55，防尘网55位于底框511的上表面；通过设置防尘网55，实现遮蔽壳体1上的齿轮54。
所述通信模块的通信方式包括有线通信以及无线通信，其中有线通信包括串口、以太网接口等，无线通信包括WIFI、蓝牙、4G/5G等。
还包括报警装置，报警装置包括蜂鸣器以及LED灯，报警装置与主控制器运算模块3连接；主控制器运算模块3连接的检测传感器2检测的任一检测数值达到阈值时，触发报警装置报警，包括但不限于蜂鸣器发出声音以及LED灯闪烁。
在实施过程中，通过设置视觉传感器模块4与主控制器运算模块3连接，在若干传感器检测到空气指标异常时，能够通过视觉传感器模块4及时采集图像数据，辅以传感器采集的空气指标，实现远程判断异常原因，及时掌握现场情况；通过设置旋转部件5，控制视觉传感器模块4在不用方向的转动，进而获取室内的多方位角度图像。
需要说明的是在本例中所采用的检测传感器2均为现有的传感器，本申请主要保护上述的带有多种检测功能以及图像采集的空气质量监测装置结构。
一种基于多气体传感器及视觉传感器的空气质量监测方法，包括如下步骤：
步骤1：由各检测传感器采集气体检测指标；在本例中包括粉尘检测含量F1、二氧化碳检测含量Cb1、甲醛检测含量Vh1、VOC有机废气检测含量Vvoc1、温度检测值T1以及湿度检测值R1；
步骤2：由各检测传感器将采集的气体检测指标转换为电信号传输给主控制器运算模块；
步骤3：主控制器运算模块接受电信号，根据电信号获得气体检测指标，并与设定的阈值进行比较，判断是否存在超过阈值的数字信号；若存在超过阈值的数字信号，则进入下一步骤，否则经过设定时长后返回步骤1；
步骤4：主控制器运算模块触发报警装置，并控制视觉传感器模块获取多个角度的图像，包括但不限于视觉传感器模块的正上方、正下方、正东方向、正西方向、正南方向以及正北方向六个方向；
步骤5：主控制器运算模块将气体检测指标以及视觉传感器模块采集的图像进行打包，随后传输到外部的远程监控设备，结束步骤。
所述步骤3中阈值包括粉尘含量阈值为、二氧化碳含量阈值为/>、甲醛含量为、VOC有机废气含量阈值为/>、温度阈值为/>以及湿度阈值为/>。
所述步骤5中，主控制器运算模块在打包图像前，会首先将二维图像转换为base64编码的字符串，然后将气体检测指标、阈值以及字符串/>进行组合，组成数据帧Frame1，实现打包；数据帧Frame1如下所示：
Frame1=[，/>，/>，/>，/>，/>，/>]
主控制器运算模块在向外部的远程监控设备传输数据时，首先提供给通信模块的使能信号，随后将数据帧Frame1传输给通信模块，由通信模块将数据帧Frame1传输给外部的远程监控设备。
在实施过程中，通过将气体检测指标、阈值以及字符串组成数据帧，其一加快数据打包速度，其二提高数据传输效率。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于视觉传感器的空气质量监测方法，其特征在于，空气质量监测方法包括如下步骤：
步骤1：由各检测传感器采集气体检测指标；
步骤2：由各检测传感器将采集的气体检测指标转换为电信号传输给主控制器运算模块；
步骤3：主控制器运算模块接受电信号，根据电信号获得气体检测指标，并与设定的阈值进行比较，判断是否存在超过阈值的数字信号；若存在超过阈值的数字信号，则进入下一步骤，否则经过设定时长后返回步骤1；
步骤4：主控制器运算模块触发报警装置，并控制视觉传感器模块获取多个设定角度的图像；
步骤5：主控制器运算模块将气体检测指标以及视觉传感器模块采集的图像进行打包，随后传输到外部的远程监控设备，结束步骤。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉传感器的空气质量监测方法，其特征在于，所述检测传感器包括用于检测悬浮于空气中的微小颗粒介质的含量的粉尘传感器模块、用于检测二氧化碳含量的二氧化碳传感器模块、用于检测空气中甲醛含量的甲醛传感器模块、用于检测空气中有机废气含量的VOC传感器模块以及用于检测环境温度和湿度的温湿度传感器模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉传感器的空气质量监测方法，其特征在于，所述通信模块的通信方式包括有线通信以及无线通信，其中有线通信包括串口、以太网接口；无线通信包括WIFI、蓝牙、4G/5G。
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉传感器的空气质量监测方法，其特征在于，所述步骤5中，主控制器运算模块在打包图像前，会首先将二维图像转换为base64编码的字符串，然后将气体检测指标、阈值以及字符串/>进行组合，组成数据帧Frame1，实现打包；数据帧Frame1如下所示：
Frame1 = [，/>，/>，/>，/>，，/>]
其中，为粉尘含量阈值、/>为二氧化碳含量阈值、/>为甲醛含量、/>为VOC有机废气含量阈值、/>为温度阈值、/>为湿度阈值、/>为粉尘检测含量、/>为二氧化碳检测含量、/>为甲醛检测含量、/>为VOC有机废气检测含量、/>为温度检测值以及/>为湿度检测值。
5.一种基于视觉传感器的空气质量监测装置，所述空气质量监测装置基于权利要求1或2所述的空气质量监测方法，空气质量监测装置包括壳体（1）、若干检测传感器（2）、通信模块以及主控制器运算模块（3）；其中若干检测传感器（2）分别与主控制器运算模块（3）通信连接；主控制器运算模块（3）还与通信模块通信连接；若干检测传感器（2）均设置于壳体（1）内部，检测传感器用于检测气体；其特征在于，还包括用于采集图像数据的视觉传感器模块（4）；视觉传感器模块（4）包括光学镜头，光学镜头与主控制器运算模块（3）连接；壳体（1）整体密封防尘，在壳体（1）上设置有若干进气通道（11）和出气通道（12），进气通道（11）和出气通道（12）一一对应；每个传感器分别与一条进气通道（11）和出气通道（12）连接；
所述视觉传感器模块（4）设置于壳体（1）的正上方，视觉传感器模块（4）与壳体（1）之间通过活动旋转部件（5）连接；
还包括报警装置，报警装置与主控制器运算模块（3）连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于视觉传感器的空气质量监测装置，其特征在于，所述旋转部件（5）包括第一电机、第二电机（53）、支撑架（51）以及连接件（52）；其中视觉传感器模块（4）固定设置于连接件（52）上；连接件（52）设置于视觉传感器与支撑架（51）之间，支撑架（51）活动设置于壳体（1）上；在支撑架（51）还与第一电机连接，由第一电机控制其在水平面内的转动；连接件（52）还与第二电机（53）连接，由第二电机（53）控制其在竖直面内的转动。
7.根据权利要求6所述的一种基于视觉传感器的空气质量监测装置，其特征在于，所述支撑架（51）包括环形的底框（511）以及设置于底框（511）上的支撑杆（512），支撑杆（512）的顶部与杆状的连接件（52）转动连接；在支撑杆（512）上还设置有第二电机（53），第二电机（53）的输出端与连接件（52）连接；底框（511）设置于壳体（1）顶部的圆形轨道（13）内；底框（511）与第一电机之间通过齿轮（54）连接；第一电机还固定设置于壳体（1）。
8.根据权利要求7所述的一种基于视觉传感器的空气质量监测装置，其特征在于，所述支撑架（51）上还设置有防尘网（55）；防尘网（55）位于底框（511）的上表面。
9.根据权利要求7所述的一种基于视觉传感器的空气质量监测装置，其特征在于，所述底框（511）的内侧设置有卡齿；在第一电机的输出端设置有一个齿轮（54）；在第一电机的输出端的齿轮（54）和底框（511）之间设置有两个齿轮（54），两个齿轮（54）关于第一电机的输出端的齿轮镜像设置。
Priority Applications (1)
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| CN202310708495.2A CN116858994A (zh) | 2023-06-14 | 2023-06-14 | 基于视觉传感器的空气质量监测装置及方法 |
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