CN201594088U - 新型室内无线空气质量监测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型室内无线空气质量监测仪，包括智能传感器、无线通讯模块和中央处理单元(ARM处理器)块等。智能传感器、无线通讯模块组成前端数据采集的传感器节点，并将采集到的数据通过无线传输发送给中央处理单元，中央处理单元与无线通讯模块构成监测仪的主体，接收并处理各个传感器节点的数据。中央处理单元可以对监测到的单个数据以实时曲线的方式在LCD上显示，并经过特征提取、数据融合计算以量化的方式得出空气污染综合指数P，进而对室内空气质量给出综合评价，建立了分级报警机制，可以对未来一段时间内的空气质量变化趋势进行预测。

Description

新型室内无线空气质量监测仪

技术领域

本实用新型涉及室内环境监测领域，是一种利用无线传输技术对室内空气质量进行综合监测分析及预测报警的装置。

背景技术

随着人民生活水平的提高以及居住条件的明显改善，室内装饰装修已越来越普遍。各种装饰装修材料的使用以及更多日用化学品进入室内，使室内污染物的来源和种类增多。相对于室外空气，室内空气污染程度则更加严重。据统计，人的一生中约有80％左右的时间是在室内度过的，因此室内空气质量的优劣直接影响到每一个人的健康，日益引起全社会的关注。室内空气质量已成为百姓、政府以及科研人员关心的焦点问题，同时室内空气质量监测的研制也是势在必行的工作。

目前，国内进行空气中各项指标监测的仪器大概有两种：一种是针对一项指标进行检测，显示数据；一种是综合检测，这种可以对多种指标进行数据采集，这种仪器多用于测量装修产生的有害气体、环境污染等，而进行空气质量监测的多是大型监测设备，如监测城市空气污染指数的设备等。从占用空间和使用方式来讲，这都不能适用于建筑室内空气质量进行监测的要求。少数应用于室内的多指标监测装置也大都采用有线传输或者部分采用有线传输，给布线带来诸多不便，线路故障也不好排查。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有室内空气质量监测设备有线传输带来的布线不方便及线路故障难于检修的缺点，监测设备不便携的缺点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用无线传输技术，实现监测传感器节点与中心处理单元的分离，使得监测设备更加便携。

本实用新型采用的技术方案是：一种采用无线传输技术的室内空气质量综合监测装置，该装置主要由中央处理单元ARM处理器、智能传感器以及无线传输模块构成，其主要特征是：无线传输模块通过RS232串口与智能传感器构成传感器节点，中央处理单元与无线传输模块通过RS232串口组合形成监测仪的主体，传感器节点与监测仪主体间通过无线传输进行通信，中央处理单元把从传感器节点采集到的数据综合分析，之后与专家系统内的数据进行比对，可以对未来一段时间内的空气质量变化情况进行预测；中央处理单元可以向LCD发出命令，把从传感器节点监测到的数据以实时曲线的方式显示；中央处理单元通过建立数学模型的方法对取得的数据进行综合的分析与处理，以量化的方式得出空气污染综合指数P，对室内空气质量给出综合评价，并且建立了绿色、黄色、红色、橙色四级报警机制。

本实用新型室内无线空气质量监测仪充分利用ARM处理器的处理能力，将各传感器采集的信息经过特征提取、数据融合计算以量化的方式得出空气污染综合指数P，并建立了对室内空气质量进行综合评价和分级报警的机制，同时可以通过数学建模，对未来一段时间内的空气质量进行分析与预测。

本实用新型室内无线空气质量监测仪通过无线传输技术采集影响室内空气质量的各个参数指标的信号，前端采集区域主要采用目前技术较成熟的各种智能传感器，主要包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感、一氧化碳传感器、氧气浓度传感器等。由于本实用新型传感器是采用无线传输来采集各个传感器的信号，无需复杂的物理线路连接，因此可以根据需要方便的增加传感器对各个指标进行监测，如甲醛、可吸入颗粒物、菌落数等，具有很好的扩展性。

附图说明

图1为本实用新型无线空气质量监测仪工作原理示意图。

图2为本实用新型无线空气质量监测仪总体设计方案。

图3为本实用新型无线空气质量监测仪结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为本实用新型室内无线空气质量监测仪工作原理示意图，各种传感器节点按照监测需要分布于室内的监测区域，采集监测区域内的数据信号并进行数据转换和处理，中央处理单元则通过轮询各传感器节点与其进行通信，首先得到各个传感器的单一数据，之后再把各种参数信息经过综合处理，得到空气质量的评价。

图2为室内无线空气质量监测仪设计方案，无线空气质量监测仪可以将多种传感器集于一体，完成对室内空气多个指标的监测，将从前端采集区域的传感器接收到来的数据进行分析处理，实现对数据的存储、分析、显示以及综合评价空气质量并对不正常的指标进行分级报警。为了方便以后系统升级，本设计移植了嵌入式操作系统，全部采用模块化的设计语言设计个功能模块，可以有效提高系统性能和效率，这样可以更加方便的增加系统的功能，而无需从新编写整个系统。

如图3为无线空气质量监测仪结构示意图，主要由中央处理单元1、智能传感器2、无线传输模块3组成，其中智能传感器与无线传输模块通过RS232串口组合在一起形成传感器节点，它们分布于室内的数据采集区域，中央处理单元与无线传输模块通过RS232串口组合形成监测仪的主体，用来与前端传感器节点进行数据传输与通讯。智能传感器主要包括传感器模块和微处理器(单片机)组成，负责前期的数据处理；中央处理单元包括电源模块、复位电路、存储模块、标准RS232接口、USB接口、LCD模块、触摸屏模块等。传感器节点将采集的模拟信号进行放大处理、在经过A/D转换为数字信号，通过无线传输模块发送给中央处理单元，中央处理单元则采用轮询的方式来与各个传感器通讯，之后将采集到得数据存储在自己的存储单元中，以便进行后续的分析与处理。

本实用新型室内无线空气质量监测仪前端的传感器节点是一个微型的嵌入式系统，它具有数据处理能力、存储能力和通信能力，该节点通常由传感器模块、微处理器(单片机)模块、无线通信模块等部分组成，传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换；微处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理数据；无线通信模块负责中心处理单元无线通信，交换控制消息和收发采集数据。这样布置在监测区域内的传感器节点可以对采集的模拟信号进行放大处理，经过A/D转换为数字信号，然后通过无线通信模块按照无线通讯协议标准将数据发送到中央处理单元。

中央处理单元将各传感器采集的信息经过特征提取、数据融合计算以量化的方式得出空气污染综合指数P的数值，进而对室内空气质量给出综合评价：当P在0～3之间，表明室内空气质量良好；当P在4～5之间时，表明室内空气质量处于合格；当P在6～7之间时，表明室内空气质量处于轻度污染；当P在8～9之间时，表明室内空气质量处于污染。上述信息都可以通过中央处理器控制的LCD进行显示，为了更加准确的让用户了解室内空气质量的信息，本系统利用空气污染综合指数P的数值引入分级报警机制，当P在0～5之间时，中央处理单元向LED发出指令，此时LED显示绿色，表明室内空气质量正常；当P在6～7之间时，中央处理单元向LED发出指令，此时LED显示黄色，表明室内空气质量已经轻微污染；当P在8～9之间时，中央处理单元向LED发出指令，此时LED显示橙色，表明室内空气质量中度污染；当P值大于9时，中央处理单元向LED发出指令，此时LED显示红色，表明室内空气质量已经重度污染。

中央处理单元可以对各传感器采集的信息进行独立的分析与统计，例如可以把采集到的温度、湿度等信息以实时曲线的方式通过LCD进行显示，使用户能够方便的了解最近一段时间内的各参数质量变化情况，另外，系统通过建立的数学模型，借鉴神经网络的预测理论，经过对各传感器的数据进行处理，能够对未来一段时间内的空气质量变化的趋势进行预测。

预测功能是空气质量智能检测系统的重要组成部分，主要是通过过去一段时间空气质量的实时数据预测未来一段时间的空气状况，为空气质量预测和预警提供依据。该功能首先对传感器传送过来的数据进行分析处理，然后绘制空气污染物走势曲线，通过与专家系统中存储的大量曲线数据的比对，找出有污染趋势特征的曲线，据此分析结果判断出空气中气体的变化的大致走势，进行趋势预测。

预测功能的专家系统记录了不同情况下空气状况所呈现的数据特征，它是一系列数据的集合。将处理后的数据与模式特征数据中的数据曲线进行比较，如果两者比较吻合，说明空气质量有此种变化趋势。

采用上述方案后，本实用新型室内无线空气质量监测仪采用无线传输技术，实现监测传感器节点与中心处理单元的分离，与现有技术相比，克服了有线传输带来的布线不方便及线路故障难于检修的缺点，在准确监测室内空气质量的同时可以预测未来一段时间内空气质量的变化趋势，适合于建筑室内空气质量的监测。

Claims (2)

1.一种采用无线传输技术的室内空气质量综合监测装置，该装置主要由中央处理单元ARM处理器、智能传感器以及无线传输模块构成，其主要特征是：中央处理单元包括电源模块、复位电路、存储模块、标准RS232接口、USB接口、LCD模块、触摸屏模块；智能传感器主要包括传感器模块和微处理器；无线传输模块通过RS232串口与智能传感器构成传感器节点；中央处理单元与无线传输模块通过RS232串口组合形成监测仪主体，传感器节点与监测仪主体间通过无线传输模块进行通信。

2.根据权利1所述的室内空气质量综合监测装置，其特征在于智能传感器的类型主要包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、二氧化硫传感、一氧化碳传感器、氧气浓度传感器。

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