CN204405102U - 一种高效太阳能式空气质量检测装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高效太阳能式空气质量检测装置，包括太阳能板、四象限探测器、俯仰角支架、方位角转轴、滚珠丝杆、步进电机A、齿轮组、步进电机B、控制盒、底座、天线和空气检测壳；四象限探测器置于太阳能板中央；俯仰角支架分别和太阳能板、滚珠丝杆连接，并置于方位角转轴上方；步进电机A插入滚珠丝杆中间，通过电机的升降控制太阳能板的俯仰角；齿轮组和步进电机B位于底座内部，方位角转轴部分插入底座内部并与齿轮组连接；天线置于空气检测壳上方。该装置通过自动调整太阳能板的角度，提高太阳能发电转换效率，达到检测当前空气质量检测的目的，在节能、环保和PM2.5检测等方面的广泛应用。

Description

一种高效太阳能式空气质量检测装置
实用新型领域
本实用新型涉及一种高效太阳能式空气质量检测装置。
背景技术
当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源。随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的不断恶化，阴霾天气现象出现增多。雾霾天气首先影响能见度，影响道路交通；其次，霾在吸入人的呼吸道后对人体有害，引发呼吸道疾患、诱发心血管疾病，严重会致死。由于PM2.5是雾霾主要成分，因此对PM2.5的监测与治理便显得越来越重要。针对针对如何有效的做到节能减排、对可再生能源的高效利用和对雾霾天气的实时监控，本实用新型旨在提供一种高效太阳能式空气质量检测装置。
发明内容
本实用新型目的是为解决可再生能源高效利用和空气质量检测问题，旨在提供一种高效太阳能式空气质量检测装置。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：高效太阳能式空气质量检测装置，包括太阳能板、四象限探测器、俯仰角支架、方位角转轴、滚珠丝杆、步进电机A、齿轮组、步进电机B、控制盒、底座、天线和空气检测壳；所述四象限探测器置于太阳能板中央；所述俯仰角支架分别和太阳能板、滚珠丝杆连接，并置于方位角转轴上方；所述步进电机A插入滚珠丝杆中间，通过步进电机A的升降控制太阳能板的俯仰角；所述齿轮组和步进电机B位于底座内部；所述方位角转轴部分插入底座内部并与齿轮组连接；所述控制盒置于底座上表面；所述底座支撑整个装置；所述空气检测壳置于底座前端的上表面，并通过导线与太阳能板连接；所述天线置于空气检测壳上方，并通过导线与其内部SIM900A型GSM模块相连接。
本实用新型效果：装置通过自动跟踪调整太阳能板的角度，提高太阳能发电转换效率；高效太阳能式空气质量检测装置通过太阳能供电，节约能源达到检测当前空气质量检测的目的；该装置整体实用性强，使用方便，有利于在节能、环保和PM2.5检测等方面的广泛推广和应用。
附图说明
图1为本实用新型高效太阳能式空气质量检测装置结构示意图；
图2为本实用新型高效太阳能式空气质量检测装置控制原理框图；
图3为本实用新型太阳能自动跟踪装置电路图；
图4为本实用新型PM2.5检测模块软件流程图；
图5为为本实用新型的温湿度检测流程图；
图6为本实用新型GSM模块通信流程图。
其中：1、太阳能板，2、四象限探测器，3、俯仰角支架，4、方位角转轴，5、滚珠丝杆，6、步进电机A，7、齿轮组，8、步进电机B，9、控制盒，10、底座，11、天线，12、空气检测壳。
具体实施方式
参见图1～6，一种高效太阳能式空气质量检测装置，包括太阳能板、四象限探测器、俯仰角支架、方位角转轴、滚珠丝杆、步进电机A、齿轮组、步进电机B、控制盒和底座；所述四象限探测器置于太阳能板中央；所述俯仰角支架分别和太阳能板、滚珠丝杆连接，并置于方位角转轴上方；所述步进电机A插入滚珠丝杆中间，通过步进电机A的升降控制太阳能板的俯仰角；所述齿轮组和步进电机B位于底座内部；所述方位角转轴部分插入底座内部并与齿轮组连接；所述控制盒置于底座上表面；所述底座支撑整个装置；所述空气检测壳置于底座前端的上表面，并通过导线与太阳能板连接；所述天线置于空气检测壳上方，并通过导线与其内部SIM900A型GSM模块相连接；所述控制盒内置INA103前置放大器、MAX7401滤波电路和AD7656信号采集电路、MSP430F133型单片机；所述方位角转轴为实心结构。
进一步，四象限探测器是一种基于四象限分解法设计的位敏器件，目标光信号经光学装置后在四象限探测器上成像，当目标成像不在光轴上时，4个象限上输出的信号幅度不相同，这些电信号依次经过前置放大电路、滤波电路以及A/D转换电路后，转换成数字量，并由控制器从A/D转换器的寄存器中读取4个通道的采样数据，通过单片机处理后根据各象限上能量分布的比例可计算出目标的亮度中心位置。单片机控制步进电机驱动器来调整步进电机A、步进电机B来控制太阳能板俯仰角和方位角，使太阳能板达到最佳位置。
进一步，所述空气检测壳与外部空气通风流畅，内部设计电路特征是光学灰尘传感器DSM501第4引脚与ATMEGA32-16AU单片机P1.7引脚相连，第3引脚接+5V电源，第5引脚接地；温湿度传感器AM2301的DQ引脚与单片机P3.7引脚相连，中间外接阻值为5K的上拉电阻R5，使引脚DQ在输出时拉高电平输出1，才能完成单线通信功能；+5V电源分别与LED灯绿、蓝、红、白四种颜色灯相连，四种颜色灯分别与4个阻值同为1K的R1～R4电阻相接，R1～R4电阻与分别单片机P1.0～P1.3引脚相连；SIM900A型GSM模块的RXD引脚与P3.0连接，TXD引脚和P3.1连接，END引脚接地；单片机P0.0～P0.7引脚依次与排阻RP1的2～9引脚相接；单片机P0.0～P0.7引脚依次与显示器LCD12864的9～16引脚相接，单片机P2.0～P2.2引脚依次与显示器LCD12864的6～8引脚相接；单片机P0.0～P0.7引脚和P2.0～P2.2引脚共同作用，从而可以控制在显示器LCD12864的数据显示；排阻RP1采用8×10K欧姆的排阻，引脚1接+5V电源。
进一步，采用尺寸为0.3m×0.3m的多晶硅太阳能板采集太阳能，通过充电控制电路与保护装置对锂电池进行充电；太阳能板通过太阳能控制器和保护装置发电满足该高效太阳能式空气质量检测装置与自动跟踪的要求，采用较大容量备用锂电池在晚上或者光照不足时候可以几天内对整个装置供电。
本实用新型工作方式是：
一、光信号经光学装置后在四象限探测器上成像，当目标成像不在光轴上时，4个象限上输出的信号幅度不相同，这些电信号依次经过前置放大电路、滤波电路以及A/D转换电路后，转换成数字量，并由控制器从A/D转换器的寄存器中读取4个通道的采样数据，通过单片机处理后根据各象限上能量分布的比例可计算出目标的亮度中心位置。单片机控制步进电机驱动器来调整步进电机A、步进电机B来控制太阳能板俯仰角和方位角，使太阳能板达到最佳位置，提高太阳能发电转换效率，对空气质量检测装置供电；
二、使用灰尘传感器DSM501、温湿度传感器AM2301对当前空气的PM2.5值、温湿度进行检测：PM2.5的颗粒物检测通过以下方式检测：首先，将DSM501灰尘传感器置于所检测的空气中，由于灰尘传感器DSM501能够灵敏检测直径1微米以上的粒子，所以内置加热器可实现自动吸入空气的功能，可调电阻设置检测灰尘的大小；其次，采用与粒子计算器相同原理为基础，30秒为周期检测出单位体积粒子的绝对个数，通过PWM脉宽调制传送至单片机P1.7端口中，单片机对检测信号进行处理读取传送至显示屏；再次，检测是否大于设定值，如果正常则继续重复以上步骤，否则检测结束；
温湿度检测通过以下步骤来实现，步骤一：打开整个系统进而进入初始化；步骤二：程序执行检查温湿度传感器是否响应，如果传感器不响应则返回；步骤三：单片机读取温湿度数值并传送至液晶显示屏；步骤四：如果采集的温湿度数值正常，重复步骤三；步骤五：如果采集的温湿度数值不正常，经过驱动报警，进而温湿度检测结束。
三、灰尘传感器DSM501、温湿度传感器AM2301分别将检测数据通过ATMEGA3216AU单片机P1.7和P3.7中端口输送至ATMEGA32-16AU单片机中，并对PM2.5颗粒物含量与温湿度数据进行处理，在第DQ引脚外接阻值为5K的上拉电阻R5，使引脚DQ在输出时拉高电平输出1，完成单线通信功能；单片机ATMEGA32-16AU将处理后的数据通过P0.0～P0.7和P2.0～P2.2输送至LCD12864液晶显示屏进行显示温湿度值、PM2.5数值、PM2.5变化波形，通过端口P1.0～P1.3分别与4个阻值为1K的R1～R4电阻相接，控制LED灯绿、蓝、红、白四种颜色LED灯，分别显示当前空气质量良好、一般污染、中度污染和重度污染四种空气质量状态，并通过P3.0和P3.1端口控制U1的SIM900A型GSM模块。
四、用户通过使用SIM卡向不同监测地点的服务号码发送短信方式与GSM模块上的SIM卡进行短信收发，将数据通过SIM900A型GSM模块和天线远距离传输到所需用户的手机上。
对GSM模块通信通过以下步骤来实现：
1.打开整个系统进而进入初始化，并将SIM900A型GSM模块初始化；
2.通过命令检测SIM900A型GSM模块上是否接收到外界发送过来的GSM信息；
3.如果接收到命令，提取相应的手机号；
4.检测提取信息是否合法，如果合法则进行相应指令回复，如果不合法则删除信息。

Claims (1)

1.一种高效太阳能式空气质量检测装置，包括太阳能板(1)、四象限探测器(2)、俯仰角支架(3)、方位角转轴(4)、滚珠丝杆(5)、步进电机A(6)、齿轮组(7)、步进电机B(8)、控制盒(9)、底座(10)、天线(11)和空气检测壳(12)，其特征在于：所述四象限探测器(2)置于太阳能板(1)中央；所述俯仰角支架(3)分别和太阳能板(1)、滚珠丝杆(5)连接，并置于方位角转轴(4)上方；所述步进电机A(6)插入滚珠丝杆(5)中间，通过步进电机A(6)的升降控制太阳能板(1)的俯仰角；所述齿轮组(7)和步进电机B(8)位于底座(10)内部；所述方位角转轴(4)部分插入底座(10)内部并与齿轮组(7)连接；所述控制盒(9)置于底座(10)上表面；所述底座(10)支撑整个装置；所述空气检测壳(12)置于底座(10)前端的上表面，并通过导线与太阳能板(1)连接；所述天线(11)置于空气检测壳(12)上方。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104990592A (zh) * 2015-08-07 2015-10-21 蔡莉莎 一种多功能网络环境监测系统
CN108180886A (zh) * 2017-12-24 2018-06-19 安凯 阵列式四象限探测器及其测角方法
CN112566405A (zh) * 2020-11-26 2021-03-26 罗仁富 一种节能型环境监测装置

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