CN207263221U - 网格化大气环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种网格化大气环境监测系统，包括若干个监测设备，监测设备包括设备机箱，设备机箱内设有核心控制器、传感器模组、北斗/GPS定位模块，传感器模组集成有PM2.5/PM10传感器、SO₂传感器、温湿度传感器、噪声传感器、NO₂传感器、CO传感器，设备机箱上设有泵吸式空气采样装置，监测系统还包括电源单元，电源单元包括太阳能电池板、蓄电池、太阳能板控制器、电源转换模块，传感器模组实时监测所在区域的环境数据并将数据发送给核心控制器，GPRS通信模块将监测的数据上传至云平台。本监测系统在大范围内设置多个监测设备，实现对区域环境的高密度监测，形成网格化监测网络。而且北斗/GPS定位模块可以提供监测点的位置信息。

Description

网格化大气环境监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种空气监测技术领域，具体涉及一种网格化大气环境监测系统。

背景技术

随着社会经济的不断发展，空气污染，空气质量问题越来越受到人们的关注。使用空气质量监测设备来获取当前空气整体质量状况，从而给出相应的参数，给空气治理带来极大的便利。但是现有的监测设备，多是体积庞大、价格较高，且无法实现大面积区域的覆盖，采样点较少，对区域空气质量的反映能力很有限。

现在的监测设备也不具备自动采集位置信息的能力。设备采用市电供电，一旦监测点所在区域出现断电情况，监测设备便无法正常工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种网格化大气环境监测系统，以扩大监测范围，解决不能提供位置信息的问题。

为实现上述目的，本实用新型网格化大气环境监测系统采用如下技术方案：网格化大气环境监测系统，包括若干个监测设备，监测设备包括设备机箱，设备机箱内设有核心控制器、传感器模组、GPRS通信模块、北斗/GPS定位模块，传感器模组集成有PM2.5/PM10传感器、SO₂传感器、温湿度传感器、噪声传感器、NO₂传感器、CO传感器、O₃传感器，设备机箱上设有泵吸式空气采样装置，泵吸式空气采样装置包括空气采样头、空气过滤器、真空泵，传感器模组设置在密闭盒内，空气采样头、空气过滤器、真空泵、密闭盒之间通过软管连接，空气采样头固定在设备机箱上端；外界空气在真空泵的作用下由空气采样头进入空气过滤器，空气过滤器可过滤掉粒径大于10微米的颗粒，空气过滤器、真空泵位于设备机箱内；网格化大气环境监测系统还包括电源单元，电源单元为核心控制器、传感器模组供电，电源单元包括太阳能电池板、蓄电池、太阳能板控制器、电源转换模块，传感器模组实时监测所在区域的环境数据并将数据发送给核心控制器，GPRS通信模块将监测的数据实时上传至云平台，北斗/GPS定位模块实时上传监测区域的位置信息。

进一步地，所述设备机箱后侧设有用于将其固定在灯杆或立柱上的卡箍结构。

进一步地，所述蓄电池、太阳能板控制器设置在电池机箱内，电池机箱与设备机箱航插连接。

进一步地，所述太阳能电池板上设有安装支架，安装支架包括可旋转调节的旋转结构。

进一步地，所述空气采样头包括采样管和设置在采样管上端的进气结构，采样管下端通过螺钉固定在设备机箱上端，所述进气结构包括进气孔，进气结构上端为球面结构。

本实用新型的有益效果：本监测系统在大范围内设置多个监测设备，实现对区域环境的高密度监测，形成网格化监测网络，提高环境监测的精准性。设备机箱上设有泵吸式空气采样装置，外界空气在真空泵的作用下由空气采样头进入空气过滤器，空气过滤器可过滤掉粒径大于10微米的颗粒，过滤后的空气再由传感器检测，可以提高PM值的测量精度。传感器模组还集成有SO₂传感器、温湿度传感器、噪声传感器、NO₂传感器、CO传感器、O₃传感器，用于实时监测空气的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、温湿度等多种大气环境参数。核心控制器采集各传感器检测到这些数据，并将数据上传至云平台，云平台是本系统的后端处理中枢，用于接收各个监测设备的监测信息，并能够相关数据传送给市政管理部门和给市民发布相关环境信息。另外，本系统还设有北斗/GPS定位模块，北斗/GPS定位模块能够提供监测点的位置信息，可以结合环境地图，直观地显示环境监测站的分布及监测值。监测设备无需人为值守，可24小时连续监测，全自动运行。本系统的监测设备可采用市电供电，也可由太阳能电池板转化到蓄电池内的电供电，节能环保。当市电断电后，可利用蓄电池对设备供电，解决了临时断电情况下监测设备不能工作的问题。

附图说明

图1是本实用新型网格化大气环境监测系统的实施例的结构示意图(安装在灯杆上的示意图)；

图2是本实用新型网格化大气环境监测系统中核心控制器的结构示意图；

图3是本实用新型网格化大气环境监测系统中传感器模组的结构示意图；

图4是本实用新型网格化大气环境监测系统中电源单元的结构示意图。

图中各标记对应的名称：1、太阳能电池板，2、灯杆，3、泵吸式空气采样装置，4、采样管，5、设备机箱。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型网格化大气环境监测系统的实施例：如图1-图4所示，包括若干个分布在不同监测点的监测设备，监测设备包括设备机箱5，设备机箱5内设有核心控制器、传感器模组、GPRS通信模块、北斗/GPS定位模块。传感器模组包括PM2.5/PM10传感器、SO₂传感器、温湿度传感器、噪声传感器、NO₂传感器、CO传感器、O₃传感器，各传感器集成设计。PM2.5/PM10传感器简称为PM传感器。传感器模组实时监测所在区域的环境数据，由CPU周期读取并将数据整理后按照统一格式发送给核心控制器。设备机箱上设有泵吸式空气采样装置3，泵吸式空气采样装置包括空气采样头、空气过滤器、真空泵。空气采样头固定在设备机箱上端，空气采样头包括采样管4和设置在采样管上端的进气结构，采样管下端通过螺钉固定在设备机箱上端。进气结构包括进气孔，进气结构为多层蘑菇头式结构，进气结构上端为球面结构，防止其他杂物或雨水进入。传感器模组设置在密闭盒内，空气采样头、空气过滤器、真空泵、密闭盒之间通过软管连接，密闭性好。外界空气在真空泵的作用下由空气采样头进入空气过滤器，空气过滤器可过滤掉粒径大于10微米的颗粒。空气过滤器、真空泵位于设备机箱内。通过设置泵吸式空气采样装置，能够使得测量的PM值更准确。

北斗/GPS定位模块实时上传监测区域的位置信息给核心控制器，由核心控制器向外发送。核心控制器接收各传感器检测的环境数据和定位模块定位的位置信息后，GPRS通信模块将这些数据实时上传至云平台。CPU和传感器模组通过串口进行通信，读取空气质量信息，CPU提供数据计算和逻辑控制。

云平台也即管理平台，由数据处理服务器、数据存储服务器和移动终端组成。数据处理服务器采用标准C/S架构、多路复用IO模型保证能够实时、准确、完整的接收和处理前端数据。数据存储服务器采用高速磁盘阵列和传统关系型数据库，能够保存24个月以上的原始数据，便于回溯查询或长期趋势分析。移动终端包括安卓、IOS两个系统的APP和微信平台，主要用于数据实时查询及信息通知。平台将地理信息系统(GIS)与数据相融合，在平台终端中以地图为基础，借助GIS强大的图文一体化分析和表现能力，直观地显示环境监测站的分布及监测值，并提供以空间、时间为条件的整体数据统计分析，为监控人员的决策分析、信息查询提供强力支持；支持多个子系统接入，平台功能可根据用户需求自由定制，易于扩展，复用便捷。

网格化大气环境监测系统还包括电源单元，电源单元为核心控制器、传感器模组供电，电源单元包括太阳能电池板1、蓄电池、太阳能板控制器、电源转换模块。电源转换模块设置在设备机箱内。电源单元具有DC12V电源输出功能，为核心控制器供电，DC12V的输出功率不小于25W。电源单元具有DC5V电源输出功能，为泵吸式空气采样装置供电。当蓄电池储存电能不足时，电源单元能够输出DC15V电压，为蓄电池充电，当蓄电池充满时能够自动停止充电，防止电池过充。由于蓄电池和太阳能输出电压受电池容量和太阳光强度影响，所以其输出电压并非固定的DC12V。因此，需要电源单元能够将蓄电池和太阳能电池板的电压稳定输出DC12V。考虑到安装和使用时候方便，电源单元应拥有太阳能电池和市电的独立接口，并在其之间能自动切换，而不需要设备安装有所变换。

太阳能电池板采用单晶硅12V、30W电池板，其输出电压在阳光充足时可达DC16V以上，其经太阳能板控制器后为蓄电池充电或直接为设备供电。太阳能电池板上设有安装支架，安装支架包括可旋转调节的旋转结构，实现太阳能电池板的安装角度可调节，确保设备在任意安装方向上都能最大面积对照太阳。具体地，安装支架包括一个卡环，可以将其安装灯杆上，旋转结构包括与支撑架及穿设在支撑架上的转轴，转轴为螺杆结构，两端设有锁紧螺母，通过调节锁紧螺母可以使转轴转动，进而调节电池板角度。

太阳能板控制器连接太阳能电池板、蓄电池和电源转换模块，其一方面提供电能传输作用，另一方面也提供过压、过流、过载保护的作用。蓄电池作为电能储备，可通过太阳能电池板或电源转换模块为其充电，其输出电压并不稳定，经电源转换模块后供负载使用。蓄电池采用DC12V，20AH铅酸电池。蓄电池、太阳能板控制器设置在电池机箱内。蓄电池通过卡扣固定在电池机箱内，太阳能板控制器通过螺丝固定在电池机箱内。电池机箱与设备机箱航插连接，安装很方便。电源转换模块可以将市电或太阳能板控制器输出的不稳定电压转换为DC12V供设备直接使用，也可以将市转换后输出的电压为蓄电池充电。电源转换模块也安装在设备机箱内。电源转换模块直接接入市电，应具有过压、过流、过载保护，具有EMI滤波。

设备机箱后侧设有用于将其固定在灯杆2上的卡箍结构。设备机箱前侧设有可打开的箱门。将设备机箱安装在道路边上的灯杆上，可以不用再额外设置立柱，当然也可以再设置新的专用的立柱。卡箍结构包括一个卡箍，卡箍为板状结构，卡箍具有凹陷部，该凹陷部为弧形结构，与灯杆适配，卡箍卡在灯杆上，然后卡箍与设备机箱之间通过螺钉紧固。设备机箱上还设有防水航空插头，用于连接电源。

系统设计时，还要考虑以下防护设计：

考虑到设备用电安全，在采集点设备中做以下电气防护措施：(1)在设备电源入口端安装空气断路器，以达到过流和短路保护的目的；(2)电源转换模块电路板设计时使用压敏电阻、温敏电阻和自恢复保险丝，进行过压、过流和过载防护；(3)为防止电压冲击损坏电路板的电源模块，电源转换模块电路板设计时应对电源进行稳压和滤波；(4)所有设备进行接地保护，接地电阻小于4Ω。

雷电防护，根据实际情况，如果设备安装在易遭受雷击的地区，则应安装避雷设备。

水、尘、虫防护，设备机箱本身具有防水功能。

凝露防护，考虑到设备安装在户外，在深秋时易产生凝露，损坏设备。电路板刷三防漆以达到凝露防护的目的。

本实用新型网格化大气环境监测系统的原理如下：设备机箱上设有泵吸式空气采样装置，外界空气在真空泵的作用下由空气采样头进入空气过滤器，空气过滤器可过滤掉粒径大于10微米的颗粒，过滤后的空气再由传感器检测，可以提高PM值的测量精度。传感器模组还集成有SO₂传感器、温湿度传感器、噪声传感器、NO₂传感器、CO传感器、O₃传感器，用于实时监测空气的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、温湿度、噪声等大气环境参数，核心控制器采集这些数据，并将数据上传至云平台，云平台是本系统的后端处理中枢，用于接收各个监测设备的监测信息，并能够相关数据传送给市政管理部门和给市民发布相关环境信息。本监测系统在大范围内设置多个监测设备，实现对区域环境的高密度监测，形成网格化监测网络，提高环境监测的精准性。北斗/GPS定位模块能够提供位置信息，平台能够提供环境地图，将地理信息与数据相融合，在平台终端中以地图为基础，直观地显示环境监测站的分布及监测值。可导出多种报表，自动统计排名，超出设定值的可以报警。设备无需人为值守，全自动运行。本系统的监测设备可采用市电供电，也可由太阳能电池板转化到蓄电池内的电供电，节能环保。当市电断电后，可利用蓄电池对设备供电。

在其他实施例中，安装太阳能电池板的安装支架可以是包括一个横杆和一竖杆，横杆与灯杆固定连接或者直接与设备机箱固定，竖杆上设置旋转结构，用于支撑太阳能电池板。此种情况下，太阳能电池板位于灯杆的一侧。

在其他实施例中，安装支架的旋转结构可以是一个铰接座，安装在灯杆顶端。

Claims (5)

1.网格化大气环境监测系统，其特征在于：包括若干个监测设备，监测设备包括设备机箱，设备机箱内设有核心控制器、传感器模组、GPRS通信模块、北斗/GPS定位模块，传感器模组集成有PM2.5/PM10传感器、SO₂传感器、温湿度传感器、噪声传感器、NO₂传感器、CO传感器、O₃传感器，设备机箱上设有泵吸式空气采样装置，泵吸式空气采样装置包括空气采样头、空气过滤器、真空泵，传感器模组设置在密闭盒内，空气采样头、空气过滤器、真空泵、密闭盒之间通过软管连接，空气采样头固定在设备机箱上端；外界空气在真空泵的作用下由空气采样头进入空气过滤器，空气过滤器可过滤掉粒径大于10微米的颗粒，空气过滤器、真空泵位于设备机箱内；网格化大气环境监测系统还包括电源单元，电源单元为核心控制器、传感器模组供电，电源单元包括太阳能电池板、蓄电池、太阳能板控制器、电源转换模块，传感器模组实时监测所在区域的环境数据并将数据发送给核心控制器，GPRS通信模块将监测的数据实时上传至云平台，北斗/GPS定位模块实时上传监测区域的位置信息。

2.根据权利要求1所述的网格化大气环境监测系统，其特征在于：所述设备机箱后侧设有用于将其固定在灯杆或立柱上的卡箍结构。

3.根据权利要求1所述的网格化大气环境监测系统，其特征在于：所述蓄电池、太阳能板控制器设置在电池机箱内，电池机箱与设备机箱航插连接。

4.根据权利要求1所述的网格化大气环境监测系统，其特征在于：所述太阳能电池板上设有安装支架，安装支架包括可旋转调节的旋转结构。

5.根据权利要求1至4任一项所述的网格化大气环境监测系统，其特征在于：所述空气采样头包括采样管和设置在采样管上端的进气结构，采样管下端通过螺钉固定在设备机箱上端，进气结构包括进气孔，进气结构上端为球面结构。