CN209878656U - 一种用于空气质量网格化实时监测的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于空气监测技术领域，公开了一种用于空气质量网格化实时监测的装置。本实用新型包括数据采集终端、监测终端及后台服务器；数据采集终端为多个，多个数据采集终端构成网格状的空气质量监测网络；每个数据采集终端均包括外壳及设置于外壳内的PCB板；PCB板上电连接有电源模块、处理芯片及定位芯片；每个数据采集终端均还包括分别与处理芯片及电源模块电连接的电化学气体传感器。本实用新型实现了任一特定区域空气质量数据的精细化实时准确监测及预警，多个数据采集终端布设于任一区域网格监测网络的每个交点，实现了全方位的当前区域空气质量监测，适于推广使用。

Description

一种用于空气质量网格化实时监测的装置

技术领域

本实用新型属于空气监测技术领域，具体涉及一种用于空气质量网格化实时监测的装置。

背景技术

近年来，我国大气污染严重，空气质量堪忧，大气雾霾等颗粒物超标，严重影响人们身心健康。环保部等相关部门已陆续出台了多项治理措施，空气质量有所改善，但尚未得到根本解决，仍需要对空气质量污染严重的城市、化工厂、钢铁厂等区域的空气质量进行精细网格化实时监测，对空气中的污染源进行监测分析，从而制定准确的空气污染治理措施，实现对症下药。由于我国空气质量仍需提高，故对重点污染区域空气质量精细网格化实时监测的市场需求仍非常大，市面上也出现了一下空气质量监测装置。

但是现有空气质量监测终端普遍存在成本高、集成度低，不能对城市某一区大批量推广应用，无法满足城市某一区域空气质量网格化精细监测应用需求。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型目的在于提供一种用于空气质量网格化实时监测的装置。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种用于空气质量网格化实时监测的装置，包括数据采集终端、监测终端及后台服务器；所述的数据采集终端为多个，多个数据采集终端构成网格状的空气质量监测网络；每个数据采集终端均包括外壳及设置于外壳内的PCB板；所述的PCB板上电连接有电源模块及与电源模块电连接的处理芯片，还电连接有分别与处理芯片及电源模块电连接的定位芯片；每个数据采集终端均还包括分别与处理芯片及电源模块电连接的电化学气体传感器；所述的监测终端及后台服务器分别通过通信模块与至少1个空气质量监测网络中的每个数据采集终端通信连接。

作为优选，所述的数据采集终端还包括均分别与处理芯片及电源模块电连接的空气噪声传感器、Pm2.5传感器及Pm10传感器。

作为优选，每个空气噪声传感器、每个Pm2.5传感器、每个Pm10传感器及每个电化学气体传感器均通过RS-232串行接口和/或RS-485总线与对应的处理芯片电连接。

作为优选，每个数据采集终端的电化学气体传感器均包括分别与对应的电源模块的输出端及处理芯片电连接的二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器及一氧化碳传感器。

作为优选，每个数据采集终端的外壳上均设置有温度传感器、加热模块及散热风扇；所述的温度传感器、加热模块与散热风扇均分别与处理芯片及电源模块电连接。

作为优选，每个数据采集终端的PCB板上均喷设有密封涂层；所述的密封涂层由三防漆制成。

作为优选，所述的电源模块的输入端分别电连接有交流220V市电及太阳能电池组；所述的太阳能电池组通过逆变器与电源模块的输入端电连接。

作为优选，所述的通信模块包括光纤通信模块、WiFi模块和/或4G模块。

作为优选，所述的监测终端包括至少1个人机界面，其采用上位机和/或移动终端。

本实用新型的有益效果为：

通过数据采集终端、监测终端及后台服务器的配合使用，实现了任一特定区域空气质量数据的精细化实时准确监测及预警，为治理化工厂、汽车尾气、建筑扬尘等空气污染、提高空气质量、减少雾霾天数提供直观的现场数据参考，且多个数据采集终端布设于任一区域网格监测网络的每个交点，实现了全方位的当前区域空气质量监测，避免基础数据片面导致的后续处理失误；进一步还可以在监测终端实现异常预警，便于监控人员能够及时接收到异常情况，进而能够为异常空气质量问题发生时制定针对性抢救方案提供基础数据依据，能够将空气质量问题消除于萌芽状态或最大程度降低空气质量恶化的可能，为确保人们生命财产安全提供科学保障。

同时，通过数据采集终端中的处理芯片、电源模块、空气噪声传感器、Pm2.5 传感器、Pm10传感器及多个电化学气体传感器的设置，实现了同一区域的多样化空气质量数据采集，且采用RS-232串行接口和/或RS-485总线使得任一数据采集终端能够接入现有的任一类型的电化学气体传感器，通用性极高；PCB板上设置密封涂层确保了每个数据采集终端均可用于各种室外环境中，延长了其使用寿命，进而降低了维护及更换的人工成本；本实用新型具有优异的环境适宜性能，在结构方面具有最大程度的通用性，适于在重工业区、化工厂或车辆密集的城区等空气污染严重区域推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

如图1所示，本实施例的提供一种用于空气质量网格化实时监测的装置，包括数据采集终端、监测终端及后台服务器。本实施例中，监测终端包括至少 1个人机界面，其采用上位机和/或移动终端；其中，人机界面用于后台监控人员随时查看实时空气质量数据，监控人员利用人机界面可以实时查看任一监测网络中现场所有采集点的空气质量状况，空气质量状况可以但不仅限于以数据报表、趋势曲线等多种方式显示；上位机可以但不仅限于为后台数据监控中心的电脑，监控人员可以随时通过后台数据监控中心的大屏幕来观测各项监测数据；移动终端可以但不仅限于为手机、平板、车载终端等；需要说明的是，当监测终端为后台数据监控中心时，后台服务器与监测终端可以为一体的。

作为其中一种优选方式，后台服务器采用基于ARM Cortex嵌入式系统的多通道数据采集服务器，后台服务器中的应用系统基于JAVA和B/S网络技术设计开发，多个主控芯片分块指挥多个数据采集终端的采集通道的运作，后台服务器中的通信模块负责完成与监测终端数据交互。其中，主控芯片可以但不仅限于采用32位ARM处理器，嵌入实时操作系统，来满足后台服务器预设的数据接收、存储及展示需求；作为其中一种优选方案，后台服务器采用了 PHILIPS公司的LPC2132处理器和μC/OS-Ⅱ操作系统来完成对采集的空气质量数据的存储及传输。

数据采集终端为多个，多个数据采集终端构成网格状的空气质量监测网络，如：针对某城市主城区划分网格，然后在每个网格的交点布设1个数据采集终端，由此即可实现任一区域的全方位空气质量监测。

每个数据采集终端均包括外壳及设置于外壳内的PCB板。本实施例中，每个数据采集终端的PCB板上均喷设有密封涂层；密封涂层由三防漆制成；由此避免高盐、高尘、酸碱环境下对PCB板(电路板)的侵蚀，延长了数据采集终端的使用寿命。

PCB板上电连接有电源模块及与电源模块电连接的处理芯片，还电连接有分别与处理芯片及电源模块电连接的定位芯片；其中，定位芯片将位置信息发送至处理芯片，处理芯片将电化学气体传感器采集的空气质量数据与位置信息处理后打包一起发送至后台服务器，由此可以在查看数据及处理数据的过程中保证每条数据均能与采集点的位置对应，当出现异常数据时可以快速得知采集点的位置。本实施例中，处理芯片可以但不仅限于采用MSC1210为内核的单片机，由此完成对空气质量数据的采样计数；为了进一步提高数据采集终端的存储容量，在空气质量数据传送之前，首先对采集的空气质量数据进行压缩处理，由此减轻了存储模块的运行压力，使整体的性能得到进一步的提高。本实施例中，外壳的防水防尘级别为IP65等级，IP65等级为行业通用术语，此处不再赘述；作为其中一种优选方式，外壳采用不锈钢制造，为了达到抗氧化腐蚀的要求，外壳采用了SS316的板材折压和等离子焊接而成；为了达到IP65等级要求，外壳采用了两层分离式的构造，上下两层的不锈钢层之间设置有两层弹性密封，然后再用紧固螺栓和螺丝将上下外壳紧固，紧固螺栓和螺丝穿过不锈钢层的通孔部分也采用了特别的防尘防水密封处理。

本实施例中，电源模块采用AT89C51嵌入式单片机开发，其输入端分别电连接有交流220V市电及太阳能电池组，由于太阳能电池组供电与市电供电自动切换属于成熟技术，因此由此可以保证了在野外空气质量监测时，如太阳能电池组能够提供当前数据采集终端正常运行所需的电压，则无需使用市电或其他外接供电装置，使得整体装置的功耗明显降低，且节能环保；太阳能电池组通过逆变器与电源模块的输入端电连接，用于将太阳能(光伏)电池组传输的直流电压升压后转换为22V/50Hz的交流电压。

每个数据采集终端均还包括分别与处理芯片及电源模块电连接的电化学气体传感器。本实施例中，数据采集终端还包括均分别与处理芯片及电源模块电连接的空气噪声传感器、Pm2.5传感器及Pm10传感器；其中，空气噪声传感器可以根据实际需求确定是否安装，如数据采集终端安装在施工工地时，需要对施工的噪声也进行监测，监测施工对周围居民生活是否有影响，该使用场景则需要空气噪声传感器。本实施例中，每个数据采集终端的电化学气体传感器均包括分别与对应的电源模块的输出端及处理芯片电连接的二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器及一氧化碳传感器。本实施例中，每个空气噪声传感器、每个Pm2.5传感器、每个Pm10传感器及每个电化学气体传感器均通过 RS-232串行接口和/或RS-485总线与对应的处理芯片电连接；由此使得每个数据采集终端均能够满足目前市面上的多种传感器的接入，用户可以根据当前采集点的实际情况对不同功能的传感器进行增减，通用性高。作为其中一种优选的实施方式，二氧化硫传感器可以但不仅限于采用ME3-SO2工业级电化学气体传感器芯片，二氧化氮传感器可以但不仅限于采用工业级BYG511-NO2-G2019 二氧化氮传感器芯片，臭氧传感器可以但不仅限于采用4O3-100臭氧气体传感器芯片，一氧化碳传感器可以但不仅限于采用CO-D4一氧化碳传感器芯片。

本实施例中，每个数据采集终端的外壳上均设置有温度传感器、加热模块及散热风扇；温度传感器、加热模块与散热风扇均分别与处理芯片及电源模块电连接；当温度传感器检测到外壳内部温度高于55℃时，散热风扇自动启动，保证数据采集终端的外壳内部温度始终处于低于55℃；当温度传感器监测到采集终端的外壳内部温度低于-20℃时，加热模块自动启动，保证数据采集终端的外壳内部温度始终高于-20℃；由此使得外壳内部温度始终处于-20℃至+55℃良好的温度范围之内，为数据采集终端的长期稳定运行提供适宜的环境条件。作为其中优选的实施方式，外壳上还设置有用于散热的百叶窗，所述的加热模块可以但不仅限于采用加热丝。

监测终端及后台服务器分别通过通信模块与至少1个空气质量监测网络中的每个数据采集终端通信连接；采用专用的通信模块完成数据交互，使得整个装置具有系统延时小、采集速度快、精度高、易于扩充等优点。本实施例中，通信模块包括光纤通信模块、WiFi模块和/或4G模块。上述的RS-232串行接口、RS-485总线、WiFi模块和/或4G模块的设置，使得后台服务器与监测终端之间及后台服务器与每个数据采集终端之间均采用多种通信信道，每个数据采集终端实时将采集的空气质量数据经过处理后发送至后台服务器，且后台服务器能够实时将接收到的空气质量数据发送至监测终端，实现空气质量数据的实时采集及实时发送。

在某一采集点空气质量数据超过报警阈值时，监控人员可以通过各种已授权了的监测终端接收到报警信息，报警信息包括报警时间、采集位置、报警数据值等；作为其中一种优选方式，本实用新型提供的技术方案最终可以实现阶梯式预警功能，在某一监测点空气质量参数发生报警时，不仅能够向后台监测人员手机发送报警信息，且随着报警空气质量值的逐渐增大，还会增加发送报警数据的频率，提醒其予以足够重视；同时，作为另外一种优选方式，本实用新型提供的技术方案可以通过后台服务器与监测终端之间及后台服务器与每个数据采集终端之间的通信连接实现具有远程参数配置和远程维护功能，维护人员无需赶赴现场，远程即可完成设备的参数设置、修改和调试维护工作。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：包括数据采集终端、监测终端及后台服务器；所述的数据采集终端为多个，多个数据采集终端构成网格状的空气质量监测网络；每个数据采集终端均包括外壳及设置于外壳内的PCB板；所述的PCB板上电连接有电源模块及与电源模块电连接的处理芯片，还电连接有分别与处理芯片及电源模块电连接的定位芯片；每个数据采集终端均还包括分别与处理芯片及电源模块电连接的电化学气体传感器；所述的监测终端及后台服务器分别通过通信模块与至少1个空气质量监测网络中的每个数据采集终端通信连接。

2.根据权利要求1所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：所述的数据采集终端还包括均分别与处理芯片及电源模块电连接的空气噪声传感器、Pm2.5传感器及Pm10传感器。

3.根据权利要求2所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：每个空气噪声传感器、每个Pm2.5传感器、每个Pm10传感器及每个电化学气体传感器均通过RS-232串行接口和/或RS-485总线与对应的处理芯片电连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：每个数据采集终端的电化学气体传感器均包括分别与对应的电源模块的输出端及处理芯片电连接的二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、臭氧传感器及一氧化碳传感器。

5.根据权利要求1所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：每个数据采集终端的外壳上均设置有温度传感器、加热模块及散热风扇；所述的温度传感器、加热模块与散热风扇均分别与处理芯片及电源模块电连接。

6.根据权利要求1或5所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：每个数据采集终端的PCB板上均喷设有密封涂层；所述的密封涂层由三防漆制成。

7.根据权利要求1所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：所述的电源模块的输入端分别电连接有交流220V市电及太阳能电池组；所述的太阳能电池组通过逆变器与电源模块的输入端电连接。

8.根据权利要求1所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：所述的通信模块包括光纤通信模块、WiFi模块和/或4G模块。

9.根据权利要求1所述的用于空气质量网格化实时监测的装置，其特征在于：所述的监测终端包括至少1个人机界面，其采用上位机和/或移动终端。