CN211697719U - 一种空气质量监测仪 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种空气质量监测仪，涉及空气监测领域。空气质量监测仪包括箱体、空气检测传感器、信息采集模块、通信模块和CAN总线传输模块。箱体设有进气通道。空气检测传感器设于箱体内，空气检测传感器用于检测空气中的各种成分的浓度。信息采集模块用于将空气检测传感器检测到的空气中的各种成分的浓度转换成电信号。信息采集模块与通信模块通过CAN总线传输模块通信连接，电信号通过CAN总线传输模块传输至通信模块。采用高速的CAN总线进行通信，CAN总线使用差分信号抗干扰的同时也能够保证高采样率，从而提高数据精度及质量。

Description

一种空气质量监测仪

技术领域

本申请涉及空气监测领域，具体而言，涉及一种空气质量监测仪。

背景技术

目前，现有大气监测微型站产品，信息采集单元及通信单元之间都是通过模拟信号线、TTL串口、RS232或是RS485方式进行对接传递数据的，这样设计存缺点，模拟信号线，方式容易受到外部的电磁干扰导致数据偏差，TTL是非差分方式传输也容易受到电源及外部的干扰，RS232及RS485虽然对抗干扰性有一定的作用，但是传输效率却很低，从而采样频率往往较低，不利于数据的后续处理。

实用新型内容

本申请实施例提供一种空气质量监测仪，以改善现有空气质量监测仪数据传输效率低且数据不准确的问题。

本申请实施例提供一种空气质量监测仪，包括箱体、空气检测传感器、信息采集模块、通信模块和CAN总线传输模块。箱体设有进气通道。空气检测传感器用于检测空气中的各种成分的浓度。信息采集模块用于将空气检测传感器检测到的空气中的各种成分浓度转换成电信号。信息采集模块与通信模块通过CAN总线传输模块通信连接，电信号通过CAN总线传输模块传输至通信模块。

上述技术方案中，信息采集模块与通信模块通过CAN总线传输模块通信连接，电信号通过CAN总线传输模块传输至通信模块。采用高速的CAN总线进行通信，CAN总线使用差分信号传输方式抗干扰的同时也能够保证高采样率，从而提高数据质量。

另外，本申请实施例的空气质量监仪还具有如下附加的技术特征：

在本申请的一些实施例中，进气通道的轴线沿重力方向竖向布置。

上述技术方案中，竖向布置的进气通道能够使得颗粒物在自身的重力及风扇吸力的作用下直接下落至箱体内，以至于对单位质量较大但直径相对较小的颗粒物也能够准确检测。

在本申请的一些实施例中，空气质量监测仪还包括防雨罩和过滤网，防雨罩通过过滤网连接于进气通道的进气端的上方。

上述技术方案中，防雨罩能够防止雨水从进气通道的进气端进入箱体内，损坏箱体内部电子元器件，过滤网能够防止飞虫、大直径杂质(如：柳絮)等从进气通道的进气端进入箱体内，而影响空气检测传感器的检测结果。

在本申请的一些实施例中，防雨罩上设有分流结构，分流结构的外壁与进气通道的内壁限定出与进气通道连通的进气口。

上述技术方案中，分流结构能够使得从进气口进入进气通道的空气中的颗粒在进口处避免相互碰撞而影响颗粒进入箱体内的速度，从而影响空气检测传感器的检测结果。

在本申请的一些实施例中，分流结构为倒锥结构，倒锥结构插设于过滤网内，倒锥结构的锥面与防雨罩的顶部夹角120°。

上述技术方案中，分流结构为倒锥结构，倒锥结构的锥面便于颗粒进入进气通道内，避免因分流结构的设置而影响空气中的颗粒进入进气通道。

在本申请的一些实施例中，箱体内具有采集室和通信室；信息采集模块设于所述采集室，通信模块设于通信室。

上述技术方案中，信息采集模块和通信模块分别设置在两个不同的腔室中，能够避免彼此之间的电磁相互干扰。

在本申请的一些实施例中，空气质量监测仪包括储存校准系数的储存芯片，储存芯片设于空气检测传感器20的底板模块。

上述技术方案中，储存芯片的设置能够便于各个传感器纠正自身在环境使用过程中灵敏度和零点逐渐改变而产生的测量偏差，以提高空气监测的准确性。

在本申请的一些实施例中，空气检测传感器包括PM_2.5传感器和PM₁₀传感器。

上述技术方案中，空气检测传感器包括PM_2.5传感器和PM₁₀传感器，能够分别检测空气中的PM_2.5的浓度和PM₁₀的浓度，以便获得空气中颗粒物更为准确的信息，更为准确的监测空气质量。

在本申请的一些实施例中，空气质量监测仪还包括进气风扇，进气风扇用于驱动空气从进气通道进入箱体内。

上述技术方案中，进气风扇的设置使得空气能够顺利的进入箱体内，便于空气检测。

在本申请的一些实施例中，空气质量监测仪还包括气象传感器。

上述技术方案中，气象传感器的设置能够检测空气的其他参数，能欧为空气质量判断提供多方面的数据参考，以便更加准确的获取空气质量信息。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的空气质量监测仪器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的空气质量监测仪器的箱内结构示意图；

图3为图1中III处的剖视图；

图4为本申请实施例提供的空气质量监测仪器的另一视角的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的纠偏参数读取流程图。

图标：100-空气质量监测仪；10-箱体；11-进气通道；111-进气口；112-第一进气部；113-第二进气部；12-采集室；13-通信室；14-防雨罩；141-分流结构；15-过滤网；16-背部立柱；17-背部传感器支架；20-空气检测传感器；21-PM_2.5传感器；22-PM₁₀传感器；23-气体传感器；30-信息采集模块；40-通信模块；50-进气风扇；60-气象传感器；61-风向传感器；62-风速传感器；63-温湿度及气压传感器；70-电源模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

如图1、图2所示，本申请实施例提供一种空气质量监测仪100，空气质量监测仪100包括箱体10、空气检测传感器20、信息采集模块30、通信模块40和CAN总线(ControllerArea Network，控制器局域网络)传输模块。箱体10设有进气通道11。空气检测传感器20用于检测空气中的各种成分的浓度。信息采集模块30用于将空气检测传感器20检测到的空气中的各种成分的浓度转换成电信号。信息采集模块30与通信模块40通过CAN总线(Controller Area Network，控制器局域网络)传输模块通信连接，电信号通过CAN总线(Controller Area Network，控制器局域网络)传输模块传输至通信模块40。采用高速的CAN总线(Controller Area Network，控制器局域网络)进行通信，CAN总线(ControllerArea Network，控制器局域网络)使差分信号抗干扰的同时也能够保证高采样率，从而提高数据质量。

现有大气监测微型站产品，大多为一体化设计，电路板都集成到一个腔室，这样高频的数据部分及电源部分会对模拟采集部分产生高频辐射干扰，同时也不利于产品维护、维修。在本实施例中，箱体10内具有采集室12和通信室13。空气检测传感器20和信息采集模块30设于采集室12，通信模块40设于通信室13，中间使用高速CAN总线进行连接，信息采集模块30和通信模块40分别设置在两个不同的腔室中，能够避免彼此之间的产生电磁相互干扰。两个腔室内还具备不同规格的防水等级设计，及保证了采样气体的流通性也保证了通信部分的防水，提高了系统整体的安全性及可靠性。

进一步地，如图1、图3所示，进气通道11的轴线沿重力方向竖向布置(空气进入箱体10内的方向是沿重力的方向)。能够使得颗粒物在自身的重力的作用下直接下落至箱体10内，以至于对单位质量较大但直径相对较小的颗粒物也能够准确检测。若是将进气通道11倾斜布置或者颠倒进气方向则很容易在重力的作用下无法将一些密度较大的颗粒吸入到采集室内而使得空气检测传感器20检测到的数据部不能真实反映空气中的颗粒物含量。

进一步地，空气质量监测仪100还包括防雨罩14和过滤网15，防雨罩14通过过滤网15连接于进气通道11的进气端的上方。防雨罩14能够防止雨水从进气通道11的进气端进入箱体10内，损坏箱体10内部电子元器件，过滤网15能够防止飞虫、大直径杂质(如：柳絮)等从进气通道11的进气端进入箱体10内，而影响空气检测传感器20的检测结果。

在本实施例中，防雨罩14为中空的圆台结构，并罩设于进气通道11进气端的上方。空气能够从防雨罩14内壁下方的空间并从进气通道11的进气端进入箱体10内。

防雨罩14上设有分流结构141，分流结构141的外壁与过滤网15的内壁限定出与进气通道11连通的进气口111。其中，分流结构141为倒锥结构，倒锥结构插设于过滤网15内，倒锥结构的锥面与防雨罩14的顶部夹角120°。倒锥结构的外壁与过滤网15的内壁形成环形的进气口111，环形的进气口111使得空气能够从多个方向进入进气通道11内。此外，如图3所示，倒锥结构两侧的相对的第一进气部112和第二进气部113，使得从第一进气部112和第二进气部113进入的空气中的颗粒在进口处避免相互碰撞而影响颗粒进入箱体10内的速度，从而影响空气检测传感器20的检测结果。

倒锥结构的锥面便于颗粒进入进气通道11内，避免因分流结构141的设置而影响空气中的颗粒进入进气通道11。

在其他实施例中，分流结构141也可以是其他结构形式，比如矩形板结构、多个到锥结构圆周布置等。

进一步地，空气质量监测仪100还包括进气风扇50，进气风扇50用于驱动空气从进气通道11进入箱体10内，进气风扇50设于箱体10内并位于箱体10下部位置。由于进气通道11竖向布置，在进气风扇50和颗粒重力的双重作用下以使空气能够顺利的进入箱体10内，便于空气检测。

现有大气监测微型站产品普遍采用单独颗粒物传感器，即用一个PM_2.5颗粒物传感器既监测空气中的PM_2.5的浓度又用来监测PM₁₀的浓度，而目前的PM_2.5单颗粒物传感器只有测量的PM_2.5是准确的，即出厂时做标定的，PM₁₀是通过PM_2.5的一个比例系数换算得出的，他们之间有强关联性，但是实际大气中PM_2.5及PM₁₀的数值并无关联关系(尤其在大颗粒物主导的沙尘暴天气)，所以使用单独颗粒物传感器给出的PM_2.5及PM₁₀数据，至少有一个数据是不准确的。

因此，在本实施例中，空气检测传感器20包括PM_2.5传感器21和PM₁₀传感器22。能够分别检测空气中的PM_2.5的浓度和PM₁₀的浓度，以便获得空气中颗粒物更为准确的信息，更为准确的监测空气质量。

当然，根据实际需要，也可以仅采用PM_2.5传感器21和PM₁₀传感器22中的一种，比如，有针对的只对一个地区中的PM_2.5或PM₁₀的颗粒物进行检测。

在本实施例中，空气质量监测仪100还包括气象传感器60。以便能够检测空气的其他参数，为空气质量判断提供多方面的数据参考，以便更加准确的获取空气质量信息。

其中，如图4所示，气象传感器60包括风向传感器61、风速传感器62、温湿度及气压传感器63。箱体10上设有背部立柱16和背部传感器支架17，背部传感器支架17连接于背部立柱16，风向传感器61、温湿度及气压传感器63均设于背部支架上，风速传感器62设于箱体10上。风向传感器61、风速传感器62和温湿度及气压传感器63均与信息采集模块30通信连接，信息采集模块30风向传感器61、风速传感器62和温湿度及气压传感器63检测到的风向信息、风速信息、温湿度信息和气压信息转换成相应的电信号，并通过CAN总线传输至通信模块40，通信模块40再将相应的电信号传输至终端。

空气检测传感器20还包括气体传感器23，气体传感器23设于箱体10内，并位于采集室12内，气体传感器23可以包括CO传感器、CO₂传感器、NO₂传感器、O₃传感器、SO₂传感器中的一种或多种，分别用于检测从进气通道11进入箱体10内的空气中的CO的浓度、CO₂的浓度、NO₂的浓度、O₃的浓度和SO₂的浓度，以便获得空气中气体更为准确的信息，更为准确的监测空气质量。当然，若是还需要检测空气中的其他气体成分的浓度也可以设置相应的传感器。空气质量监测仪100还包括设于为整个空气质量监测仪100供电的电源模块70，电源模块70设于箱体10内。在本实施例中，电源模块70设置在通信室13内，电源模块70的设置能够为系统提供稳定的不间断的电源供应，同时能够对系统电源进行保护，从而更好的避免系统受雷电、电涌、等造成的系统损坏。

一般地，采用物联网+传感器技术设计的大气监测微站产品，使用传感器作为测量单元，这类传感器具备成本低、备体积小、功耗低、数据一致性强等特点而被广泛使用，这类空气检测传感器或者是激光散射原理或是电化学原理，但是他们都存在一个通用的问题，那就是传感器在室外环境中使用随着外接环境或是传感器寿命的原因导致传感器的数据都会慢慢出现偏差，这种偏差主要是灵敏度及零点的偏差，所以需要通过校准的方式来纠正这个偏差，而这种纠正偏差的方式有两种，一是将纠正系数记录到设备终端，当更换传感器时重新改写系数，进行重新适配，二是将纠正系数记录到远程服务器端，当更换传感器时找到对应记录重新应用。对于第一种方式也存在一个问题就是，每次更换设备后要服务器或人为查询新传感器对应的系数，然后再下发到设备中，这样频繁更换传感器容易导致记录丢失或记录混乱，最终导致传感器无法使用。对于第二种存在远程服务器的方式有个弊端，就是自己的终端设备与自己的服务器存在依赖关系，换成其他服务器则将无法保存系数，导致设备无法使用。

因此，在本实施例中，空气质量监测仪100包括储存校准系数的储存芯片。每个传感器均配设有一个储存了各自校准系数的储存芯片，储存芯片设于对应的传感器的插接底板上，每次更换各个储存芯片对应的传感器后，设备可直接读取校准系数进行应用，实现传感器自适应的功能。如图5所示，空气质量监测仪100通电后程序先进行程序初始化，之后开始每隔一短时间(如10s)扫描一遍所有采集通道，当程序扫描到当前通道有传感器接入时(通过读取传感器类型，如PM_2.5传感器21或PM₁₀传感器22或气体传感器23等来进行确认)，将进一步读取校准参数。如果通道没有接入传感器则自动跳到下一个通道继续扫描，直到所有通道扫描完成，当读取完所有通道的传感器校准参数后，程序将自动更新该传感器所对应的参数内容，以便采集到相关数据后用于传感器的校准计算使用，以使更换后的传感器也是基于储存芯片中的校准系数，和被替换掉的传感器的数据计算基准相同，以提高数据检测计算的准确性。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空气质量监测仪，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体设有进气通道；

空气检测传感器，所述空气检测传感器设于所述箱体内，所述空气检测传感器用于检测空气中的成分的浓度；

信息采集模块，所述信息采集模块用于将所述空气检测传感器检测到的空气中的成分的浓度转换成电信号；

通信模块；以及

CAN总线传输模块，所述信息采集模块与所述通信模块通过所述CAN总线传输模块通信连接，所述电信号通过所述CAN总线传输模块传输至所述通信模块。

2.根据权利要求1所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述进气通道的轴线沿重力方向竖向布置。

3.根据权利要求1或2所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述空气质量监测仪还包括防雨罩和过滤网，所述防雨罩通过所述过滤网连接于所述进气通道的进气端的上方。

4.根据权利要求3所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述防雨罩上设有分流结构，所述分流结构的外壁与所述过滤网的内壁共同限定出与所述进气通道连通的进气口。

5.根据权利要求4所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述分流结构为倒锥结构，所述倒锥结构插设于所述过滤网内。

6.根据权利要求1所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述箱体内具有采集室和通信室；

所述信息采集模块设于所述采集室，所述通信模块设于所述通信室。

7.根据权利要求1所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述空气质量监测仪包括储存校准系数的储存芯片，所述储存芯片设于所述空气检测传感器的底板模块上。

8.根据权利要求1所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述空气检测传感器包括PM_2.5传感器和PM₁₀传感器。

9.根据权利要求1所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述空气质量监测仪还包括进气风扇，所述进气风扇用于驱动空气从所述进气通道进入所述箱体内。

10.根据权利要求1所述的空气质量监测仪，其特征在于，所述空气质量监测仪还包括气象传感器。

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