一种雾霾治理装置的制作方法

本实用新型属于空气污染治理领域，具体涉及一种雾霾治理装置。

背景技术：

目前很多城市存在严重的雾霾现象。对于室内空气质量的保证，市面上已经有了许多类型的空气净化器产品。但是对于户外的雾霾，现在市民只有使用口罩来进行过滤。社会各界正在积极推动清洁产业的发展，争取从源头减少雾霾，但产业的改革需要相当漫长的时间周期，而雾霾的危害却日益严重。因此，设计生产并推广使用一种立竿见影地减少雾霾污染的产品在当下是具有时代意义的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种雾霾治理装置，能够有效治理雾霾并进行监控。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

包括安装在待治理雾霾区域内的空气净化装置，以及集成于监控中心的后台系统；

其中，空气净化装置包括壳体以及设置在壳体内的通风管道，通风管道内安装用于除尘的静电除尘模块，壳体上安装有灰尘传感器、自动控制模块、通讯模块和用于给静电除尘模块供电的双电源供电模块；灰尘传感器连接自动控制模块，自动控制模块连接静电除尘模块，自动控制模块通过通讯模块与用于监控的后台系统相交互。

进一步地，空气净化装置还包括风速传感器；通风管道的进风口处安装电动百叶窗；风速传感器连接自动控制模块，自动控制模块连接电动百叶窗的电动机。

进一步地，通风管道的进风口位于壳体的下部侧壁上；通风管道的出风口位于壳体的上部侧壁上，且出风口内侧安装风机。

进一步地，静电除尘模块包括荷电区和集尘区，荷电区靠近通风管道的进风口。

进一步地，双电源供电模块包括太阳能电池板、市电端、蓄电池和控制器，太阳能电池板和市电端均通过控制器连接蓄电池，蓄电池连接静电除尘模块；太阳能电池板的四角上侧分别安装光照传感器，太阳能电池板的四角下侧均安装电动推杆，光照传感器连接自动控制模块，自动控制模块通过继电器连接电动推杆。

进一步地，蓄电池还连接公共设施。

进一步地，壳体上开设用于取放静电除尘模块的窗口。

进一步地，通风管道内从进风口到静电除尘模块之间依次设置粗滤网和细滤网。

进一步地，自动控制模块连接触摸屏。

进一步地，后台系统包括用于储存雾霾浓度信息的雾霾浓度数据库、用于可视化显示空气雾霾浓度的可视化监控平台，以及用于显示运行信息和参数设定的空气净化装置控制模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过设置通风管道并安装静电除尘模块，能够使空气中的灰尘通过通风管道并沉积于静电除尘模块上；通过灰尘传感器和自动控制模块能够控制静电除尘模块的工作状态，在雾霾达到一定浓度时进行处理，提高效率，节约能源；通过通讯模块将相关信息传递给后台系统进行监控。本实用新型提供了一种快速见效的雾霾治理装置，开发一种环境友好的可集成于街道设施的空气净化系统，净化户外空气中的雾霾，并通过后台系统对各处的雾霾数据进行统计分析，实现雾霾治理。

进一步地，本实用新型通过设置风速传感器和电动百叶窗，能够根据风向打开对应方向的百叶窗，使空气流动速度最快，驱动空气流过静电除尘模块进行净化，实现最低能耗高效净化。

进一步地，本实用新型通过将进风口设置在通风管道的下部侧壁上，利于灰尘沉降；通过设置风机，加速空气循环。

进一步地，本实用新型通过将荷电区设置在靠近通风管道的进风口处，便于灰尘带电后沉积于集尘板上。

进一步地，本实用新型通过采用太阳能电池板和市电端等构成双电源供电模块，利用清洁能源，与其作为公共设施的便利性进行结合。

进一步地，本实用新型壳体上开设窗口，方便清理维护静电除尘模块。

进一步地，本实用新型通过设置粗滤网和细滤网，利于提高雾霾处理效果。

进一步地，本实用新型通过设置雾霾浓度数据库、可视化监控平台以及空气净化装置控制模块，对雾霾数据进行统计分析，有利于进一步加强对雾霾源头的管控和治理。

附图说明

图1是本实用新型的主视图；

图2是本实用新型的立体结构示意图；

图3是本实用新型的剖视图；

图4是本实用新型的硬件连接框图；

其中：1-太阳能电池板，2-静电除尘模块，3-触摸屏；4-通风管道；5-进风口；6-出风口；7-细滤网；8-粗滤网。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

参见图1至图4，本实用新型包括安装在待治理雾霾区域内的空气净化装置，以及集成于监控中心的后台系统。空气净化装置可以集成于市建，融于城市道路旁的公共设施中，如路灯、景观树或垃圾桶等。

其中，空气净化装置包括壳体以及设置在壳体内的通风管道4，通风管道4内安装用于除尘的静电除尘模块2，壳体上安装有灰尘传感器、自动控制模块、通讯模块和用于给静电除尘模块2供电的双电源供电模块；灰尘传感器连接自动控制模块，自动控制模块连接静电除尘模块2，自动控制模块通过通讯模块与用于监控的后台系统相交互。

空气净化装置还包括风速传感器；通风管道4的进风口5可以开设在壳体的四个侧面上，进风口5处均安装电动百叶窗；风速传感器连接自动控制模块，自动控制模块连接电动百叶窗的电动机。

通风管道4的进风口5位于壳体的下部侧壁上；通风管道4的出风口6位于壳体的上部侧壁上，且出风口6内侧安装风机。通过风道设计，驱动空气流过静电除尘模块2进行净化，在自动控制模块的自适应调节下，实现最低能耗高效净化；整个过程的电能由双电源模块提供。

静电除尘模块2包括荷电区和集尘区，荷电区靠近通风管道4的进风口5。

双电源供电模块包括太阳能电池板1、市电端、蓄电池和控制器；太阳能电池板1和市电端均通过控制器连接蓄电池，蓄电池连接静电除尘模块2和公共设施，蓄电池恒压输出，直接为静电除尘模块2与公共设施供电，如路灯。

太阳能电池板1的上侧四角分别安装光照传感器，太阳能电池板1的四角下侧均安装电动推杆，光照传感器连接自动控制模块，自动控制模块通过继电器连接电动推杆。

壳体上开设用于取放静电除尘模块2的窗口。

通风管道4内从进风口5到静电除尘模块2之间依次设置粗滤网8和细滤网7。

自动控制模块连接触摸屏3，进行人机交互。

自动控制模块由两个自适应调节和后台系统两部分组成。自适应模块由树莓派系统采集灰尘浓度信息，通过IO口发送至FPGA系统；FPGA系统通过采集灰尘浓度信息，与设定值进行对比，在灰尘浓度信息超过设定值时，启动静电除尘模块进行除尘；且设定值可以设置为多个，在不同阶段还可以根据情况增大或减小风机的功率；或者由分段调控生成功率控制策略，通过PWM波对除尘功率进行控制；假设灰尘传感器的回传值为Q，则定义功率因子e为：

其中，Q0为设定阈值，取300。根据e对PWM波进行调节：

P＝(eU0)I＝eP0

其中，P0为风机的额定功率，U0为风机的额定电压。通过空气指数的分段归一化得到功率因子，再得到分段的风机功率，由此实现对风机功率的分段调节。

同时，通过四个采样得到的光照强度，通过继电器控制电动推杆的伸缩，调节太阳能电池板1朝向光照最强的方向。具体调节方式可以采用现有的太阳能追踪技术，也可以假设四个光照传感器的采样值分别为C＝{C1,C2,C3,C4}，进行映射后得到：

其中，L0表示电动推杆的最大杆长，Li表示第i个电动推杆的映射杆长。将Li进行排序，对四个杆长进行平面化，以保证四点处于同一平面：

其中，Lmax Lsmax Lmin Lsmin分别表示最高、次高、最低、次低的映射杆长；L′max L′smaxL′min L′smin分别表示对应最高、次高、最低、次低位置电动推杆在平面化之后的杆长。通过光强映射到杆长，再对四个顶点进行平面化，实现太阳能电池板最优追光角度调节。

最后将装置的工作状态通过232串口发送至触摸屏3进行人机交互。后台系统包括用于储存雾霾浓度信息的雾霾浓度数据库、用于可视化显示空气雾霾浓度的可视化监控平台，以及用于显示运行信息和参数设定的空气净化装置控制模块。

后台系统由城市环境保护部门进行系统维护与数据管理。后台系统通过无线通信和装置净化中的自动控制模块进行通信；数据库存储所有装置的雾霾信息和工作状态；然后监控平台通过基于大数据的数据挖掘算法，在宏观上提出针对所有装置的除尘功率调控策略，实现整个城市的雾霾治理。具体的调控算法步骤为：

1)通过数据库存储全程空气质量，将全城各区域的空气质量发送到集中控制后台；

2)在后台可以通过人工调整方法或者后台智能算法进行调控；

3)人工调整方法主要参考各区域的空气质量，对于污染严重的地区，可以提升路灯内风机的转速，污染不严重的区域降低风机的转速；

4)后台智能算法调控，首先采用了聚类K-means算法对污染严重区域和不严重区域进行分类识别，然后根据采集到的空气指数变化趋势，对空气指数变化趋势上升的地区提升风机转速，空气指数趋势下降的地区降低风机转速，同时训练CNN神经网络，结合实时的风向信息，对于临近的区域，如果存在污染区域向污染少区域的风向，则相应的增大污染少地区风机的转速。

本实用新型的空气净化装置是环境友好的空气净化体系，直接净化户外空气中的雾霾，根据作用半径布置净化装置，实现对指定人群聚集区空气的高效定向净化，联合路灯等公共设施，进一步降低了安装成本，加速装置的实用化，具有成本低廉、操作便捷、效果明显的优点；后台系统远程控制净化装置，并通过大数据技术对雾霾数据进行统计分析，有利于进一步加强对雾霾源头的管控和治理。

本实用新型主要的工作过程及原理是：

蓄电池恒压输出，直接为静电除尘模块2与公共设施供电，如路灯等；控制器根据当天光照情况选择太阳能电池板1或市电为蓄电池充电，如蓄电池电量充足，切断充电电路；如蓄电池电量不足且光照充足，由太阳能电池板1为蓄电池充电，如蓄电池电量不足而光照不充足，连接市电为蓄电池充电。

太阳能电池板1实时调整仰角保证接收最大光照强度。通过太阳能电池板1四角上安装的光照传感器的采样值，将光强与太阳能电池板推杆长度进行线性映射，再进行推杆四点平面化，由此控制电动推杆动作，调整实现太阳能电池板1的仰角正对光照方向。控制功能由自动控制模块完成。

含有灰尘的空气首先通过静电除尘模块2的荷电区电离带电，然后通过集尘区在电场的作用下向极板移动，沉积于集尘板上。集尘板定期更换，保证最大集尘效率。

通风管道4进风口5处的电动百叶窗位于壳体底部；通风管道4位于壳体中部，内置静电除尘模块2，侧面可开合，方便清理维护；出风口6位于壳体顶部，内置风机，加速空气循环。电动百叶窗根据当天风向选择开合，控制功能由自动控制模块完成。

自动控制模块，包括主控板和驱动电路，通过与外围传感器和人机交互模块配合完成控制。主控板和驱动电路主要实现对静电除尘模块2的控制、太阳能电池板1倾角的控制和进风口电动百叶窗的控制等；外围传感器，包括灰尘传感器、光照传感器和风速传感器等，分别应用于对静电除尘模块2的控制、太阳能电池板1倾角的控制和进风口电动百叶窗的控制；人机交互模块通过触摸屏3显示静电除尘功率、光照强度以及太阳能电池板角度等运行信息，用户通过触摸屏3读取装置的运行信息，并点击触摸屏3对运行参数进行设定。

通讯模块从自动控制模块获取周围空气质量指标和装置运行信息，通过无线通讯方式发送至后台系统，并接收后台指令反馈至自动控制模块。优选的，后台通讯采用TCP/IP通讯协议。

在本实用新型中，后台系统的雾霾浓度数据库，储存数据包括原始数据和插值数据。原始数据是来源于城市道路旁的空气净化装置的灰尘传感器；插值数据是通过插值计算获得没有安装空气净化装置的位置的雾霾浓度。可视化监控平台，采用B/S模式的软件框架，即用户通过浏览器登录网站进行雾霾浓度的监控。优选的，可视化监控平台在电子地图上以云图的方式可视化显示空气的雾霾浓度，电子地图云图根据颜色条，用户直观地感知雾霾浓度分布，并在鼠标定位处显示具体雾霾浓度值。用户初步定位图中浓度最大处为雾霾源头，可进一步进行排查和管理。

空气净化装置控制模块，可以显示装置的运行信息，并对运行参数进行设定，其控制优先等级高于空气净化装置自带的人机交互模块-触摸屏3。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，做出的若干简单的推演或替换，都应当视为属于本实用新型由提供的权利要求书确定的保护范围。