一种气体质量监控系统的制作方法

本实用新型涉及环境技术领域，尤其涉及一种气体质量监控系统。

背景技术：

现有技术中，环境气体监测系统的监测点位数量有限、成本高昂，采用以点代面的方式可能会导致监测的时效性不足，达不到精细化管控的目标，且现有的环境气体监测系统无法实现对监测体系中时空动态趋势分析、污染减排评估、污染来源追踪、环境预警预报等能力的深度挖掘。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述技术缺陷，本实用新型提出了一种气体质量监控系统，该系统包括：主控板、气体传感器板、气体质量监控模块、蓄电池电压测量模块、通讯模块、云服务器管理平台，其中，所述气体质量监控模块包括颗粒物测量模块、温湿度大气压力测量模块、风速风向测量模块、噪声测量模块、气体污染物测量模块。

可选的，所述主控板通过spi总线与所述气体传感器板连接，所述气体传感器板用于采集污染气体浓度数据。

可选的，所述主控板通过spi总线与闪存连接，所述闪存用于存储及管理系统参数和日志数据。

可选的，所述主控板包括五个uart串口，所述颗粒物测量模块包括颗粒物pm2.5测量模块和颗粒物pm10测量模块，其中，第一uart串口用于颗粒物pm2.5测量模块通讯，第二uart串口用于颗粒物pm10测量模块通讯，第三uart串口用于所述通讯模块通讯，第四uart串口用于所述噪声测量模块通讯，第五uart串口用于系统调试。

可选的，所述主控板包括一个i2c总线，所述温湿度大气压力测量模块包括温湿度测量模块和大气压力测量模块，其中，所述i2c总线用于温湿度测量模块通讯，所述i2c总线还用于大气压力测量模块通讯。

可选的，所述主控板包括六路外部ad输入，其中，第一路外部ad输入用于采集第一测量腔体的温度，第二路外部ad输入用于采集第二测量腔体的温度，第三路外部ad输入用于采集第三测量腔体的温度，第四路外部ad输入用于采集风速数据，第五路外部ad输入用于采集风向数据，第六路外部ad输入用于采集蓄电池电压数据。

可选的，所述主控板包括十三个io口，其中，六个所述io口用于执行六路电源控制，三个所述io口用于执行三个测量腔体的加热控制，一个所述io口用于所述测量腔体的温度测量控制，两个所述io口用于执行所述气体传感器板的在位检测，一个所述io口用于指示灯控制。

可选的，所述气体传感器板包括气体传感器a板和气体传感器b板，其中，所述气体传感器a板和所述气体传感器b板分别包括四个传感器。

可选的，所述气体传感器a板的四个传感器分别用于测量so2、no2、co、o3、no、h2s、nh3、hcl、cl2、c6h6、c2h3cl、c2h4o、ch4中任意四种气体污染物，所述气体传感器b板的四个传感器分别用于测量tvoc、以及so2、no2、co、o3、no、h2s、nh3、hcl、cl2、c6h6、c2h3cl、c2h4o、ch4中任意三种气体污染物。

可选的，所述云服务器管理平台用于接收由所述通讯模块传输的管理数据，其中，所述管理数据包括由所述气体污染物测量模块采集的气体浓度数据，由所述颗粒物测量模块采集的颗粒物数据，由所述温湿度大气压力测量模块采集的温湿度数据和大气压力数据，由所述风速风向测量模块采集的风速风向数据，由所述噪声测量模块采集的噪声数据。

本实用新型的有益效果在于，通过提出一种气体质量监控系统，该系统包括：主控板、气体传感器板、气体质量监控模块、蓄电池电压测量模块、通讯模块、云服务器管理平台，其中，所述气体质量监控模块包括颗粒物测量模块、温湿度大气压力测量模块、风速风向测量模块、噪声测量模块、气体污染物测量模块。实现了一种高密度网格化布局的低成本、多参数集成的紧凑型微型气体质量监测方案，该网格化的监测方案可在区域内全覆盖，实现高时空分辨率的大气污染监测，同时，结合信息化大数据的应用实现污染来源追踪、预警预报等，为环境污染防控提供更为及时有效的决策支持。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型气体质量监控系统的第一架构图；

图2是本实用新型气体质量监控系统的第二架构图；

图3是本实用新型气体质量监控系统的电源模块电路图；

图4是本实用新型气体质量监控系统的加热控制模块电路图；

图5是本实用新型气体质量监控系统的噪声测量模块电路图；

图6是本实用新型气体质量监控系统的温湿度大气压力测量模块电路图；

图7是本实用新型气体质量监控系统的风速风向测量模块电路图；

图8是本实用新型气体质量监控系统的颗粒物测量模块电路图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

实施例一

图1所示出的是本实用新型气体质量监控系统的第一架构图。本实用新型提出了一种气体质量监控系统，该系统包括：主控板100、气体传感器板200、气体质量监控模块300、蓄电池电压测量模块400、通讯模块500、云服务器管理平台600，其中，所述气体质量监控模块300包括颗粒物测量模块310、温湿度大气压力测量模块320、风速风向测量模块330、噪声测量模块340、气体污染物测量模块350。在本实施例中，气体质量监控系统适用于气体质量监控系统，以及适用于具有特定监控需求的其它气体环境的气体质量监控系统。

在本实施例中，气体传感器板200用于将污染物浓度对应电流信号进行转换，然后，经调理放大，数字化后，传送给主控板100。气体传感器板200根据污染物气体的传感器的特性以及结构安装位置进行封装，每个气体传感器板200有四个传感器，总共可测八种不同的气体污染物。气体传感器板200测常见气体污染物(so2、no2、co、o3、no、h2s、nh3、hcl、cl2、c6h6、c2h3cl、c2h4o、ch4中任意四种特征气体污染物)，以及测tvoc和其它三种特征气体污染物(以及so2、no2、co、o3、no、h2s、nh3、hcl、cl2、c6h6、c2h3cl、c2h4o、ch4中任意三种特征气体污染物)。

在本实施例中，颗粒物测量模块310采用基于激光器的颗粒物传感器，其能够满足相关功能与性能参数的要求，基于激光器的颗粒物传感器是基于光散射法，其能够实现对于常规pm2.5、pm10的测量。考虑到常规颗粒物传感器采用pm2.5进行对标校准，当对pm10的测量精度有相当要求时，则采用两个颗粒物传感器分别进行对标后，再对pm2.5与pm10进行测量。对于颗粒物模块的高低温适应性，也可以通过选取不同配置的颗粒物传感器实现。

在本实施例中，温湿度大气压力测量模块320包括两个方面，其一，对于大气压力的测量，选用hoperf的数字压力传感器hp303b，通过i2c直接读取大气压力值，其绝对精度为1hpa；其二，对于温湿度的测量，选用hoperf的数字温湿度传感器th06c，通过i2c直接读取温湿度值，温度精度±1℃，湿度精度：±5％rh。

在本实施例中，风速风向测量模块330包括两个方面，其一，对于风向的测量，选用紫光宏元的fr-wd型号风向传感器，准确度±3°，分辨率1°；其二，对于风速的测量，选用紫光宏元的fr-ws型号风速传感器，准确度±0.3m/s，分辨率0.1m/s。

在本实施例中，噪声测量模块340选用宏物联的hb-ns502噪声传感器，实现对周边环境的噪声测量，测量精度能够达到1.5db。

在本实施例中，该气体质量监控系统还包括图1中未示出的网络摄像机、手机客户端，其中，当气体质量监控模块300监测到待测量量超过设定值时，通过网络摄像机获取实时图像，并打包气体质量监控数据发送至上述云服务器管理平台600，然后，再由云服务器管理平台600将整理后的图像和数据发送至手机客户端。

在本实施例中，该气体质量监控系统还包括图1中未示出的供电设备和中端传输设备，其中，该供电设备包括太阳能板和铅酸蓄电池，考虑到市电、太阳能以及蓄电池的相互兼容问题，该供电设备需引入开关电源与太阳能控制器相关组件，当太阳光照充足时，优先太阳能供电，次之为市电供电，最后为蓄电池供电，当蓄电池电量不足时，还需市电与太阳能对蓄电池进行充电。而终端传输设备内设有无线网络和本地有线传输两种模式，且支持多种无线网络模式接入。

在本实施例中，该气体质量监控系统还包括图1中未示出的本地(pc终端管理平台)管理平台，该本地(pc终端管理平台)管理平台以直接在局域网内添加设备管理，回放历史视频记录，设置传感器的连接数量，查看传感器的数据值及数据，对历史数据自动形成报表，可随时查询，所述故障提示平台是当所有已安装的点位的设备发生故障或者断电断网，故障提示平台会即刻显示，并及时以短信或者消息推送的方式告知用户。

图2所示出的是本实用新型气体质量监控系统的第二架构图。可选的，所述主控板100通过spi总线与所述气体传感器板200连接，所述气体传感器板200用于采集污染气体浓度数据。

可选的，所述主控板100通过spi总线与闪存700连接，所述闪存700用于存储及管理系统参数和日志数据。

可选的，所述主控板100包括五个uart串口810，所述颗粒物测量模块310包括颗粒物pm2.5测量模块311和颗粒物pm10测量模块312，其中，第一uart串口811用于颗粒物pm2.5测量模块311通讯，第二uart串口812用于颗粒物pm10测量模块312通讯，第三uart串口813用于所述通讯模块通讯，第四uart串口814用于所述噪声测量模块通讯，第五uart串口815用于系统调试。

可选的，所述主控板包括一个i2c总线820，所述温湿度大气压力测量模块320包括温湿度测量模块321和大气压力测量模块322，其中，所述i2c总线821用于温湿度测量模块321通讯，所述i2c总线821用于大气压力测量模块322通讯。

可选的，所述主控板包括六路外部ad输入830，其中，第一路外部ad输入831用于采集第一测量腔体910的温度，第二路外部ad输入832用于采集第二测量腔体920的温度，第三路外部ad输入833用于采集第三测量腔体930的温度，第四路外部ad输入834用于采集风速数据，第五路外部ad输入835用于采集风向数据，第六路外部ad输入836用于采集蓄电池电压数据。

可选的，所述主控板包括十三个io口840，其中，六个所述io口(841-846)用于执行六路电源控制，三个所述io口(847-849)用于执行三个测量腔体(910-930)的加热控制，一个所述io口850用于所述测量腔体的温度测量控制，两个所述io口(851-852)用于执行所述气体传感器板的在位检测，一个所述io口853用于指示灯控制。

可选的，所述气体传感器板200包括气体传感器a板210和气体传感器b板220，其中，所述气体传感器a板210和所述气体传感器b板220分别包括四个传感器。

可选的，所述气体传感器a板的四个传感器(211-214)分别用于测量so2、no2、co、o3、no、h2s、nh3、hcl、cl2、c6h6、c2h3cl、c2h4o、ch4中任意四种气体污染物，所述气体传感器b板的四个传感器(221-224)分别用于测量tvoc、以及so2、no2、co、o3、no、h2s、nh3、hcl、cl2、c6h6、c2h3cl、c2h4o、ch4中任意三种气体污染物。

可选的，所述云服务器管理平台600用于接收由所述通讯模块500传输的管理数据，其中，所述管理数据包括由所述气体污染物测量模块350采集的气体浓度数据，由所述颗粒物测量模块310采集的颗粒物数据，由所述温湿度大气压力测量模块320采集的温湿度数据和大气压力数据，由所述风速风向测量模块330采集的风速风向数据，由所述噪声测量模块340采集的噪声数据。

本实施例的有益效果在于，通过提出一种气体质量监控系统，该系统包括主控板、气体传感器板、气体质量监控模块、蓄电池电压测量模块、通讯模块、云服务器管理平台，其中，所述气体质量监控模块包括颗粒物测量模块、温湿度大气压力测量模块、风速风向测量模块、噪声测量模块、气体污染物测量模块。实现了一种高密度网格化布局的低成本、多参数集成的紧凑型微型气体质量监测方案，该网格化的监测方案可在区域内全覆盖，实现高时空分辨率的大气污染监测，同时，结合信息化大数据的应用实现污染来源追踪、预警预报等，为环境污染防控提供更为及时有效的决策支持。

实施例二

图3所示出的是本实用新型气体质量监控系统的电源模块电路图，该模块的供电控制方案考虑到市电、太阳能以及蓄电池的相互兼容问题，引入了开关电源与太阳能控制器相关组件，当太阳光照充足时，优先太阳能供电，次之为市电供电，最后为蓄电池供电，当蓄电池电量不足时，还需市电与太阳能对蓄电池进行充电。

图4所示出的是本实用新型气体质量监控系统的加热控制模块电路图，该模块在当外界温度低于-10℃时，系统能够自动识别温度，对三个加热腔体启动加热，直至加热到0℃时停止加热，从而保证低温条件下加热腔内的温度维持在-10℃到0℃之间。

图5所示出的是本实用新型气体质量监控系统的噪声测量模块电路图，该模块选用宏物联的hb-ns502噪声传感器，实现对周边环境的噪声测量，测量精度能够达到1.5db。

图6所示出的是本实用新型气体质量监控系统的温湿度大气压力测量模块电路图，该模块选用hoperf的数字压力传感器hp303b，通过i2c直接读取大气压力值，其绝对精度为1hpa；对于温湿度的测量，选用hoperf的数字温湿度传感器th06c，通过i2c直接读取温湿度值，温度精度±1℃，湿度精度：±5％rh。

图7所示出的是本实用新型气体质量监控系统的风速风向测量模块电路图，该模块选用紫光宏元的fr-wd型号风向传感器，准确度±3°，分辨率1°，对于风速的测量，选用紫光宏元的fr-ws型号风速传感器，准确度±0.3m/s，分辨率0.1m/s。

图8所示出的是本实用新型气体质量监控系统的颗粒物测量模块电路图，该模块采用基于激光器的颗粒物传感器，其能够满足相关功能与性能参数的要求，基于激光器的颗粒物传感器是基于光散射法，其能够实现对于常规pm2.5、pm10的测量。考虑到常规颗粒物传感器采用pm2.5进行对标校准，当对pm10的测量精度有相当要求时，则采用两个颗粒物传感器分别进行对标后，再对pm2.5与pm10进行测量。对于颗粒物模块的高低温适应性，也可以通过选取不同配置的颗粒物传感器实现。

本实施例的有益效果在于，通过选用颗粒物测量模块、温湿度大气压力测量模块、风速风向测量模块、噪声测量模块、气体污染物测量模块的实施电路。实现了一种高密度网格化布局的低成本、多参数集成的紧凑型微型气体质量监测方案，该网格化的监测方案可在区域内全覆盖，实现高时空分辨率的大气污染监测，同时，结合信息化大数据的应用实现污染来源追踪、预警预报等，为环境污染防控提供更为及时有效的决策支持。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。