一种室外太阳能灰尘浓度测量装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种室外太阳能灰尘浓度测量装置，属于环境测量【技术领域】。本发明中A/D转换电路位于灰尘浓度传感器右下方并与灰尘浓度传感器相连，单片机模块安装在设备内部中间且与左侧A/D转换电路相连，蓄电池安装在设备内部右侧且与太阳能电池板、灰尘浓度传感器、单片机模块相连，数字显示模块置于设备外部且与单片机模块相连，设备开关置于设备外部右侧下方且与单片机模块相连，太阳能电池板通过活动转轴与支架连接，支架的下方和背面有固定孔。本发明克服了传统灰尘浓度监测设备的缺点，具有体积小、成本低廉、节能环保、使用简便、方便安装的优点，可以实时监控空气中的灰尘浓度，并通过数字显示模块直观地显示出来。
【专利说明】
一种室外太阳能灰尘浓度测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种室外太阳能灰尘浓度测量装置，属于环境测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着社会和经济的不断发展，人们越来越意识到雾霾天气的严重性，当前在人口密集较为集中的城市都出现了雾霾现象，不仅发生频率高并且持续时间长，对人们的身体健康造成了严重危害，尤其是患有呼吸系统疾病的患者等敏感的人群。
[0003]虽然官方已经开始预报空气质量，然而却只显示为“轻度污染”或“中度污染”，无法让人们直观的看到具体的数字，并且需要到官方站点查询，给中老年人造成不便。因此需要一种能够在户外人群密集的地区能够实时查询到灰尘浓度的设备。当前国产的灰尘浓度测量设备通常应用于检测煤矿、面粉厂和纺织厂等重污染作业环境中，采用真空光电倍增管光敏元件，存在体积大、分量重、需要高压伺服供电电路、结构复杂、成本高的缺点，不适合用作室外检测。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种室外太阳能灰尘浓度测量装置，以用于解决现有灰尘浓度测量设备成本高，工艺复杂，体积过大和无法及时查询当前灰尘浓度的问题。
[0005]本发明的技术方案是:一种室外太阳能灰尘浓度测量装置，包括含尘空气入口 1、数字显示模块2、蓄电池3、灰尘排出口 4、单片机模块5、设备开关6、活动转轴7、太阳能电池板8、支架9、A/D转换电路10、空气排出口 11、固定孔12、灰尘浓度传感器13 ；
所述灰尘浓度传感器13置于设备内部左侧，含尘空气入口 I连接在灰尘浓度传感器13上方，灰尘排出口 4连接在灰尘浓度传感器13左侧，空气排出口 11连接在灰尘浓度传感器13下方，A/D转换电路10位于灰尘浓度传感器13右下方并与灰尘浓度传感器13相连，单片机模块5安装在设备内部中间且与左侧A/D转换电路10相连，蓄电池3安装在设备内部右侧且与太阳能电池板8、灰尘浓度传感器13、单片机模块5相连，数字显示模块2置于设备外部且与单片机模块5相连，设备开关6置于设备外部右侧下方且与单片机模块5相连，太阳能电池板8通过活动转轴7与支架9连接，支架9的下方和背面有固定孔12 ；
所述灰尘浓度传感器13内部包括含尘空气入嘴14、透明管道15、光源16、镂空管道17、含尘空气出嘴18、灰尘排出管道19、过滤器20、微型抽气泵21、暗室25，所述暗室25包括透镜22、探测器23、空气排出管道24 ;其中含尘空气入嘴14上部与含尘空气入口 I相连，含尘空气入嘴14下部与透明管道15和镂空管道17相连，透明管道15和镂空管道17嵌套在一起且镂空管道17位于内侧，光源16安装在透明管道15的右侧，透明管道15和镂空管道17下方与含尘空气出嘴18上部连接，含尘空气出嘴18下部与过滤器20相连，过滤器20左侧与微型抽气泵21连接，微型抽气泵21再与灰尘排出管道19 一端相连，灰尘排出管道19另一端与灰尘排出口 4连接，过滤器20下方与暗室25相连，透镜22安装在暗室25上方且透镜22正对着含尘空气出嘴18，光源16安装在透镜22右侧，探测器23安装在透镜22下方，空气排出管道24连接在暗室下方且与空气排出口 11相连。
[0006]所述探测器23包括Pin光敏管、运算放大器AD549、反馈电阻Rf、电容Cf ;其中Pin光敏管的一端与运算放大器AD549的“ + ”极相连并接地，另一端与电容Cf连接；电容Cf 一端接Pin光敏管，另一端与运算放大器AD549的输出端相连；反馈电阻Rf —端与运算放大器AD549的极相连，另一端与电容Cf和运算放大器AD549的输出端之间的连线相连；运算放大器AD549接电源电压Vs，输出端输出电压VO与A/D转换电路10中A/D转换器ADC0832的端口 25连接。
[0007]所述A/D转换电路10包括I千欧的电阻Rl、A/D转换器ADC0832 ;其中灰尘浓度传感器13的正极与电源相连，灰尘浓度传感器13的负极与电阻Rl相连，电阻Rl的另一端接地，A/D转换器ADC0832的端口 25与灰尘浓度传感器13和电阻Rl的连线相连，A/D转换器ADC0832的端口 27接地，A/D转换器ADC0832的端口 29与单片机模块5的Pl.2连接，
单片机模块5的fX /VP端与电源相连。
[0008]所述数字显示模块2包括8D锁存器74LS373，数字显示仪ARK SR 410561K, 10千欧的电阻1?6、1?7、1?8、1?9、1?10、1?11、1?12、1?13，1 千欧的电阻 R2、R3、R4、R5，NPN 型三极管 Tl、T2、T3、T4 ;其中单片机模块5的P0.(ΓΡ0.7引脚与8D锁存器74LS373的ID?8D端口相连；电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13 —端接在电源上，另一端分别接在P0.0?Ρ0.7和ID?8D
之间的连线上；8D锁存器74LS373的51端接地，G端接电源，1Q^8Q分别与数字显示仪ARKSR 410561K 的 a、b、c、d、e、f、g、dp 端相连；数字显示仪 ARK SR 410561K 的 SEGl?SEG4 分别与NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的发射极相连，NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的基极分别与电阻R2、R3、R4、R5连接后接在单片机模块5的P2.(ΓΡ2.3，NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的集电极接电源。
[0009]所述单片机模块5为AT89C51。
[0010]本发明的工作原理是:
使用时，将支架9用螺栓穿过固定孔12来固定，调节活动转轴7使太阳能电池板8面向阳光如图1右侧部分所示，装置外的太阳能电池板8将光能转化为电能存储在蓄电池3中，开启设备开关6后，装置外部的含尘空气在微型抽气泵21的吸力作用下由含尘空气入口 I被吸入含尘空气入嘴14，当含尘空气通过镂空管道17时，光源16发出的光线透过透明管道15与镂空管道17成直角，交点周围的一个小区域是测量系统的光敏感区，形成了光功率密度较高且较均匀的光敏区照射通过镂空管道17的灰尘粒子(该原理认为含尘空气中散布着固体颗粒的气溶胶，当携带粉尘的空气流过时，光源16发出的光波入射到具有粉尘的测量区域后，被粉尘颗粒物遮挡，会发生吸收和散射，从而使光在原来传播方向上的光强减弱)。
[0011]含尘空气通过含尘空气出嘴18进入到过滤器20中，过滤后的空气进入暗室25内，粉尘产生的散射光被透镜22会聚到探测器23上，接收到的散射光强与被测粉尘颗粒物的粒径和浓度存在一定的比例关系，由灰尘颗粒所产生的散射光经过光电转换成对应幅度的脉冲电压信号，利用响应速度快、在低偏压下漏电流很小的Pin光敏管将散射光信号转换成电信号(由于光电转换后的信号极其微弱，因此需通过放大器对获得的信号进行处理和放大。由于电信号与散射光强成正比，因此电信号的强弱与粉尘的粒径和浓度成比例)。
[0012]该信号通过A/D转换电路10将模拟信号转换为数字信号后输入到单片机模块5中，单片机模块5计算出灰尘的浓度并将结果输入到数字显示模块2上显示出来，含尘空气中的灰尘由微型抽气泵21抽出经灰尘排出管道19送至灰尘排出口 4排放，进入暗室的空气由空气排出管道24送至空气排出口 11排放。
[0013]已经发表的(刘银等，《基于单片机的粉尘检测系统的设计》，煤矿机械，2011.7)论文，文中提到“将散射光强度转变为电信号，通过AT89C51单片机数据采集系统采集传感器信号从而计算出粉尘的相对质量浓度，并通过液晶显示直接显示”。可见利用单片机进行灰尘浓度的计算和处理是现有技术中的常见使用方法。
[0014]本发明的有益效果是:克服了传统灰尘浓度监测设备的缺点，具有体积小、成本低廉、节能环保、使用简便、方便安装的优点，可以实时监控空气中的灰尘浓度，并通过数字显示模块直观地显示出来。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的灰尘浓度传感器结构示意图；
图3为本发明的探测器电路原理图；
图4为本发明的A/D转换电路原理图；
图5为本发明的数字显示模块电路原理图；
图中各标号:1为含尘空气入口、2为数字显示模块、3为蓄电池、4为灰尘排出口、5为单片机模块、6为设备开关、7为活动转轴、8为太阳能电池板、9为支架、10为A/D转换电路、11为空气排出口、12为固定孔、13为灰尘浓度传感器、14为含尘空气入嘴、15为透明管道、16为光源、17为镂空管道、18为含尘空气出嘴、19为灰尘排出管道、20为过滤器、21为微型抽气泵、22为透镜、23为探测器、24为空气排出管道、25为暗室。
【具体实施方式】
[0016]实施例1:如图1-5所示，一种室外太阳能灰尘浓度测量装置，包括含尘空气入口
1、数字显示模块2、蓄电池3、灰尘排出口 4、单片机模块5、设备开关6、活动转轴7、太阳能电池板8、支架9、A/D转换电路10、空气排出口 11、固定孔12、灰尘浓度传感器13 ；
所述灰尘浓度传感器13置于设备内部左侧，含尘空气入口 I连接在灰尘浓度传感器13上方，灰尘排出口 4连接在灰尘浓度传感器13左侧，空气排出口 11连接在灰尘浓度传感器13下方，A/D转换电路10位于灰尘浓度传感器13右下方并与灰尘浓度传感器13相连，单片机模块5安装在设备内部中间且与左侧A/D转换电路10相连，蓄电池3安装在设备内部右侧且与太阳能电池板8、灰尘浓度传感器13、单片机模块5相连，数字显示模块2置于设备外部且与单片机模块5相连，设备开关6置于设备外部右侧下方且与单片机模块5相连，太阳能电池板8通过活动转轴7与支架9连接，支架9的下方和背面有固定孔12 ；
所述灰尘浓度传感器13内部包括含尘空气入嘴14、透明管道15、光源16、镂空管道17、含尘空气出嘴18、灰尘排出管道19、过滤器20、微型抽气泵21、暗室25，所述暗室25包括透镜22、探测器23、空气排出管道24 ;其中含尘空气入嘴14上部与含尘空气入口 I相连，含尘空气入嘴14下部与透明管道15和镂空管道17相连，透明管道15和镂空管道17嵌套在一起且镂空管道17位于内侧，光源16安装在透明管道15的右侧，透明管道15和镂空管道17下方与含尘空气出嘴18上部连接，含尘空气出嘴18下部与过滤器20相连，过滤器20左侧与微型抽气泵21连接，微型抽气泵21再与灰尘排出管道19 一端相连，灰尘排出管道19另一端与灰尘排出口 4连接，过滤器20下方与暗室25相连，透镜22安装在暗室25上方且透镜22正对着含尘空气出嘴18，光源16安装在透镜22右侧，探测器23安装在透镜22下方，空气排出管道24连接在暗室下方且与空气排出口 11相连。
[0017]所述探测器23包括Pin光敏管、运算放大器AD549、反馈电阻Rf、电容Cf ;其中Pin光敏管的一端与运算放大器AD549的“ + ”极相连并接地，另一端与电容Cf连接；电容Cf 一端接Pin光敏管，另一端与运算放大器AD549的输出端相连；反馈电阻Rf —端与运算放大器AD549的极相连，另一端与电容Cf和运算放大器AD549的输出端之间的连线相连；运算放大器AD549接电源电压Vs，输出端输出电压VO与A/D转换电路10中A/D转换器ADC0832的端口 25连接。
[0018]所述A/D转换电路10包括I千欧的电阻Rl、A/D转换器ADC0832 ;其中灰尘浓度传感器13的正极与电源相连，灰尘浓度传感器13的负极与电阻Rl相连，电阻Rl的另一端接地，A/D转换器ADC0832的端口 25与灰尘浓度传感器13和电阻Rl的连线相连，A/D转换器ADC0832的端口 27接地，A/D转换器ADC0832的端口 29与单片机模块5的Pl.2连接，单片机模块5的/VP端与电源相连。
[0019]所述数字显示模块2包括8D锁存器74LS373，数字显示仪ARK SR 410561K, 10千欧的电阻1?6、1?7、1?8、1?9、1?10、1?11、1?12、1?13，1 千欧的电阻 R2、R3、R4、R5，NPN 型三极管 Tl、T2、T3、T4 ;其中单片机模块5的P0.(ΓΡ0.7引脚与8D锁存器74LS373的ID?8D端口相连；电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13 —端接在电源上，另一端分别接在P0.0?Ρ0.7和ID?8D
之间的连线上；8D锁存器74LS373的51端接地，G端接电源，1Q^8Q分别与数字显示仪ARKSR 410561K 的 a、b、c、d、e、f、g、dp 端相连；数字显示仪 ARK SR 410561K 的 SEGl?SEG4 分别与NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的发射极相连，NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的基极分别与电阻R2、R3、R4、R5连接后接在单片机模块5的P2.(ΓΡ2.3，NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的集电极接电源。
[0020]所述单片机模块5为AT89C51。
[0021]上面结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【权利要求】
1.一种室外太阳能灰尘浓度测量装置，其特征在于:包括含尘空气入口(I)、数字显示模块(2)、蓄电池(3)、灰尘排出口(4)、单片机模块(5)、设备开关(6)、活动转轴(7)、太阳能电池板(8)、支架(9)、A/D转换电路(10)、空气排出口(11)、固定孔(12)、灰尘浓度传感器(13)； 所述灰尘浓度传感器(13)置于设备内部左侧，含尘空气入口(I)连接在灰尘浓度传感器(13)上方，灰尘排出口(4)连接在灰尘浓度传感器(13)左侧，空气排出口( 11)连接在灰尘浓度传感器(13)下方，A/D转换电路(10)位于灰尘浓度传感器(13)右下方并与灰尘浓度传感器(13)相连，单片机模块(5)安装在设备内部中间且与左侧A/D转换电路(10)相连，蓄电池(3 )安装在设备内部右侧且与太阳能电池板(8 )、灰尘浓度传感器(13 )、单片机模块(5)相连，数字显示模块(2)置于设备外部且与单片机模块(5)相连，设备开关(6)置于设备外部右侧下方且与单片机模块(5)相连，太阳能电池板(8)通过活动转轴(7)与支架(9)连接，支架(9)的下方和背面有固定孔(12)； 所述灰尘浓度传感器(13)内部包括含尘空气入嘴(14)、透明管道(15)、光源(16)、镂空管道(17)、含尘空气出嘴(18)、灰尘排出管道(19)、过滤器(20)、微型抽气泵(21)、暗室(25)，所述暗室(25)包括透镜(22)、探测器(23)、空气排出管道(24);其中含尘空气入嘴(14)上部与含尘空气入口( I)相连，含尘空气入嘴(14)下部与透明管道(15)和镂空管道(17)相连，透明管道(15)和镂空管道(17)嵌套在一起且镂空管道(17)位于内侧，光源(16)安装在透明管道(15)的右侧，透明管道(15)和镂空管道(17)下方与含尘空气出嘴(18)上部连接，含尘空气出嘴(18)下部与过滤器(20)相连，过滤器(20)左侧与微型抽气泵(21)连接，微型抽气泵(21)再与灰尘排出管道(19)一端相连，灰尘排出管道(19)另一端与灰尘排出口(4)连接，过滤器(20)下方与暗室(25)相连，透镜(22)安装在暗室(25)上方且透镜(22)正对着含尘空气出嘴(18)，光源(16)安装在透镜(22)右侧，探测器(23)安装在透镜(22)下方，空气排出管道(24)连接在暗室下方且与空气排出口(11)相连。
2.根据权利要求1所述的室外太阳能灰尘浓度测量装置，其特征在于:所述探测器(23)包括Pin光敏管、运算放大器AD549、反馈电阻Rf、电容Cf ;其中Pin光敏管的一端与运算放大器AD549的“ + ”极相连并接地，另一端与电容Cf连接；电容Cf 一端接Pin光敏管，另一端与运算放大器AD549的输出端相连；反馈电阻Rf —端与运算放大器AD549的极相连，另一端与电容Cf和运算放大器AD549的输出端之间的连线相连；运算放大器AD549接电源电压Vs，输出端输出电压VO与A/D转换电路(10)中A/D转换器ADC0832的端口 25连接。
3.根据权利要求1所述的室外太阳能灰尘浓度测量装置，其特征在于:所述A/D转换电路(10)包括I千欧的电阻Rl、A/D转换器ADC0832 ;其中灰尘浓度传感器(13)的正极与电源相连，灰尘浓度传感器(13)的负极与电阻Rl相连，电阻Rl的另一端接地，A/D转换器ADC0832的端口 25与灰尘浓度传感器(13)和电阻Rl的连线相连，A/D转换器ADC0832的端口 27接地，A/D转换器ADC0832的端口 29与单片机模块(5)的Pl.2连接，单片机模块(5)的/VP端与电源相连。
4.根据权利要求1所述的室外太阳能灰尘浓度测量装置，其特征在于:所述数字显示模块(2)包括8D锁存器74LS373，数字显示仪ARK SR 410561K, 10千欧的电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13,1 千欧的电阻 R2、R3、R4、R5，NPN 型三极管 T1、T2、T3、T4 ;其中单片机模块(5)的P0.0?Ρ0.7引脚与8D锁存器74LS373的ID?8D端口相连；电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13 —端接在电源上，另一端分别接在P0.(ΓΡΟ.7和1D?8D之间的连线上；8D锁存器74LS373的51端接地，G端接电源，1Q?8Q分别与数字显示仪ARK SR 410561K的a、b、c、d、e、f、g、dp端相连；数字显示仪ARK SR 410561K的SEGl?SEG4分别与NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的发射极相连，NPN型三极管Tl、T2、T3、T4的基极分别与电阻R2、R3、R4、R5连接后接在单片机模块(5)的P2.(ΓΡ2.3，NPN型三极管T1、T2、T3、T4的集电极接电源。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的室外太阳能灰尘浓度测量装置，其特征在于:所述单片机模块(5)为AT89C51。
【文档编号】G01N15/06GK104132875SQ201410385487
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】张晶, 肖智斌, 薛冷, 石少玲, 陈沫良, 于胜军, 崔毅, 容会 申请人:昆明理工大学