一种多节点大气环境检测系统以及方法与流程

本发明涉及气象领域，尤其涉及一种多节点大气环境检测系统以及方法。

背景技术：

气溶胶作为大气的一种成分，在大气光学等诸多过程中发挥着重要的作用。PM2.5是指悬浮在空气中尺寸小于2μm的颗粒物。气溶胶按其来源可分为自然原因引起的污染源和人为原因引起的污染源。自然源如扬沙，沙尘暴，火山爆发等；人为源主要包括汽车尾气的排放，工业废气的排放，化石和非化石燃料的燃烧。大量的颗粒物存留在空气中对人们的生产生活产生了重大影响，尤其是空气中有毒的颗粒物会人体产生很大的危害。但是目前对于气溶胶的采集往往是通过分级采样来实现的，这种技术实时性差。而且一般来讲气溶胶采样站点相互独立，信息数据交流不便。而空间分布多变性又是气溶胶的一个特点，特别是有排放源的地方，气溶胶分布空间变化更大。因此，如何对气溶胶进行空间范围内多点同时测量对环境评估具有重要的意义。这里一定空间可以是指以环境监测站点距离为尺度的空间，也可以是指一块小的空间，例如人们的住房空间。本设计基于WiFi和GSM通信协议，完成对多个节点的大气参量数据的采集，并将采集到的数据通过无线协议发送到上位机，通过上位机完成对数据的显示，评价和记录。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有工程项目在执行过程中遇到问题时，不能及时定位而提供的一种能够对多个节点大气参量的自动采集和记录系统及方法，该系统同时能对环境做出质量评价，具体由以下技术方案实现：

所述多节点大气环境检测系统，包括：

气溶胶颗粒物采样装置，通过气溶胶的后向散射探测气溶胶，进而得到大气气溶胶的浓度；并采集二氧化碳与挥发性有机物的含量以及温度、湿度数据；

下位机数据处理装置，采集气溶胶颗粒物采样装置中各传感器的数据并进行处理和打包；并显示各个气溶胶颗粒物采样装置的大气参量；

通信传输装置，将各个气溶胶颗粒物采样装置采集到的数据提供短距离或长距离的两种传输方式；

上位机采集和处理装置，将气溶胶颗粒物采样装置传输的帧数据转化成大气环境参数并对空气质量进行监控，当空气质量低于设定值时进行报警，并记录大气环境参数。

所述多节点大气环境检测系统的进一步设计在于，气溶胶颗粒物采样装置包括激光发射模块，发出红外激光；

接收模块，接收大气气溶胶的后向散射激光；

信号处理模块，将接收大气气溶胶的后向散射激光转化为大气气溶胶的浓度；

温湿度传感器，获取大气的温度和湿度；

二氧化碳传感器，获取大气的二氧化碳含量；

挥发性有机物传感器，获取大气的挥发性有机物的含量。

所述多节点大气环境检测系统的进一步设计在于，所述信号处理模块由探测器、信号处理芯片以及透镜组成，所述透镜设置于探测器的信号输入端一侧，所述信号处理芯片与探测器通信连接。

所述多节点大气环境检测系统的进一步设计在于，所述下位机数据处理装置包括

单片机模块，采集各个传感器的数据并进行处理和打包；

显示模块，显示各个气溶胶颗粒物采样装置的大气参量。

所述多节点大气环境检测系统的进一步设计在于，所述单片机模块采用89C51单片机，所述信号处理芯片、温湿度传感器、二氧化碳传感器以及挥发性有机物传感器分别通过一个A/D转换器与STC89C51单片机通信连接。

所述多节点大气环境检测系统的进一步设计在于，通信传输装置包括

WiFi模块，将各个气溶胶颗粒物采样装置采集到的数据在短距离完成传输，主要用于家庭的环境监测；

GSM模块，将气溶胶颗粒物采样装置采集到的数据完成远距离传输。

所述多节点大气环境检测系统的进一步设计在于，所述上位机采集和处理装置采用PC，包括：

大气环境参数的处理模块，将子设备传输的帧数据转化成大气环境参数并作出空气质量评价，若质量评价较低则进行报警；

数据记录模块是将大气环境参数记录在PC的本地磁盘上。

所述多节点大气环境检测系统的进一步设计在于，数据记录模块以文本文件格式记录大气环境参数。

如上述的多节点大气环境检测系统的多节点大气环境检测方法，包括如下步骤：

1）给气溶胶颗粒物采样装置上电开机，系统进入开机自检模式；

2）系统自检完成之后，下位机设备将采集到的数据显示在显示器上，并将数据打包，接着通过WiFi或者GSM将采集到数据发送给上位机；

3）上位机接收下位机设备发送的数据，并将接收到的帧数据转化成大气环境参量数据，根据数据对各个参数进行环境质量评价，若环境质量低于标准值，则进行报警，并对数据进行记录。

本发明的优点如下：

1）该环境检测设备可以实现数据的自动采集和记录。

2）该环境检测设备通过WiFi和GSM实现无线数据的传输功能。

3) 该环境检测设备通过WiFi和GSM实现多个节点的气溶胶的自动化采集。

4) 整个系统结构紧凑，易于控制和调节，系统稳定性高。

附图说明

图1是大气颗粒物采样装置的模块图。

图2是硬件设备设计框图。

图3 是下位机硬件的电路图。

图4是多节点大气环境检测系统工作流程图。

图5是两个股在内测节点的对比示意图。

图6气溶胶的日变化示意图。

具体实施方式

如图1，多节点大气环境检测系统，主要由气溶胶颗粒物采样装置、下位机数据处理装置、通信传输装置以及上位机采集和处理装置组成。其中，气溶胶颗粒物采样装置，通过颗粒物的后向散射探测气溶胶，进而得到大气颗粒物的浓度；并采集二氧化碳与挥发性有机物的含量以及温度、湿度数据。下位机数据处理装置，采集气溶胶颗粒物采样装置中各传感器的数据并进行处理和打包；并显示各个气溶胶颗粒物采样装置的大气参量。通信传输装置，将各个气溶胶颗粒物采样装置采集到的数据提供短距离或长距离的两种传输方式。上位机采集和处理装置，将气溶胶颗粒物采样装置传输的帧数据转化成大气环境参数并对空气质量进行监控，当空气质量低于设定值时进行报警，并记录大气环境参数。

气溶胶颗粒物采样装置主要由激光发射模块、接收模块、信号处理模块、温湿度传感器4、二氧化碳传感器5以及挥发性有机物传感器6组成。其中，激光发射模块，发出红外激光以便于利用颗粒物的后向散射探测气溶胶。接收模块，接收大气颗粒物的后向散射激光。信号处理模块，将接收大气颗粒物的后向散射激光转化为大气气溶胶的浓度。进一步的，本实施例的信号处理单元由探测器2、信号处理芯片1以及透镜3组成。透镜3设置于探测器2的信号输入端一侧，信号处理芯片1与探测器2通信连接，参见图1。温湿度传感器，获取大气的温度和湿度。二氧化碳传感器，获取大气的二氧化碳含量。挥发性有机物传感器，获取大气的挥发性有机物的含量。

如图3，下位机数据处理装置主要由单片机模块与显示模块组成。单片机模块，采集各个传感器的数据并进行处理和打包。本实施例中的单片机模块为89C51单片机。显示模块，显示各个气溶胶颗粒物采样装置的大气参量。本实施例中气溶胶颗粒物采样装置的各传感器：温湿度传感器4、二氧化碳传感器5、挥发性有机物传感器6以及信号处理芯片1分别通过一个双通道12位串行A/D转换器MAX144与89C51单片机通信连接。

如图2，通信传输装置主要由WiFi模块与GSM模块组成。其中，WiFi模块，将各个气溶胶颗粒物采样装置采集到的数据在短距离完成传输，主要用于家庭的环境监测。GSM模块，将气溶胶颗粒物采样装置采集到的数据完成远距离传输。

上位机采集和处理装置采用PC，主要由大气环境参数的处理模块与数据记录模块组成。

大气环境参数的处理模块，将子设备传输的帧数据转化成大气环境参数并作出空气质量评价，若质量评价较低则进行报警。数据记录模块是将大气环境参数记录在PC的本地磁盘上。

进一步的数据记录模块以文本文件格式记录大气环境参数，以备后期查找与统计。

如图4，采用上述的多节点大气环境检测系统的多节点大气环境检测方法，包括如下步骤：

1）给气溶胶颗粒物采样装置上电开机，系统进入开机自检模式。

2）系统自检完成之后，下位机设备将采集到的数据显示在显示器上，并将数据打包，接着通过WiFi或者GSM将采集到数据发送给上位机。

3）上位机接收下位机设备发送的数据，并将接收到的帧数据转化成大气环境参量数据，根据数据对各个参数进行环境质量评价，若环境质量低于标准值，则进行报警，并对数据进行记录。

如图5、图6，利用本实施例的多节点大气环境检测方法所观测出的两个观测点在同一时间坐标系内的气溶胶浓度对比，参见图5；单一观测点在一天内的所测的气溶胶浓度变化，参加图6。

本实施例的多节点大气环境检测系统可以实现数据的自动采集和记录。该环境检测设备通过WiFi和GSM实现无线数据的传输功能以及多个节点的气溶胶的自动化采集。另一方面整个系统结构紧凑，易于控制和调节，系统稳定性高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。