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原文传递一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统及方法

专利名称：	一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统及方法
摘要：	本发明公开了一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统及方法，具体涉及节能环保领域，包括平台模块，所述平台模块的连接端连接有MCU控制和通信模块，所述MCU控制和通信模块的连接端连接有电磁阀开关模块，所述电磁阀开关模块的输出端分别连接有颗粒物过滤模块A以及相对湿度控制模块。本发明通过整体设计，采用多级分布式控制方法：每个模块独立进行模块内部的反馈控制，并对外开放控制接口；整体系统根据测量需求和各模块的控制接口，对各个模块进行不同的调节与控制，确保了设备运行的稳定和安全，防止平台模块或者MCU控制和通信模块的误操作引起底层模块的损坏，降低系统运维成本。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京蛙鸣华清环保科技有限公司
发明人：	杨东合;华思洋;娄越雅;崔利波
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910793506.5
公开号：	CN110470799A
代理机构：	北京众泽信达知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	王晓红
分类号：	G01N33/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	100011 北京市东城区安定门外大街138号4层A座405-012
主权项：	1.一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统，包括平台模块(1)，其特征在于：所述平台模块(1)的连接端连接有MCU控制和通信模块(2)，所述MCU控制和通信模块(2)的连接端连接有电磁阀开关模块(3)，所述电磁阀开关模块(3)的输出端分别连接有颗粒物过滤模块A(4)以及相对湿度控制模块(5)，所述颗粒物过滤模块A(4)的输出端连接有温度控制模块(6)，所述温度控制模块(6)包含有气体传感器模块(7)，所述相对湿度控制模块(5)的输出端连接有颗粒物传感器模块(8)，所述颗粒物传感器模块(8)的输出端连接有颗粒物过滤模块B(9)，所述颗粒物过滤模块B(9)和温度控制模块(6)的输出端均连接于气体流速监测模块(10)，所述气体流速监测模块(10)的输出端连接有气泵模块(11)；所述平台模块(1)用于通过蜂窝无线通信、以太网、WIFI等多种网络或通信方式与监测装置进行数据交互，并对数据进行存储、分析、展示的综合性平台；所述MCU控制和通信模块(2)用于和平台模块(1)、电磁阀开关模块(3)、颗粒物过滤模块A(4)、相对湿度控制模块(5)、温度控制模块(6)、气体传感器模块(7)、颗粒物传感器模块(8)、颗粒物过滤模块B(9)、气体流速监测模块(10)及气泵模块(11)相连接，接收平台模块(1)下发的指令，对上述其他模块进行调节、测量控制和初步数据计算分析，并将测量数据反馈给平台模块(1)；所述电磁阀开关模块(3)用于和相对湿度控制模块(5)、颗粒物过滤模块A(4)及MCU控制和通信模块(2)相连接，所述MCU控制和通信模块(2)可控制二位三通或三位三通的电磁阀开关模块(3)，对进气孔进入的气体流向进行两个方向的切换，分别为气路Ⅰ(12)和气路Ⅱ(13)；所述气路Ⅰ(12)是由电磁阀开关模块(3)到相对湿度控制模块(5)、颗粒物传感器模块(8)、颗粒物过滤模块B(9)；所述气路Ⅱ(13)是由电磁阀开关模块(3)到颗粒物过滤模块A(4)、温度控制模块(6)、气体传感器模块(7)；所述电磁阀开关模块(3)可由MCU控制和通信模块(2)控制气体流向的切换；所述颗粒物过滤模块A(4)用于对待检测气体中的颗粒物进行过滤，所述颗粒物过滤模块A(4)连接电磁阀开关模块(3)及温度控制模块(6)，所述颗粒物过滤模块A(4)具体为惰性材料制成的过滤装置；所述相对湿度控制模块(5)用于对流经该模块的气体的相对湿度进行主动控制，其中相对湿度控制模块(5)被配置为与电磁阀开关模块(3)、MCU控制和通信模块(2)、颗粒物传感器模块(8)相连接；所述温度控制模块(6)用于根据实际需求灵活调节其内部设备的环境温度，所述温度控制模块(6)，被配置为连接MCU控制和通信模块(2)、颗粒物过滤模块A(4)及气体传感器模块(7)；所述气体传感器模块(7)用于测量多种气体含量，通常包括NO2、SO2、CO、O3及气体有机物；所述颗粒物传感器模块(8)用于实现对气体中颗粒物含量进行测量，测量参数通常包括：PM2.5及PM10，所述颗粒物传感器模块(8)被配置为连接MCU控制和通信模块(2)、相对湿度控制模块(5)、颗粒物过滤模块B(9)，所述颗粒物传感器模块(8)可由MCU控制和通信模块(2)进行控制测量，并进行数据通信，所述颗粒物传感器模块(8)具体为颗粒物传感器；所述颗粒物过滤模块B(9)用于滤除流经该模块气体中的颗粒物，所述颗粒物过滤模块B(9)被配置为连接颗粒物传感器模块(8)及气体流速监测模块(10)；所述气体流速监测模块(10)用于检测流经该模块气体的流速；所述气泵模块(11)用于将该系统内部的气体向外抽出，由MCU控制和通信模块(2)进行转速调节控制，进而调节整个系统气路中的气体流速，所述气泵模块(11)具体为无刷电机制成的气泵。 2.根据权利要求1所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统，其特征在于：所述MCU控制和通信模块(2)、电磁阀开关模块(3)、颗粒物过滤模块A(4)、相对湿度控制模块(5)、温度控制模块(6)、气体传感器模块(7)、颗粒物传感器模块(8)、颗粒物过滤模块B(9)、气体流速监测模块(10)及气泵模块(11)均集成在一个机箱内，组装成现场大气质量监测装置，所述机箱内留有进气孔和出气孔，分别与电磁阀开关模块(3)和气泵模块(11)相连接。 3.根据权利要求2所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统，其特征在于：所述电磁阀开关模块(3)与颗粒物过滤模块A(4)通过气路Ⅰ(12)相连接，所述电磁阀开关模块(3)与相对湿度控制模块(5)通过气路Ⅱ(13)相连接，其中对不同环境参数(如温度、湿度、气压及光照)敏感的传感器，分别搭建独立的气路，在每个气路上营造传感器最适宜的工作环境，每条气路相互独立。 4.根据权利要求2所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统，其特征在于：所述相对湿度控制模块(5)可由MCU控制和通信模块(2)进行调节和控制，控制方式通常被配置为负反馈控制，以实现对相对湿度的精准控制，所述对湿度控制模块(5)采用对气体加热的方式，调节相对湿度。 5.根据权利要求2所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统，其特征在于：所述气体流速监测模块(10)具体配置为气体压差传感器，所述气体压差传感器用于对气路中两点之间管壁的气压进行监测，通过压差计算出当前的气体流速，而不采用机械或者电子式的气体流量计直接串联进气路进行流量监测。 6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测系统，其特征在于：还包括一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测方法，具体有以下步骤：步骤一：系统自检及初始化：系统上电后，MCU控制和通信模块(2)首先进行系统自检，检查监测装置的各个模块是否正常，装置是否能正常连接到平台模块，并对各个模块进行初始化参数设置，然后平台模块将下发最新的系统控制参数；步骤二：气路Ⅰ(12)的切换及气流控制：MCU控制和通信模块(2)控制电磁阀开关模块(3)将气流切换到气路Ⅰ(12)的流向，控制气泵模块(11)和气体流速监测模块(10)，将气路Ⅰ(12)的气体流速调节至平台预设值；步骤三：颗粒物传感器模块(8)测量准备：MCU控制和通信模块(2)控制相对湿度控制模块(5)将待测气体的相对湿度调节至平台预设值，并等待气流和相对湿度稳定；步骤四：颗粒物浓度测量：MCU控制和通信模块(2)控制颗粒物传感器模块(8)对待测气体进行颗粒物含量的测量，并将测量结果进行分析、上传到平台模块(1)；步骤五：气路Ⅱ(13)的切换及气流控制：MCU控制和通信模块(2)控制电磁阀开关模块(3)、气泵模块(11)和气体流速监测模块(10)，将气流切换到气路Ⅱ(13)的流向，并将气路Ⅱ(13)的气体流速调节至平台预设值；步骤六：气体传感器模块(7)测量准备：MCU控制和通信模块(2)控制温度控制模块(6)，将气体传感器模块(7)中的气体传感器调节到适宜的测量的温度，并等待气流和温度稳定；步骤七：气体浓度测量：MCU控制和通信模块(2)控制气体传感器模块(7)，对待测气体中的污染气体含量进行测量，并将结果进行分析、上传到平台模块(1)；步骤八：平台数据分析和展示：平台模块(1)根据监测装置上传的大气质量相关的污染气体、颗粒物等数据，经过特定算法分析，得出监测装置所在区域的大气质量指数(AQI)和对未来大气质量的预测，并展示给用户或其他系统。 7.根据权利要求6所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测方法，其特征在于：所述步骤一中，系统控制参数是指针对系统所选用的气体传感器和颗粒物传感器的特性及测试的经验值，确定下来的控制监测装置达到最佳测量环境的控制参数，包括气体流速调节相关的参数，测量温度控制相关的参数，相对湿度控制相关的参数，气流稳定的等待时间，不同传感器进行有效测量的等待时间等，这些参数根据所选择的传感器、气泵等型号的不同会有所差异。 8.根据权利要求6所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测方法，其特征在于：所述步骤二、三、五中，平台预设值是指系统对不同的气体流速、不同的相对湿度、不同的测量温度，经过大量测试和验证后得出的最适宜测量的参数值，并根据不同传感器的测量精度随时间的漂移曲线不断修正上述参数，然后下发给MCU控制和通信模块(2)用以系统控制。 9.根据权利要求6所述的一种基于泵吸式进气控制的大气质量监测方法，其特征在于：所述步骤八中，特定算法主要包括：数字滤波算法，对采集的数据进行奇点滤除和平滑处理，凸显监测点周围大气质量的整体表现；分布式遗传算法及深度神经网络算法，用以对多个不同监测区域的测量结果和长时间监测的数据进行整体分析，对监测区域的大气质量进行深度预测，用于辅助进行污染治理决策。
所属类别：	发明专利