本實(shí)用新型屬于氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中低空氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，氣體檢測(cè)儀裝置的應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛,覆蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、科技、環(huán)保、國(guó)防、航天航空及日常生活等各方面。氣體檢測(cè)和人民的生活息息相關(guān)。然而現(xiàn)有氣體檢測(cè)裝置，只能根據(jù)放置的位置，對(duì)某一固定高度的氣體濃度檢測(cè)，高度調(diào)整需要人工放置，由于人工可放置的高度有限，進(jìn)行不同高度測(cè)量極不方便?，F(xiàn)有氣體檢測(cè)裝置帶有顯示屏，通過(guò)顯示屏顯示測(cè)試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在裝置內(nèi)部，通過(guò)串口發(fā)送給上位機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸不方便，不能對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控?，F(xiàn)有氣體檢測(cè)裝置每臺(tái)儀器獨(dú)立工作,兩臺(tái)儀器數(shù)據(jù)比較非常不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的特點(diǎn)是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)上存在的問(wèn)題，提出了一種低成本的中低空氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)，智能化檢測(cè)0-2000米高度的空氣質(zhì)量狀況。本設(shè)備通過(guò)一個(gè)氫氣球，將氣體檢測(cè)系統(tǒng)帶入不同海拔高度，進(jìn)行不同高度氣體濃度檢測(cè)，電腦終端控制步進(jìn)電機(jī)控制模塊，從而決定氫氣球上升高度。檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò) 4G網(wǎng)卡上傳到服務(wù)器，由電腦等終端登陸服務(wù)器查看采集到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸方便，可對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，可實(shí)時(shí)查看測(cè)試結(jié)果。

電腦等終端可通過(guò)控制服務(wù)器控制多臺(tái)儀器同時(shí)進(jìn)行工作，時(shí)刻監(jiān)視一個(gè)地區(qū)，不同位置的空氣質(zhì)量變化情況。本系統(tǒng)屬于多終端星型組網(wǎng)系統(tǒng)，各個(gè)測(cè)量系統(tǒng)工作相對(duì)獨(dú)立，組建隨意性較大，可以根據(jù)需求添加刪除測(cè)量裝置，并不會(huì)影響其他測(cè)量裝置的工作。多臺(tái)儀器統(tǒng)一由電腦終端控制，數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到服務(wù)器，電腦終端登錄服務(wù)站可隨時(shí)查看不同地區(qū)的數(shù)據(jù)狀況，方便對(duì)比。

一種中低空氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)，包括高度控制裝置、氣體濃度檢測(cè)裝置及云端服務(wù)器；其中，氣體濃度檢測(cè)裝置由主控模塊1、傳感器模塊4、供電模塊5 及4G無(wú)線網(wǎng)卡a 6組成；高度控制裝置由步進(jìn)電機(jī)控制模塊3、步進(jìn)電機(jī)7、氫氣球8及4G無(wú)線網(wǎng)卡b 9組成；氣體濃度檢測(cè)裝置搭載在氫氣球8上，氫氣球由步進(jìn)電機(jī)7進(jìn)行控制，而步進(jìn)電機(jī)被步進(jìn)電機(jī)控制模塊3控制，步進(jìn)電機(jī)控制模塊3和主控模塊1均通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)卡與云端服務(wù)器交換數(shù)據(jù)信息；主控模塊1通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)卡上傳數(shù)據(jù)到服務(wù)器，終端通過(guò)服務(wù)器查看數(shù)據(jù)并對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制模塊和主控模塊寫入控制指令。

進(jìn)一步地，所述的傳感器模塊4包括五個(gè)傳感器，分別為氣壓傳感器、溫度傳感器、SO2、NO2、PM2.5空氣污染物傳感器。主控模塊1給傳感器模塊發(fā)送控制信號(hào)，控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息會(huì)發(fā)送給主控模塊。每個(gè)傳感器都有特定的ID號(hào)，根據(jù)每個(gè)傳感器采集的不同數(shù)據(jù)信息，主控模塊會(huì)為其自動(dòng)設(shè)置不同的ID標(biāo)號(hào)，以便數(shù)據(jù)的區(qū)分，然后將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，同時(shí)每次數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)會(huì)將采集的時(shí)間日期一并上傳到服務(wù)器。

傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)裝置采用ARM7和51單片作為主控。而該設(shè)備采用樹(shù)莓派 zero作為主控模塊，該主控模塊體積小，重量輕，功能強(qiáng)大。該樹(shù)莓派采用 Broadcom BCM 2835應(yīng)用處理器(1GHz的ARM11核心)，可外接無(wú)線網(wǎng)卡，外部有40pin的接口，包括pwm，IIC，SPI，AD，串口等，完全符合各類傳感器的接口，且只有23g重。在樹(shù)莓派上運(yùn)行的操作系統(tǒng)為Raspbian Jessie，Raspbain 操作系統(tǒng)很簡(jiǎn)潔，而且較為穩(wěn)定性。還在系統(tǒng)安裝了各類傳感器的驅(qū)動(dòng)，在系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，加載各類氣體傳感器驅(qū)動(dòng)，開(kāi)始對(duì)外圍氣體傳感器和壓力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)4G網(wǎng)卡實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器。

進(jìn)一步地，所述的終端為電腦或手機(jī)終端。手機(jī)或電腦登陸云端服務(wù)器查看氣體檢測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果和向系統(tǒng)發(fā)送控制指令，手機(jī)或電腦也可以登陸云端服務(wù)器通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)卡向步進(jìn)電機(jī)控制模塊發(fā)送控制指令，控制氣球的上升和下降。

采用12V鋰電池為主控模塊和4G無(wú)線網(wǎng)卡，傳感器等供電。鋰電池給電路供電時(shí)，首先經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊，將12V鋰電池電壓變換為主控模塊，4G 無(wú)線網(wǎng)卡和傳感器所需的電壓。在為主控模塊，4G無(wú)線網(wǎng)卡和傳感器供電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：

本實(shí)用新型的中低空氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)氫氣球攜帶系統(tǒng)進(jìn)入中低空氣體檢測(cè)。此方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)施方便，是一種最便捷的中低空氣體檢測(cè)系統(tǒng)，可反映不同高度的空氣質(zhì)量。裝置攜帶3個(gè)氣體濃度傳感器，針對(duì)3 種主要空氣污染物進(jìn)行檢測(cè)。采用4G無(wú)線網(wǎng)卡與服務(wù)器通信的方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸方便，存儲(chǔ)方便。手機(jī)和電腦可通過(guò)服務(wù)器隨時(shí)隨地查看數(shù)據(jù)，進(jìn)一步增加了數(shù)據(jù)查看的實(shí)時(shí)性，可對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。多臺(tái)儀器可由終端統(tǒng)一控制，可同時(shí)檢測(cè)一個(gè)地區(qū)不同位置，不同高度的空氣質(zhì)量變化情況，且可以根據(jù)需要增加或者減少儀器的數(shù)量，測(cè)量結(jié)果統(tǒng)一上傳到服務(wù)器，服務(wù)器查看對(duì)比數(shù)據(jù)方便。采用樹(shù)莓派zero作為主控，體積小，重量輕，功能強(qiáng)大。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的一種中低空氣體濃度檢測(cè)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實(shí)用新型的一種中低空氣體濃度檢測(cè)裝置的主控部分功能框圖；

圖3為本實(shí)用新型的一種中低空氣體濃度檢測(cè)裝置的主控部分板間結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本實(shí)用新型的一種中低空氣體濃度檢測(cè)裝置的終端通過(guò)服務(wù)器控制多臺(tái)儀器結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合具體實(shí)施例,并參照附圖,對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)用新型的中低空氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)主要由3部分組成：包括高度控制部分、氣體濃度檢測(cè)裝置、云端服務(wù)器；其中，氣體濃度檢測(cè)裝置由主控模塊1，傳感器模塊4，供電模塊5及4G無(wú)線網(wǎng)卡a 6組成；高度控制部分由步進(jìn)電機(jī)控制模塊3，步進(jìn)電機(jī)7，氫氣球8，4G無(wú)線網(wǎng)卡組成b 9；氣體濃度檢測(cè)裝置搭載在氫氣球8上，氫氣球高度由步進(jìn)電機(jī)7控制，而步進(jìn)電機(jī)被步進(jìn)電機(jī)控制模塊3控制，步進(jìn)電機(jī)控制模塊3和主控模塊1都是通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)卡與云端服務(wù)器交換數(shù)據(jù)信息。主控模塊通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)卡上傳數(shù)據(jù)到服務(wù)器，電腦終端通過(guò)服務(wù)器查看數(shù)據(jù)。電腦等終端通過(guò)服務(wù)器，對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制模塊和主控模塊寫入控制指令。

步進(jìn)電機(jī)控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)，控制氫氣球上升的高度，來(lái)決定信息采集的海拔高度。為確定某一海拔的具體高度，氣壓傳感器會(huì)進(jìn)行信息采集。根據(jù)氣壓與海拔的關(guān)系，可以確定采集的具體高度。

圖1展現(xiàn)了本系統(tǒng)的具體組成部分，以及相互之間的通信，控制關(guān)系。電腦等終端通過(guò)服務(wù)器將指令通過(guò)4G無(wú)線網(wǎng)卡發(fā)送給給氣體測(cè)量裝置和高度控制模塊。氣體測(cè)量裝置通過(guò)4G網(wǎng)卡將測(cè)得數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。數(shù)據(jù)傳輸方便，電腦手機(jī)等終端可隨時(shí)查看數(shù)據(jù)，且可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

電腦等終端可通過(guò)控制服務(wù)器控制多臺(tái)儀器同時(shí)進(jìn)行工作，時(shí)刻監(jiān)視一個(gè)地區(qū)，不同位置的空氣質(zhì)量變化情況。本系統(tǒng)屬于多終端星型組網(wǎng)系統(tǒng)，各個(gè)測(cè)量系統(tǒng)工作相對(duì)獨(dú)立，組建隨意性較大，可以根據(jù)需求添加刪除測(cè)量裝置，并不會(huì)影響其他測(cè)量裝置的工作。多臺(tái)儀器統(tǒng)一由電腦終端控制，數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到服務(wù)器，電腦終端登錄服務(wù)站可隨時(shí)查看不同地區(qū)的數(shù)據(jù)狀況，方便對(duì)比。

氣體檢測(cè)系統(tǒng)包括五個(gè)傳感器,分別為氣壓傳感器、溫度傳感器、SO2、NO2、 PM2.5空氣污染物傳感器。主控模塊給傳感器發(fā)送控制信號(hào)，控制傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息會(huì)發(fā)送給主控模塊。每個(gè)傳感器都有特定的 ID號(hào)，根據(jù)每個(gè)傳感器采集的不同數(shù)據(jù)信息，主控模塊會(huì)為其自動(dòng)設(shè)置不同的 ID標(biāo)號(hào)，以便數(shù)據(jù)的區(qū)分，然后將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，同時(shí)每次數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)會(huì)將采集的時(shí)間日期一并上傳到服務(wù)器。

采用12V鋰電池為主控模塊和4G無(wú)線網(wǎng)卡，傳感器等供電。鋰電池給電路供電時(shí)，首先經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換模塊，將12V鋰電池電壓變換為主控模塊，4G 無(wú)線網(wǎng)卡和傳感器所需的電壓。在為主控模塊，4G無(wú)線網(wǎng)卡和傳感器供電。

在本系統(tǒng)中氫氣球必須足夠大，氫氣球所受浮力>氫氣球重力+氣體檢測(cè)裝置重力。氫氣球所受浮力＝空氣密度*氫氣球體積。氫氣球重力＝氫氣密度*氫氣球體積。氣體檢測(cè)系統(tǒng)總重量為200g，2N。因此，本實(shí)用新型采用半徑40cm的氫氣球。

設(shè)備采用樹(shù)莓派zero作為主控，該主控體積小，重量輕，功能強(qiáng)大。該樹(shù)莓派采用Broadcom BCM 2835應(yīng)用處理器(1GHz的ARM11核心)，可外接無(wú)線網(wǎng)卡，外部有40pin的接口，包括pwm，IIC，SPI，AD，串口等，完全符合各類傳感器的接口，且只有23g重。在樹(shù)莓派上運(yùn)行的操作系統(tǒng)為Raspbian Jessie， Raspbain操作系統(tǒng)很簡(jiǎn)潔，而且較為穩(wěn)定性。該在系統(tǒng)安裝了各類傳感器的驅(qū)動(dòng)，在系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí)，加載各類氣體傳感器驅(qū)動(dòng)，開(kāi)始對(duì)外圍氣體傳感器和壓力傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)4G網(wǎng)卡實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器。