一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法
2023-09-16 05:48:55 2
一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法
【專利摘要】一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法，屬於二氧化碳濃度檢測裝置及其方法。該裝置：中央處理器模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝像機、數據存儲器、控制按鍵面板、液晶顯示模塊、RS-232通訊接口模塊、電源模塊。方法：設有移動檢測模式和靜止檢測模式，通過二氧化碳濃度傳感器檢測濃度數據，GPS記錄檢測點坐標信息，時鐘和微型氣象站分別記錄時間和氣象數據，微型攝像機實時記錄監控檢測實驗現場環境，而後將這5項數據放到該裝置的存儲器中，經過通訊接口傳送至計算機系統並存放於計算機硬碟中，經過專業GIS處理生成區域二氧化碳濃度時空分布圖，藉助實驗現場的監控數據分析驅動因子與來源識別。
【專利說明】一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及二氧化碳濃度檢測裝置及其方法，特別是一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]近年來由溫室氣體大量排放導致的氣候變化問題日益突出，已經嚴重影響人類社會未來的生存和發展，世界各國紛紛採取各種措施減少二氧化碳的排放，全球開始進入低碳經濟發展的時代。研究利用傳感器裝置檢測區域大氣中二氧化碳濃度，實現區域二氧化碳時空分布及變化，分析驅動因子與碳來源識別，為區域碳核算、碳交易體系的構建與碳減排決策提供理論依據。
[0003]目前，市場上雖然已有用於檢測大氣中二氧化碳濃度裝置，它們能夠實時檢測指定檢測點處的二氧化碳濃度，但是若需要在區域範圍檢測，則首先需要額外配備GPS接收機通過測量確定部分點位置信息，而後進行大氣二氧化碳檢測，該方法耗時耗人力，且無法實現連續移動檢測；在處理分析碳來源及其驅動因子時，往往需要很好的了解檢測環境與實驗現場條件，此時則需要額外配備照相機或者攝影機進行人工拍攝，該方法在複雜多變環境下易丟失重要信息，且與檢測二氧化碳濃度無法實現時間同步分析。到目前為止，市場上尚未出現能夠將定位功能、檢測環境監控與二氧化碳濃度同時獲取的一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法，解決現有方法在複雜多變環境下易丟失重要信息，且與檢測二氧化碳濃度無法實現時間同步分析的問題。
[0005]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置，該裝置包括中央處理器模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝像機、數據存儲器、控制按鍵面板、液晶顯示模塊、RS-232通訊接口模塊和電源模塊，其中，二氧化碳濃度檢測模塊包括濃度傳感器及其信號放大電路，GPS定位模塊包括GPS接收機及其GPS天線；
[0006]所述的中央處理器模塊通過通訊接口電路連接二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝像機、數據存儲器、控制按鍵面板、液晶顯示模塊、RS-232通訊接口模塊和電源模塊；所述的微型攝像機通過數據線與數據存儲器相連接；
[0007]所述的電源模塊包括電池組和電源轉換電路，電源轉換電路分別與中央處理器、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝影機、液晶顯示模塊、數據存儲器連接。
[0008]所述的微型氣象站即為一種氣象數據綜合記錄儀，包括風速傳感器及其信號放大電路、風向傳感器及其信號放大電路、溫度傳感器及其信號放大電路、溼度傳感器及其信號放大電路、氣壓傳感器及其信號放大電路和太陽輻射傳感器及其信號放大電路，其中，各傳感器信號放大電路與氣象數據綜合記錄儀直接連接。
[0009]一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測方法，包括以下步驟:
[0010](I)打開電源，啟動裝置；
[0011](2)在人機互動界面選擇檢測模式，包括移動檢測和靜止檢測；
[0012](3)若選擇移動檢測模式，則新建存儲文件夾；若選擇靜止檢測模式，則先選擇是否設置檢測時長，如果不設置，則默認持續檢測直至出現意外或刻意停止檢測，而後新建存儲文件夾；
[0013](4)統一設置二氧化碳濃度傳感器、GPS定位模塊、微型氣象站採樣頻率；
[0014](5)按鍵控制面板控制中央處理器對存儲文件中各傳感器變量設置初始值；
[0015](6)啟動GPS，等待定位模式開啟，若GPS已能夠成功定位檢測起始點，則進行下一步操作，否則繼續等待；
[0016](7)啟動二氧化碳濃度傳感器、時鐘模式、微型氣象站和微型攝像機，交互界面自動提示「確定開啟攝像機？ 」，若選擇「是」，則進行下一步操作，否則關閉微型攝像機；
[0017](8)控制開始採集二氧化碳濃度數據和GPS地理位置信息，記錄檢測時間和各類氣象數據，並通過通訊接口傳送至中央處理器，微型攝像機開始監控檢測過程；
[0018](9)若處於移動檢測模式，則路線檢測完畢通過按鍵控制面板控制停止檢測並關閉各傳感器；若靜止檢測模式，則檢測時長到達自動停止或者人為控制停止檢測並關閉各傳感器；中央處理器通過通訊接口將處理後數據保存至存儲器，攝像機數據直接通過接口保存至存儲器；
[0019](10)在液晶顯示屏上顯示檢查數據是否正確，若是，則結束此次檢測退出，或者進行下一個檢測任務；否則，刪除數據，回到第4步，重複之後每一步驟重新檢測；
[0020](11)將二氧化碳濃度數據、地理位置信息、時間信息以及氣象數據通過通訊接口傳送至計算機系統進行分析處理，最終生成區域二氧化碳濃度的時空分布圖，藉助微型攝像機記錄的檢測現場環境影像數據分析驅動因子及來源識別。
[0021]有益效果，由於採用了上述方案，
[0022]①該裝置設有移動檢測和靜止檢測兩種檢測模式，所述的移動檢測通過車載或者機載用於線狀檢測大氣二氧化碳濃度，所述的靜止檢測用於指定特徵點檢測二氧化碳濃度，通過線狀和點狀檢測兩種檢測模式相結合，有利於區域二氧化碳時空分布分析。
[0023]②該裝置通過二氧化碳濃度檢測模塊、時鐘模塊、GPS定位模塊和微型氣象站可以同時獲取大氣二氧化碳濃度數據、檢測時間、地理位置信息和氣象數據，同時，該裝置還安裝有微型攝像機，在不同環境下可自主選擇是否開啟攝像機，在複雜多變的檢測環境下，可以利用攜帶的微型攝像機實時監控檢測環境的變化，有助於分析二氧化碳濃度變化驅動因子及碳來源識別；
[0024]③基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置及其方法設有用於用戶輸入信號的鍵盤，用戶可以根據不同檢測路線\點位或者檢測時間，新建不同文件夾存儲數據。
[0025]④通過RS-232通信接口可將存儲數據傳送至計算機系統進行處理和分析，在GIS軟體平臺對檢測數據進行處理，生成二氧化碳時空分布圖，可以藉助能夠表現檢測實驗現場環境的影像監控數據進行驅動因子分析和碳來源識別。[0026]⑤本發明在區域碳檢測以及碳核算分析工程中有廣闊的應用前景，為碳交易體系的構建、碳減排與區域低碳發展決策提供理論依據。
[0027]優點:能夠接收並存儲二氧化碳濃度傳感器發送的檢測數據、GPS接收機發送的地理位置數據、時鐘模塊記錄檢測的時間，以及微型氣象站發送的氣象數據和微型攝像機發送過來的實時檢測現場環境影像數據，將存儲的數據發送至計算機系統進行分析處理，最終生成區域大氣中二氧化碳時空分布圖來檢測區域二氧化碳濃度分布，然後藉助攝像機記錄實驗現場環境的影像數據分析驅動因子與來源識別，為區域碳核算、碳交易體系的構建與碳減排決策提供理論依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明所述裝置的總體結構框圖。
[0029]圖2是本發明所述裝置所述的微型氣象站結構框圖。
[0030]圖3是本發明所述裝置的檢測方法流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細描述:
[0032]實施例1:在圖1中，一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置，該裝置包括中央處理器模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝像機、數據存儲器、控制按鍵面板、液晶顯示模塊、RS-232通訊接口模塊和電源模塊，其中，二氧化碳濃度檢測模塊包括濃度傳感器及其信號放大電路，GPS定位模塊包括GPS接收機及其GPS天線；
[0033]所述的中央處理器模塊通過通訊接口電路連接二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝像機、數據存儲器、控制按鍵面板、液晶顯示模塊、RS-232通訊接口模塊和電源模塊；所述的微型攝像機通過數據線與數據存儲器相連接；
[0034]所述的電源模塊包括電池組和電源轉換電路，電源轉換電路分別與中央處理器、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝影機、液晶顯示模塊、數據存儲器連接。
[0035]所述的微型氣象站即為一種氣象數據綜合記錄儀，包括風速傳感器及其信號放大電路、風向傳感器及其信號放大電路、溫度傳感器及其信號放大電路、溼度傳感器及其信號放大電路、氣壓傳感器及其信號放大電路和太陽輻射傳感器及其信號放大電路，其中，各傳感器信號放大電路與氣象數據綜合記錄儀直接連接。
[0036]所述的微型攝像機通過數據線與數據存儲器相連接，微型攝像機獲得的監控數據直接通過通訊接口保存至存儲器中。
[0037]一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置各部件的功能分別是:
[0038]( I)二氧化碳濃度檢測模塊用來檢測採集大氣中二氧化碳濃度數據，GPS定位模塊用來獲取濃度檢測點的地理位置信息，時鐘模塊用來記錄檢測時間。
[0039](2)微型氣象站即為一種氣象數據綜合記錄儀，用來記錄檢測時刻的氣象數據，包括風速傳感器記錄風速數據、風向傳感器記錄風向數據、溫度傳感器記錄溫度數據、溼度傳感器記錄溼度數據、氣壓傳感器記錄氣壓值和太陽輻射傳感器記錄太陽輻射相關數據。[0040](3)微型攝像機用來記錄監控檢測實驗現場環境條件的影像數據，若檢測環境單一情況時，可不開啟攝像機；若檢測環境複雜且多變，則開啟該微型攝像機監控檢測環境，用來輔助後期分析二氧化碳濃度變化的驅動因子及其碳來源，為區域碳減排決策提供更為有力的事實依據。
[0041](4)中央處理器接收、處理二氧化碳濃度檢測模塊、時鐘模塊、GPS定位模塊以及微型氣象站發送過來的數據，將處理後的數據保存至數據存儲器中，通過控制信號將存儲器中數據傳送至液晶顯示模塊，以供用戶檢查數據的正確性。
[0042](5) RS-232通訊接口模塊用於檢測結束後向計算機系統傳輸數據，通過計算機來執行數據的後處理與應用。
[0043](6)數據存儲器用來存儲中央處理器模塊處理後的多傳感器數據，與微型攝像機直接連接保存攝像機的監控數據，數據存儲器存儲文件夾的新建方式可以通過用戶按鍵面板建立，也可按照檢測日期自動建立。
[0044](7)電源模塊用來向中央處理器模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝影機、液晶顯示模塊、數據存儲器提供電源，其中電池組提供穩壓電源，電源轉換電路將其轉換成所述部件各自所需的供電電源。
[0045]基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測方法，具體實施步驟如下:在圖2中，
[0046](I)打開電源，啟動裝置；
[0047](2)在人機互動界面選擇檢測模式，包括移動檢測和靜止檢測；
[0048](3)選擇移動檢測模式，而後新建存儲文件夾；
[0049](4)統一設置二氧化碳濃度傳感器、GPS定位模塊、微型氣象站採樣頻率；
[0050](5)按鍵控制面板控制中央處理器對存儲文件中各傳感器變量設置初始值；
[0051](6)啟動GPS，等待定位模式開啟，若GPS已能夠成功定位檢測起始點，則進行下一步操作，否則繼續等待；
[0052](7)啟動二氧化碳濃度傳感器、時鐘模式、微型氣象站和微型攝像機，交互界面自動提示「確定開啟攝像機？ 」，若選擇「是」，則進行下一步操作，否則關閉微型攝像機；
[0053](8)控制開始採集二氧化碳濃度數據和GPS地理位置信息，記錄檢測時間和各類氣象數據，並通過通訊接口傳送至中央處理器，微型攝像機開始監控檢測過程；
[0054](9)當路線檢測完畢通過按鍵控制面板控制停止檢測並關閉各傳感器，中央處理器通過通訊接口將處理後數據保存至存儲器，攝像機數據直接通過接口保存至存儲器；
[0055]( 10)在液晶顯示屏上顯示檢查數據是否正確，若是，則結束此次檢測退出，或者進行下一個檢測任務；否則，刪除數據，回到第4步，重複之後每一步驟重新檢測。
[0056](11)在適當的時候將二氧化碳濃度數據、地理位置信息、時間信息以及氣象數據通過通訊接口傳送至計算機系統進行分析處理，最終生成區域二氧化碳濃度的時空分布圖，藉助微型攝像機記錄的檢測現場環境影像數據分析驅動因子及來源識別，為區域碳核算、碳交易體系的構建與碳減排決策提供理論依據。
[0057]實施例2:與實施例1所不同的是:步驟(3)為:選擇靜止檢測模式，首先選擇是否設置檢測時長，如果不設置，則默認持續檢測直至出現意外或刻意停止檢測，然後新建存儲文件夾；步驟(9)中裝置停止檢測方式為:當檢測時長到達自動停止或者人為控制停止檢測並關閉各傳感器。其它與實施例1同。
【權利要求】
1.一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置，其特徵在於，區域二氧化碳濃度檢測裝置，該裝置包括中央處理器模塊、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝像機、數據存儲器、控制按鍵面板、液晶顯示模塊、RS-232通訊接口模塊和電源模塊，其中，二氧化碳濃度檢測模塊包括濃度傳感器及其信號放大電路，GPS定位模塊包括GPS接收機及其GPS天線； 所述的中央處理器模塊通過通訊接口電路連接二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝像機、數據存儲器、控制按鍵面板、液晶顯示模塊、RS-232通訊接口模塊和電源模塊；所述的微型攝像機通過數據線與數據存儲器相連接； 所述的電源模塊包括電池組和電源轉換電路，電源轉換電路分別與中央處理器、二氧化碳濃度檢測模塊、GPS定位模塊、時鐘模塊、微型氣象站、微型攝影機、液晶顯示模塊、數據存儲器連接。
2.根據權利要求1所述的一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置，其特徵在於，所述的微型氣象站即為一種氣象數據綜合記錄儀，包括風速傳感器及其信號放大電路、風向傳感器及其信號放大電路、溫度傳感器及其信號放大電路、溼度傳感器及其信號放大電路、氣壓傳感器及其信號放大電路和太陽輻射傳感器及其信號放大電路，其中，各傳感器信號放大電路與氣象數據綜合記錄儀直接連接。
3.根據權利要求1所述的一種基於多傳感器的區域二氧化碳濃度檢測裝置的方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)打開電源，啟動裝置； (2)在人機互動界面選擇檢測模式，包括移動檢測和靜止檢測； (3)若選擇移動檢測模式，則新建存儲文件夾；若選擇靜止檢測模式，則先選擇是否設置檢測時長，如果不設置，則 默認持續檢測直至出現意外或刻意停止檢測，而後新建存儲文件夾； (4)統一設置二氧化碳濃度傳感器、GPS定位模塊、微型氣象站採樣頻率； (5)按鍵控制面板控制中央處理器對存儲文件中各傳感器變量設置初始值； (6)啟動GPS，等待定位模式開啟，若GPS已能夠成功定位檢測起始點，則進行下一步操作，否則繼續等待； (7)啟動二氧化碳濃度傳感器、時鐘模式、微型氣象站和微型攝像機，交互界面自動提示「確定開啟攝像機？ 」，若選擇「是」，則進行下一步操作，否則關閉微型攝像機； (8)控制開始採集二氧化碳濃度數據和GPS地理位置信息，記錄檢測時間和各類氣象數據，並通過通訊接口傳送至中央處理器，微型攝像機開始監控檢測過程； (9)若處於移動檢測模式，則路線檢測完畢通過按鍵控制面板控制停止檢測並關閉各傳感器；若靜止檢測模式，則檢測時長到達自動停止或者人為控制停止檢測並關閉各傳感器；中央處理器通過通訊接口將處理後數據保存至存儲器，攝像機數據直接通過接口保存至存儲器； (10)在液晶顯示屏上顯示檢查數據是否正確，若是，則結束此次檢測退出，或者進行下一個檢測任務；否則，刪除數據，回到第4步，重複之後每一步驟重新檢測； (11)將二氧化碳濃度數據、地理位置信息、時間信息以及氣象數據通過通訊接口傳送至計算機系統進行分析處理，最終生成區域二氧化碳濃度的時空分布圖，藉助微型攝像機記錄的檢測現場環境影像 數據分析驅動因子及來源識別。
【文檔編號】G01N33/00GK103776970SQ201410017125
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月15日 優先權日:2014年1月15日
【發明者】王堅, 劉春燕, 汪雲甲 申請人:中國礦業大學