多功能空氣環境監測控制裝置的製作方法

2023-05-02 16:28:01 1

專利名稱：多功能空氣環境監測控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多功能空氣環境監測控制裝置，更加具體地說， 涉及一種監測控制空氣環境並且將監測到的數據指標通過自身擁有的
LED或LCD方式顯示並可直接控制外部的空氣處理設備來調節空氣環 境，同時還可以傳送至其它設備或公示系統。
背景技術：
室內空氣品質(Indoor Air Quality-IAQ)是一個綜合性指標，它涉 及到室內多種氣體及各種低濃度汙染，室內汙染雖然可能濃度很低， 但會使人們在不知不覺地被動地吸入，這種低濃度汙染長期對人的幹 擾會導致植物神經紊亂，免疫力減退，造成在行為上和功能上的變化， 對人潛在的危害是無法估量的。因此室內空氣品質的實時監控是保證 良好室內空氣環境的一個重要部分。
混合氣體傳感器(稱為TVOC傳感器)對空氣中的VOC含量(揮 發性有機化合物，如木材塗料及其它建築產品所散發出的甲苯，甲醛)， 以及其它空氣汙染物如香菸煙霧，氨氣和硫化氫氣體具有高靈敏度。 同時，它對一氧化碳，酒精，天然氣，二氧化硫，硫化氫和人體氣味 也具有很高靈敏度。所以，相比其它單一種氣體傳感器來說，它更適 合用於長期監控室內空氣。
在相對封閉的室內場所如公共場所、家庭、辦公室、車箱內等， 尤其是公共場所中，比如大型商業中心等地，由於人們處於一個相對 封閉的空間中，空氣流動程度不如在戶外高，所以汙染物易於在空氣 中累積。這時，採用顯示屏來顯示空氣中的汙染物及其濃度，以使人 們可以清楚地知道自身所處的環境情況。圖1示出了一種現有技術的化學性氣體變送器，其包括中央處理
部分10，一個傳感器11，輸出部分12，電源部分13。其中，傳感器 11感應的模擬量信號被傳送給中央處理部分10，中央處理部分10將 模擬信號經自身的A/D轉換處理，將傳感器ll傳來的模擬信號轉化成 數位訊號，由輸出部分經D/A轉換為模擬信號送到DDC或其他設備， 由DDC或其他設備來控制設備，例如，風機等。從而達到控制空氣質 量的目的。
以上的多功能空氣環境監測控制裝置能夠通過傳感器檢測空氣中 的某種氣體濃度，並通過輸出部分輸出線性模擬量，傳輸給DDC或其 他設備。其電源部分通常為24VAC，這就要求安裝現場必須存在24VAC 電源，給應用帶來不便。該設備不能用作控制器以PID調節的方式進 行輸出，而且沒有工作模式按鍵轉換，開關量輸出無法進行現場直接控 制，例如，控制新風、通風設備等。如要控制則需接其他設備。另外， 環境對傳感器的影響，例如，環境的溫溼度、海拔高度等，並沒有進 行自動修正，這就勢必會影響到設備在不同的環境中測量精度，與氣 體濃度的真實值存在一定的誤差。從而造成了系統測量精度差，結構 單一，用戶使用的不便。同時由於傳感器的單一，如果要監測空氣中 不同氣體的濃度，需要分別安裝不同種類的變送器。這樣迅速的增加 了成本，而且造成了安裝上不便。增加了不安全因素。並且不能對控 制方式通過按鍵進行選擇，限制了應用的靈活性。

發明內容
因此，本發明意在解決由於現有技術的缺陷引起的一個或多個問題。
本發明的目的是提供一種多功能空氣環境監測控制裝置，其能夠 將檢測到的環境參數進行數據處理，以便直接輸出到其它設備或計算 機，被直接使用。提供了一種雙向通信的可能。也可通過自身擁有的指示部件LED或LCD迸行顯示，並通過自身的輸出部件來控制空氣質 量調節設備，從而達到調節被監測空間的空氣品質，或當某一氣體的 濃度超過設定值時進行報警。
本發明的另一個目的是提供一種多功能空氣環境監測控制裝置 (化學類傳感器包括，單一種氣體的傳感器，混合型氣體傳感器，多 個氣體傳感器，物理傳感器包括溫度，溼度傳感器)其能夠將檢測到 的環境參數進行數據處理，以便直接輸出到其它設備或計算機，以被 直接使用。或通過自身的輸出部件來控制空氣品質調節設備，從而達. 到調節被監測空間的空氣品質。也可通過自身擁有的指示部件LED或 LCD進行顯示
本發明的目的是提供一種功多功能空氣環境監測控制裝置，其能 夠和外接設備雙向通信，也可以通過自身擁有的顯示設備(LED指示 燈或LCD)，直接進行數據顯示。或通過自身的輸出部件來控制空氣 質量調節設備，例如，風機等。
根據本發明的目的，提供了一種多功能空氣環境監測控制裝置， 其包括傳感器部件，其是感應周圍空氣的環境參數並以模擬量或脈衝 輸出該參數的傳感器；中央處理器部件，其是集成晶片結構的處理器， 將傳感器檢測到的信號轉換為數字數據，並進行一系列的數據處理； 操作部件，其是採用按鍵調節，轉換工作模式，顯示部件，其是將轉 換的後的數字數據指示或顯示出來；輸出部件，根據需要的設定輸出 相應的電信號以供應用包括，線性輸出、PID調節輸出、開關輸出；電 源部件，其是向多功能空氣環境監測控制裝置的各個部件提供能量的 電源；通信部件，其是和中央處理部件及其它外接設備通信的通信接 口，從而傳送中央處理器部分的數字數據到外接設備，並同時可接收 外部指令對傳感器參數進行設定及修正，
根據本發明的目的，提供了一種多功能空氣環境監測控制裝置，其包括傳感器部件，其是感應周圍空氣的環境一種或多種參數並以模
擬量或脈衝輸出該參數的傳感器；中央處理器部件，其是集成晶片結 構的處理器，將傳感器檢測到的信號轉換為數字數據；電源部件，其 是向多功能空氣環境監測控制裝置的各個部件提供能量的電源；顯示 部件，其是指示或顯示空氣中空氣的各種參數值；輸出部件，根據需 要的設定輸出相應的電信號以供應用，包括，線性輸出、PID調節輸出、 開關輸出，蜂鳴器報警；通信部件，其是和中央處理部件及其它外接 設備通信的通信接口，從而傳送中央處理器部分的數字數據到外接設 備，並同時可接收外部指令對傳感器參數進行設定及修正。
根據本發明，該多功能空氣環境監測控制裝置，可以將感應到的 環境中的多項空氣品質參數，經處理後提供給顯示設備，或通過自身 LED指示燈或LCD顯示出來，顯示結果一目了然。並具有報警功能。 適用於長期在線監測，實時監控。從而簡化了系統結構並便於用戶使 用。
優選地，採用多功能高集成度的嵌入式微處理單片機實現本發明 的多功能空氣環境監測控制裝置以實時處理數據。
優選地，本發明的多個單一傳感器可集中在一個多功能空氣環境 監測控制裝置中。
優選地，本發明具有通信接口，並通過通信接口實現相互通信。 從而將處理的數據發送到相應接口的外圍網絡，並且從外圍網絡接收
"f曰息。
這樣，通過多功能空氣環境監測控制裝置，對於數據的處理以及 傳送到外圍處理設備以便集中監控，可以增強系統的功能。並且，通 過多功能空氣環境監測控制裝置自身擁有的顯示設備進行實時顯示， 可以增強系統的可用性。另外，通過多功能空氣環境監測控制裝置的輸出裝置直接控制空 氣調節設備，應用靈活，並且，通過多功能空氣環境監測控制裝置的 操作裝置直接控制不同功能調節設備。
此外，通過多功能空氣環境監測控制裝置的通訊裝置，可長期在 線監控，實時控制空氣品質，實時報警提示。
綜上所述，通過多功能空氣環境監測控制裝置的傳感器部分安裝 為混合器體傳感器，可同時檢測不同氣體的綜合性指標。並且，本發 明的多功能空氣環境監測控制裝置，可以實現方便安裝，並且同時可 以監控遠程設置的傳感器感應到的空氣環境數據，以便於不同用戶操 作。


圖1是現有技術的氣體變送器的示例性框圖2是根據本發明的多功能空氣環境監測控制裝置的原理框具體實施例方式
下面將參考附圖詳細描述本發明的具體實施例。
圖2是根據本發明的多功能空氣環境監測控制裝置的原理框圖。
如圖2所示，本發明的多功能空氣環境監測控制裝置主要包括 中央處理部分100，顯示部分101，傳感器部分102，輸出部分103， 通訊部分104，電源部分105，操作部件106。
根據本發明，該多功能空氣環境監測控制裝置具有一個或多個單 一氣體傳感器或混合氣體傳感器102，例如，其可以為 C02+CO(VOC/03/S02/HCHO)+溫度+溼度網絡多功能空氣環境監測控制裝置，或VOC多功能空氣環境監測控制裝置，或其他種類網絡多功
能空氣環境監測控制裝置，比如F2000TSM-IAQ-S401-N。該多功能空 氣環境監測控制裝置102可以採用化學類傳感器，例如，C02， CO， VOC， 03， S02， HCHO等傳感器和物理類傳感器，例如，NTC熱敏 電阻、HS系列電容溼度傳感器監測空氣中的各種氣體的濃度，以及空 氣的溫度和溼度。該多功能空氣環境監測控制裝置還包括智能AVR芯 片、高速MAX487E通信晶片等，從而將傳感器部分102採集的被監測 場所空間中的各種氣體的濃度、溫度、溼度原始數據經過處理後通過 其自身的通信接口傳送到中央處理部分100。在本發明中，中央處理部 分100將環境參數的原始數據，通過本身的嵌入式微處理單片機進行 A/D轉換及線性化、濾波等數據處理，得到相應環境參數的測量值， 再通過RS485通信接口部分104直接輸出。或中央處理部分100將環 境參數的原始數據處理成可顯示的數據格式通過顯示部分101進行顯 示。中央處理部分100根據環境參數的原始數據和預先的設定通過輸 出部分104輸出相應的電信號以供應用。中央處理部分100根據操作 部分106(感應開關或其他按鍵)的操作來控制輸出部分103開關狀態， 例如，常開、常閉、自動控制。
下面將參考圖2詳細描述本發明的各個部分。
如圖2所示，本發明的多功能空氣環境監測控制裝置包括中央處 理器部分100，顯示部分101，傳感器部分102，輸出部分103，通信 部分104，電源部分105，操作部分106。
在本發明的特定實施例中，中央處理部分100為集成式晶片結構， 例如，AVR系列單片機，以對傳感器部分102感應到的數據進行處理。 電源部分105適用於寬泛的電壓輸入，例如，市電電源220VAC或 12V-40VAC/VDC，其可以採用高性能的電源管理晶片，從而達到降低 電源溫度的效果，以減少溫度對傳感器的幹擾。通信部分104，可包括 一路RS485接口，從而可和其他控制設備進行數據通信。操作部分106為高性能的感應晶片，來替代傳統意義上的按健。對設備進行操作。根
據需要，傳感器部分102可包括化學類，例如，二氧化碳(C02)、 一 氧化碳(CO)、混合氣體(VOC多種氣體的綜合性指標)臭氧(03) 二氧化硫(S02)、甲醛(HCHO)等傳感器，物理類，例如，溫度、 溼度等傳感器，以上傳感器可以是本領域普通技術人員公知的傳感器， 因此，在這裡將不進行詳細描述。
在該多功能空氣環境監測控制裝置中，將通過二氧化碳(C02)、 一氧化碳(CO)、混合氣體(VOC)、臭氧(03) 、 二氧化硫(S02)、 甲醛(HCHO)、溫度、溼度等傳感器採集來的原始數據由中央處理部 分100進行處理，並將處理完的數據通過RS485接口提供給其他控制 設備。或通過顯示部分101進行顯示，並控制輸出部分103進行電信 號輸出或報警輸出。輸出部分103可包括開關輸出和經D/A轉換後的 線性輸出或PID調節輸出，根據不同的需要來選擇。
根據本發明，多功能空氣環境監測控制裝置內部採用嵌入式微處 理單片機進行數據處理，將採集得到的環境參數經過轉換計算後，再 傳送給其它處理設備，可通過自身擁有的指示部件LED或LCD進行顯
示，或處理後進行輸出控制。因此，由於多功能空氣環境監測控制裝 置本身已經對數據進行了計算處理，多功能空氣環境監測控制裝置也 可以通過RS485接口將數據直接傳送至PC機或其它外圍處理設備和通 信設備。
例如，該多功能空氣環境監測控制裝置可以具有雙向傳輸的數字 接口，不僅可將傳感器檢測的信號經處理後傳輸給其它設備，並同時 通過這個雙向通信數據通信接口，可對該多功能空氣環境監測控制裝 置進行測量參數的設定及修正，包括進行對使用環境中大氣壓力的補 償等。由於採用數據通信接口從而可以長距離傳輸數據，可多臺多功 能空氣環境監測控制裝置與計算機或其它設備聯接。另外，本領域技術人員可知，在本發明中，根據具體的需要，可 以將多個單個氣體傳感器或混合氣體傳感器集成起來，提高裝置的集 成度，簡化裝置構造，降低製造成本。
下面，將就多功能空氣環境監測控制裝置的部分被測對象環境 一氧化碳(CO)濃度、環境二氧化碳(C02)、環境混合氣體(VOC)、
環境臭氧(03)、環境甲醛(HCHO)、環境二氧化硫(S02)濃度、 環境溫度、環境溼度描述本發明的多功能空氣環境監測控制裝置的處 理流程。
1. 環境一氧化碳(CO)濃度操作流程如下-CO傳感器檢測環境空氣中的CO濃度，並轉換成電壓信號；將電
壓信號傳送到放大器，經中央處理器本身的AD轉換電路轉換成數字信 號並進行處理；並將處理後的數據信號通過自身擁有的顯示部分進行 顯示，或通過通訊接口傳輸給其他設備。同時可以通過與(CO)預設 值進行比較輸出控制。
2. 環境二氧化碳(C02)濃度操作流程如下 C02傳感器模塊檢測環境空氣中的C02濃度，並輸出數據信號；
中央處理器通過串口讀取模塊數據進行處理，並將處理後的數據信號 通過自身擁有的顯示部分進行顯示，或通過通訊接口傳輸給其他設備。 同時可以通過與(C02)預設值進行比較輸出控制。
3. 環境混合氣體(VOC)濃度操作流程如下
VOC傳感器檢測公共場所被測氣體中的混合氣體濃度(多種氣體 的綜合性指標)，並轉換成電壓信號；將電壓信號傳送到放大器，經中 央處理器本身的AD轉換電路轉換成數位訊號並進行處理；並將處理後 的數據信號通過自身擁有的顯示部分進行顯示，或通過通訊接口傳輸 給其他設備。同時可以通過與(VOC)預設值進行比較輸出控制。4. 環境臭氧(03)濃度操作流程如下
03傳感器檢測公共場所被測氣體中的03濃度，並轉換成電壓信 號；將電壓信號傳送到放大器，經中央處理器本身的AD轉換電路轉換
成數位訊號並進行處理；並將處理後的數據信號通過自身擁有的顯示 部分進行顯示，或通過通訊接口傳輸給其他設備。同時可以通過與(03) 預設值進行比較輸出控制。
5. 環境甲醛(HCHO)濃度操作流程如下
甲醛(HCHO)傳感器檢測公共場所被測氣體中的HCHO濃度， 並轉換成電壓信號；將電壓信號傳送到放大器，經中央處理器本身的 AD轉換電路轉換成數位訊號並進行處理；並將處理後的數據信號通過 自身擁有的顯示部分進行顯示，或通過通訊接口傳輸給其他設備。同 時可以通過與(HCHO)預設值進行比較輸出控制。
6. 環境二氧化硫(S02)濃度操作流程如下 S02傳感器檢測公共場所被測氣體中的S02濃度，並轉換成電壓
信號；將電壓信號傳送到放大器，經中央處理器本身的AD轉換電路轉 換成數位訊號並進行處理；並將處理後的數據信號通過自身擁有的顯 示部分進行顯示，或通過通訊接口傳輸給其他設備。同時可以通過與 (S02)預設值進行比較輸出控制。
7. 環境溫度操作流程如下
溫度傳感器檢測公共場所被測環境溫度，並轉換成電壓信號；將 電壓信號傳送到放大器，經中央處理器本身的AD轉換電路轉換成數字
信號並進行處理；並將處理後的數據信號通過自身擁有的顯示部分進 行顯示，或通過通訊接口傳輸給其他設備。同時可以通過與預設的溫 度值進行比較輸出控制。
8. 環境溼度操作流程如下
溼度傳感器檢測公共場所被測環境溼度，經頻率轉換電路轉換成頻率信號；中央處理器監測頻率信號並進行處理，並將處理後的數據 信號通過自身擁有的顯示部分進行顯示，或通過通訊接口傳輸給其他 設備。同時可以通過與預設的溼度值進行比較輸出控制。
通過上面所述，在本發明中，採用多功能高集成度的嵌入式微處 理單片機實現多功能空氣環境監測控制裝置，從而實時處理數據，並 且，本發明能夠將多個傳感器集成在一個多功能空氣環境監測控制裝 置中，或應用一個混合氣體傳感器，同時監測氣體中的多種氣體濃度， 從而節省了製造成本。並且，在生產過程當中，可以一個多功能空氣 環境監測控制裝置中的多個傳感器進行互相校驗，提高了校驗的準確 度和所需時間。完成數據的處理功能及控制顯示功能使得結構簡化， 方便安裝，降低造價。
綜上所述，通過本發明，可使產品集成度高、構成簡單、體積減 小；降低產品應用難度(包括安裝和操作)，從而使該產品可以在多 種場所得到廣泛應用。
另外，通過對監測到的空氣環境數據進行處理，並發送到外圍處 理設備，本發明可以顯著提高系統的處理性能，同時可以實現整個空 氣環境監測的網絡化，便於數據的遠程採集和集中管理。
權利要求
1. 一種多功能空氣環境監測控制裝置，包括傳感器部件，其感應周圍空氣的環境一種或多種參數並以模擬量或數字量或頻率輸出該參數；中央處理器部件，其是集成晶片結構的處理器，將傳感器檢測的信號直接轉換為數位訊號輸出；電源部件，其是向多功能空氣環境監測控制裝置的各個部件提供能量的電源；操作部件，其由用戶操作，輸入指令以對裝置進行控制；顯示部件，其將監測到的空氣品質指標顯示給用戶；輸出部件，其通過輸出接口向外界提供數據和指令輸出；通信部件，其是中央處理部件及其它外部設備通信的雙向通信接口，從而傳送中央處理器部分的數字數據到其它外部設備，並從外部接收數據和指令。
2. 如權利要求l所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其特徵在 於，該傳感器部件包括化學類氣體傳感器和物理傳感器。
3. 如權利要求2所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其特徵在 於，該化學類氣體傳感器是一個或多個測量單一氣體的傳感器，或者 混合型氣體傳感器。
4. 如權利要求2所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其中，該 物理傳感器包括溫度傳感器，溼度傳感器中的至少一個或多個。
5. 如權利要求l所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其特徵在 於，該中央處理器部件是嵌入式微處理單片機。
6. 如權利要求l所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其特徵在於，該操作部件採用感應式觸摸按鍵或其它按鍵調節，以轉換裝置的 工作模式。
7. 如權利要求l所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其特徵在於，該顯示部件將監測到的空氣品質指標通過LED或LCD方式顯示。
8. 如權利要求l所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其中，該 輸出部件迸一步報警部件，其當監測到的空氣品質指標超出指標時通 過聲音提示報警。
9. 如權利要求l所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其特徵在 於，該輸出部件進一步包括D/A轉換部件，其向中央處理部件及其它 外接設備提供模擬量輸出接口。
10. 如權利要求1所述的多功能空氣環境監測控制裝置，其特徵 在於，該輸出部件進一步包括開關輸出控制部件，其向中央處理部件 及其它外部設備提供開關控制接口。
全文摘要
根據本發明，公開了一種多功能空氣環境監測控制裝置，包括傳感器部件，其感應周圍空氣的環境一種或多種參數並以模擬量或數字量或頻率輸出該參數；中央處理器部件，其將傳感器檢測的信號進行處理輸出；電源部件，其向多功能空氣環境監測控制裝置的各個部件提供能量；操作部件，其由用戶操作，輸入指令以對裝置進行控制；顯示部件；輸出部件；和通信部件，其是雙向通信接口，從而傳送中央處理器部分的數字數據到其它外部設備，並從外部接收數據和指令。通過本發明的多功能空氣環境監測控制裝置，可以分別監測控制環境中的單一種氣體或混合型氣體，並將監測到的空氣品質指標進行顯示，並直接控制或傳輸給其它設備，而便於用戶使用。
文檔編號G01N15/00GK101413961SQ20071017612
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月19日 優先權日2007年10月19日
發明者郗曉言 申請人:北京中立格林控制技術有限公司