一種手機控制型粉塵傳感器監測系統及其使用方法
2023-09-18 07:59:50 2
一種手機控制型粉塵傳感器監測系統及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種手機控制型粉塵傳感器監測系統及其使用方法，該系統包括通過藍牙模塊連接的手機客戶端和粉塵儀本體，粉塵儀本體包括單片機、採樣泵、切換閥和節流閥、散射光檢測腔、接收部和控制器；單片機通過恆流控制器與採樣泵電連接，採樣泵的出口與切換閥的入口連接，切換閥和節流閥的出口依次經三通、散射光檢測腔和過濾器與採樣泵的入口連接；散射光檢測腔的一側設置有光源，接收部設置在另一側；接收部經放大及模數轉換電路連接單片機，單片機再經數字電位器連接放大及模數轉換電路；控制器通過三個驅動器分別連接節流閥、切換閥和步進電機，步進電機順序連接執行機構和標準散射板。本發明能進行零點校準及測量校準，可以有效消除溼度幹擾、溫度影響、零點漂移以及系統誤差，提高粉塵傳感器的穩定性和可靠性。
【專利說明】一種手機控制型粉塵傳感器監測系統及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種粉塵傳感器監測系統，具體涉及一種通過藍牙與手機無線連接，並由手機代替面板進行操作控制的高穩定、高可靠的手機控制型粉塵傳感器監測系統及其使用方法。
【背景技術】
[0002]目前，國內、外所有的快速粉塵(顆粒物)測定儀器，比如環保系統廣泛使用的錐體振蕩天平顆粒物測定儀，還有公共場所、勞動作業現場及室內、外環境監測廣泛使用的各種光散射式測(粉)塵儀以及各種型號的β射線法測塵儀器，都不具備手機控制功能。同時，上述各種粉塵監測儀器在室外惡劣環境下不能長期連續在線運行，並存在由於溼度幹擾、溫度漂移、時間漂移所引起的儀器不穩定的技術問題。
【發明內容】
[0003]針對上述問題，本發明的目的是一種能夠有效消除溼度幹擾、溫度影響、零點漂移以及系統誤差的手機控制型粉塵傳感器監測系統及其使用方法。
[0004]為實現上述目的，本發明採取以下技術方案:一種手機控制型粉塵傳感器監測系統，其特徵在於，該監測系統包括手機客戶端和粉塵儀本體，其中粉塵儀本體包括單片機、採樣泵、切換閥和節流閥、散射光檢測腔、接收部和控制器；所述手機客戶端通過藍牙通訊模塊與所述粉塵儀本體的單片機進行信息交互，實現所述手機客戶端對所述粉塵儀本體的無線控制及數據顯示；所述單片機通過一恆流控制器與所述採樣泵電連接，所述恆流控制器在驅動所述採樣泵的同時，獲取所述採樣泵的流量信息並反饋給所述單片機，所述單片機根據所述採樣泵的流量信息來調整所述採樣泵的運行參數，以使所述採樣泵以恆定流量採樣；所述切換閥具有一個入口和兩個出口，其入口連接所述採樣泵的出口，其中一出口通過三通連接所述散射光檢測腔的入口，所述散射光檢測腔的出口經一過濾器連接所述採樣泵的入口，以構成校零氣體迴路；所述切換閥的另一出口則與大氣連通，並在受控切換後成為排氣口 ；所述節流閥的入口連通大氣以作為採樣氣體入口，其出口通過所述三通連接所述散射光檢測腔的入口，採樣氣體經所述散射光檢測腔、過濾器、採樣泵後通過所述切換閥的排氣口排入大氣，以形成採樣氣路；所述散射光檢測腔的一側設置有一光源，所述接收部則設置在與所述光源相對的所述散射光檢測腔的另一側；所述接收部通過其上的光電傳感器將所述散射光檢測腔發出的散射光信號轉換為電信號，該電信號經一放大及模數轉換電路處理後傳送給所述單片機，所述單片機再通過一數字電位器連接所述放大及模數轉換電路；所述控制器的輸出端分為三路，第一路通過第一驅動器與所述節流閥電連接，第二路通過第二驅動器與所述切換閥電連接，第三路則通過第三驅動器連接一步進電機，所述步進電機的輸出端順序連接一執行機構和一標準散射板，所述標準散射板能通過所述執行機構送入/撤出所述散射光檢測腔。
[0005]在一個優選的實施例中，所述單片機還連接一溼度傳感器，同時在所述手機客戶端設置開啟/關閉溼度修正功能；所述溼度傳感器實時監測現場溼度，當所述單片機接收到所述手機客戶端的開啟溼度修正功能指令時，所述單片機根據溼度影響修正函數對測量值進行修正。
[0006]在一個優選的實施例中，在所述接收部上還設置有由溫度傳感器和貼片電阻作為微型加熱器組成的恆溫控制器。
[0007]在一個優選的實施例中，在所述單片機上還預置有使遠程PC機與所述粉塵儀本體實現雙向通訊的上位機通訊接口。
[0008]在一個優選的實施例中，所述手機客戶端通過所述藍牙通訊模塊同時與兩臺以上所述粉塵儀本體連接。
[0009]一種上述手機控制型粉塵傳感器監測系統的使用方法，其包括以下步驟:
[0010]I)用戶通過手機客戶端設置粉塵儀本體的操作參數，並通過藍牙通訊模塊將操作參數傳輸給單片機；
[0011]2)單片機通過恆流控制器控制採樣泵將採樣氣體吸入，同時從恆流控制器獲取採樣流量數據以調整採樣泵的運行參數，使採樣泵以恆定流量採樣；含有粉塵顆粒物的採樣氣體經節流閥進入散射光檢測腔，在光源照射下產生散射光，接收部上的光電傳感器將其轉換為電信號，該電信號經放大及模數轉換電路處理後傳送給單片機，由單片機完成數據處理和輸出管理，並將得到的數據通過藍牙通訊模塊傳送給手機客戶端進行顯示，供用戶查看；從散射光檢測腔流出的採樣氣體經過過濾器過濾後進入採樣泵，最後經切換閥的排氣口排入大氣；
[0012]3)控制器按內置程序定期執行零點校準及測量校準程序:
[0013]①當執行零點校準程序時，控制器控制第一驅動器關斷節流閥，同時控制第二驅動器關斷切換閥的排氣口 ；此時採樣氣體進口被切斷，校零氣體迴路被接通，採樣泵將經過過濾器過濾的清潔空氣經校零氣體迴路和切換閥送入散射光檢測腔；光源經散射光檢測腔後形成的散射光被接收部接收，經放大及模數轉換電路處理後傳輸給單片機，單片機保存清潔氣體的測量值作為實際零值，在下次測量時單片機將在測量值中減去該實際零值從而實現零點校準；
[0014]②按上述零點校準程序完成校零後，執行測量校準程序:首先控制器控制第三驅動器驅動步進電機運行，執行機構將校準用標準散射板送入散射光檢測腔內部，光源經標準散射板後形成的散射光由接收部接收，經放大及模數轉換電路處理後傳輸給單片機；然後單片機將標準散射板的實際測量值與其出廠標定值進行比較，當實際測量值與出廠標定值的誤差超出規定範圍時，單片機按與偏差相反的方向調整數字電位器，以調整放大及模數轉換電路的電參數；經過若干次測量-比較-調整後，使得標準散射板的實際測量值與出廠標定值誤差在規定範圍內，完成粉塵儀本體的自動校準；在完成粉塵儀本體校準後，控制器再次控制第三驅動器驅動步進電機運行，執行機構將標準散射板從散射光檢測腔中撤出回到初始位置；最後控制器控制驅動器第二使切換閥回位，將採樣泵的出口與切換閥的排氣口接通，同時控制第一驅動器開啟節流閥，採樣氣路被接通，至此完成測量校準程序。
[0015]在上述步驟I)中，操作參數包括採樣時間、採樣周期和質量濃度轉換係數。
[0016]在一個優選的實施例中，單片機還連接一溼度傳感器，同時在手機客戶端設置開啟/關閉溼度修正功能；溼度傳感器實時監測現場溼度，當單片機接收到手機客戶端的開啟溼度修正功能指令時，單片機根據溼度影響修正函數對測量值進行修正。
[0017]在一個優選的實施例中，將一部手機客戶端通過藍牙通訊模塊同時與兩臺以上粉塵儀本體連接，以通過一部手機客戶端實現多臺粉塵儀本體的無線控制及數據顯示。
[0018]本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明將粉塵儀本體中的單片機與手機客戶端通過藍牙通訊模塊連接，並可以通過I部手機實現多臺粉塵儀本體的無線控制及數據顯示，從而構建成一種在粉塵儀本體上無顯示窗及控制鍵的粉塵傳感器，適合接入在線監測系統作為傳感器使用，同時方便本地維護。2、本發明的單片機還連接一溼度傳感器，溼度傳感器實時監測現場溼度，當單片機接收到手機客戶端的溼度修正指令時，單片機根據溼度值用修正函數對測量值進行修正，以消除溼度對粉塵顆粒物濃度測量的幹擾，提高測量值的準確性。3、本發明在粉塵儀本體的接收部增加由溫度傳感器和貼片電阻微型加熱器組成的恆溫控制器，以提高接收部上的光電轉換器件的耐低溫性能，保證粉塵傳感器在室外冬季惡劣環境下穩定可靠的在線運行。4、本發明增加了校零氣體迴路及由控制器、節流閥和切換閥組成的切換控制電路，能夠根據程序設定的校準周期實現粉塵儀本體輸出與輸入氣路的閉合與斷開的自動切換，從而將粉塵儀本體的氣路自動切換到校零氣體迴路進行零值的在線自動校準，以消除粉塵傳感器的零點漂移對測量準確性的影響，提高粉塵儀傳感器的穩定性。5、本發明通過步進電機和執行機構連接一標準散射板，能夠根據程序設定的校準周期自動將該標準散射板自動切換到光散射區，在比較標準散射板的實際測量值與其出廠標定值後，通過數字電位器自動調節放大及模數轉換電路的電參數，從而實現測量電路的自動校準，以消除時漂、溫漂等引起的系統誤差，提高粉塵傳感器的穩定性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]以下結合附圖來對本發明進行詳細的描繪。然而應當理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發明，它們不應該理解成對本發明的限制。
[0020]圖1是本發明粉塵傳感器監測系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。
[0022]如圖1所示，本發明提供的粉塵傳感器監測系統包括手機客戶端100和粉塵儀本體200，其中粉塵儀本體200包括單片機1、採樣泵2、切換閥3和節流閥4、散射光檢測腔5、接收部6和控制器7。手機客戶端100通過藍牙通訊模塊8與粉塵儀本體200的單片機I進行信息交互，以實現手機客戶端100對粉塵儀本體200的無線控制及數據顯示。
[0023]單片機I通過恆流控制器9與採樣泵2電連接，恆流控制器9在驅動採樣泵2的同時，獲取採樣泵2的流量信息並反饋給單片機I以採樣泵2的運行參數，保證採樣泵2以恆定流量採樣。切換閥3具有一個入口和兩個出口，其入口連接採樣泵2的出口，其中一出口通過三通10連接散射光檢測腔5的入口，散射光檢測腔5的出口經過濾器11連接採樣泵2的入口，從而構成校零氣體迴路。切換閥3的另一出口則與大氣連通，並在受控切換後成為排氣口。節流閥4的入口連通大氣以作為採樣氣體入口，其出口通過三通10連接散射光檢測腔5的入口，採樣氣體經散射光檢測腔5、過濾器11、採樣泵2後通過切換閥3的排氣口排入大氣，從而形成採樣氣路。散射光檢測腔5的一側設置有光源12，接收部6則設置在與光源12相對的散射光檢測腔5的另一側。接收部6通過其上的光電傳感器(圖中未示出)將散射光檢測腔5發出的散射光信號轉換為電信號，該電信號經放大及模數轉換電路13處理後傳送給單片機1，單片機I再通過一數字電位器14連接放大及模數轉換電路13，以調整放大及模數轉換電路13的電參數。控制器7的輸出端分為三路，第一路通過驅動器15與節流閥4電連接，第二路通過驅動器16與切換閥3電連接，第三路則通過驅動器17連接一步進電機18，步進電機18的輸出端順序連接一執行機構19和一標準散射板20，並通過該執行機構19將標準散射板20送入/撤出散射光檢測腔5。
[0024]根據上述實施例中提供的粉塵傳感器監測系統，本發明還提供了一種該粉塵傳感器監測系統的使用方法，其包括以下步驟:
[0025]I)用戶通過手機客戶端100設置粉塵儀本體200的操作參數，包括採樣時間、採樣周期和質量濃度轉換係數等參數，並通過藍牙通訊模塊8將上述操作參數傳輸給單片機I。
[0026]2)單片機I通過恆流控制器9控制採樣泵2將採樣氣體吸入，同時從恆流控制器9獲取採樣流量數據以調整採樣泵2的運行參數，使採樣泵2以恆定流量採樣以保證切割曲線的正確，進而保證測量值的準確。含有粉塵顆粒物的採樣氣體經節流閥4進入散射光檢測腔5，在光源12照射下產生散射光，接收部6上的光電傳感器將其轉換為電信號，該電信號經放大及模數轉換電路13處理後傳送給單片機1，由單片機I完成數據處理和輸出管理，並將得到的數據通過藍牙通訊模塊8傳送給手機客戶端100進行顯示，供用戶查看。從散射光檢測腔5流出的採樣氣體經過過濾器11過濾後進入採樣泵2，最後經切換閥3的排氣口排入大氣。
[0027]3)控制器7按內置程序定期執行零點校準及測量校準程序:
[0028]①當執行零點校準程序時，控制器7控制驅動器15關斷節流閥4，同時控制驅動器16關斷切換閥3的排氣口。此時採樣氣體進口被切斷，校零氣體迴路被接通，採樣泵2將經過過濾器11過濾的清潔空氣經校零氣體迴路和切換閥3送入散射光檢測腔5。光源12經散射光檢測腔5後形成的散射光被接收部6接收，經放大及模數轉換電路13處理後傳輸給單片機1，單片機I保存清潔氣體的測量值作為實際零值，在下次測量時單片機I將在測量值中減去該實際零值從而實現零點校準。
[0029]②按上述零點校準程序完成校零後，執行測量校準程序:首先控制器7控制驅動器17驅動步進電機18運行，執行機構19將校準用標準散射板20送入散射光檢測腔5內部，光源12經標準散射板20後形成的散射光由接收部6接收，經放大及模數轉換電路13處理後傳輸給單片機I。然後單片機I將標準散射板20的實際測量值與其出廠標定值進行比較，當實際測量值與出廠標定值的誤差超出規定範圍時，單片機I按與偏差相反的方向調整數字電位器14，即調整放大及模數轉換電路13的電參數。經過若干次測量-比較-調整後，使得標準散射板20的實際測量值與出廠標定值誤差在規定範圍內，完成粉塵儀本體200的自動校準。在完成粉塵儀本體200校準後，控制器7再次控制驅動器17驅動步進電機18運行，執行機構19將校準用標準散射板20從散射光檢測腔5中撤出回到初始位置。最後控制器7控制驅動器16使切換閥3回位，將採樣泵2的出口與切換閥3的排氣口接通，同時控制驅動器15開啟節流閥4，採樣氣路被接通，至此完成測量校準程序。
[0030]在上述實施例中，單片機I還連接一溼度傳感器21，同時在手機客戶端100設置開啟/關閉溼度修正功能。溼度傳感器21實時監測現場溼度，當單片機I接收到手機客戶端100的開啟溼度修正功能指令時，單片機I根據溼度影響修正函數對測量值進行修正，以消除溼度對粉塵顆粒物濃度測量的幹擾，提高測量值的準確性。
[0031]在上述實施例中，在接收部6上還設置有一恆溫控制器22，該恆溫控制器22由溫度傳感器和貼片電阻作為微型加熱器組成(圖中未示出)，通過恆溫控制解決接收部7上的光電傳感器的耐低溫性能，保證粉塵儀在室外冬季惡劣環境下穩定可靠在線運行。
[0032]在上述實施例中，在單片機上還預置有上位機通訊接口 23，通過該上位機通訊接口 23用戶可使用遠程PC機實現與粉塵儀本體200的雙向通訊，提供更為詳盡的數據呈現界面。
[0033]在上述實施例中，可以將一部手機客戶端100通過藍牙通訊模塊8同時與兩臺以上粉塵儀本體200連接，從而通過一部手機客戶端100實現多臺粉塵儀本體200的無線控制及數據顯示。
[0034]上述各實施例僅用於對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種手機控制型粉塵傳感器監測系統，其特徵在於，該監測系統包括手機客戶端和粉塵儀本體，其中粉塵儀本體包括單片機、採樣泵、切換閥和節流閥、散射光檢測腔、接收部和控制器；所述手機客戶端通過藍牙通訊模塊與所述粉塵儀本體的單片機進行信息交互，實現所述手機客戶端對所述粉塵儀本體的無線控制及數據顯示； 所述單片機通過一恆流控制器與所述採樣泵電連接，所述恆流控制器在驅動所述採樣泵的同時，獲取所述採樣泵的流量信息並反饋給所述單片機，所述單片機根據所述採樣泵的流量信息來調整所述採樣泵的運行參數，以使所述採樣泵以恆定流量採樣；所述切換閥具有一個入口和兩個出口，其入口連接所述採樣泵的出口，其中一出口通過三通連接所述散射光檢測腔的入口，所述散射光檢測腔的出口經一過濾器連接所述採樣泵的入口，以構成校零氣體迴路；所述切換閥的另一出口則與大氣連通，並在受控切換後成為排氣口 ；所述節流閥的入口連通大氣以作為採樣氣體入口，其出口通過所述三通連接所述散射光檢測腔的入口，採樣氣體經所述散射光檢測腔、過濾器、採樣泵後通過所述切換閥的排氣口排入大氣，以形成採樣氣路；所述散射光檢測腔的一側設置有一光源，所述接收部則設置在與所述光源相對的所述散射光檢測腔的另一側；所述接收部通過其上的光電傳感器將所述散射光檢測腔發出的散射光信號轉換為電信號，該電信號經一放大及模數轉換電路處理後傳送給所述單片機，所述單片機再通過一數字電位器連接所述放大及模數轉換電路；所述控制器的輸出端分為三路，第一路通過第一驅動器與所述節流閥電連接，第二路通過第二驅動器與所述切換閥電連接，第三路則通過第三驅動器連接一步進電機，所述步進電機的輸出端順序連接一執行機構和一標準散射板，所述標準散射板能通過所述執行機構送入/撤出所述散射光檢測腔。
2.如權利要求1所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統，其特徵在於，所述單片機還連接一溼度傳感器，同時在所述手機客戶端設置開啟/關閉溼度修正功能；所述溼度傳感器實時監測現場溼度，當所述單片機接收到所述手機客戶端的開啟溼度修正功能指令時，所述單片機根據溼度影響修正函數對測量值進行修正。
3.如權利要求1所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統，其特徵在於，在所述接收部上還設置有由溫度傳感器和貼片電阻作為微型加熱器組成的恆溫控制器。
4.如權利要求2所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統，其特徵在於，在所述接收部上還設置有由溫度傳感器和貼片電阻作為微型加熱器組成的恆溫控制器。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統，其特徵在於，在所述單片機上還預置有使遠程PC機與所述粉塵儀本體實現雙向通訊的上位機通訊接口。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統，其特徵在於，所述手機客戶端通過所述藍牙通訊模塊同時與兩臺以上所述粉塵儀本體連接。
7.—種如權利要求1到6任一項所述的手機控制型粉塵傳感器監測系統的使用方法，其包括以下步驟: 1)用戶通過手機客戶端設置粉塵儀本體的操作參數，並通過藍牙通訊模塊將操作參數傳輸給單片機； 2)單片機通過恆流控制器控制採樣泵將採樣氣體吸入，同時從恆流控制器獲取採樣流量數據以調整採樣泵的運行參數，使採樣泵以恆定流量採樣；含有粉塵顆粒物的採樣氣體經節流閥進入散射光檢測腔，在光源照射下產生散射光，接收部上的光電傳感器將其轉換為電信號，該電信號經放大及模數轉換電路處理後傳送給單片機，由單片機完成數據處理和輸出管理，並將得到的數據通過藍牙通訊模塊傳送給手機客戶端進行顯示，供用戶查看；從散射光檢測腔流出的採樣氣體經過過濾器過濾後進入採樣泵，最後經切換閥的排氣口排入大氣； 3)控制器按內置程序定期執行零點校準及測量校準程序: ①當執行零點校準程序時，控制器控制第一驅動器關斷節流閥，同時控制第二驅動器關斷切換閥的排氣口 ；此時採樣氣體進口被切斷，校零氣體迴路被接通，採樣泵將經過過濾器過濾的清潔空氣經校零氣體迴路和切換閥送入散射光檢測腔；光源經散射光檢測腔後形成的散射光被接收部接收，經放大及模數轉換電路處理後傳輸給單片機，單片機保存清潔氣體的測量值作為實際零值，在下次測量時單片機將在測量值中減去該實際零值從而實現零點校準； ②按上述零點校準程序完成校零後，執行測量校準程序:首先控制器控制第三驅動器驅動步進電機運行，執行機構將校準用標準散射板送入散射光檢測腔內部，光源經標準散射板後形成的散射光由接收部接收，經放大及模數轉換電路處理後傳輸給單片機；然後單片機將標準散射板的實際測量值與其出廠標定值進行比較，當實際測量值與出廠標定值的誤差超出規定範圍時，單片機按與偏差相反的方向調整數字電位器，以調整放大及模數轉換電路的電參數；經過若干次測量-比較-調整後，使得標準散射板的實際測量值與出廠標定值誤差在規定範圍內，完成粉塵儀本體的自動校準；在完成粉塵儀本體校準後，控制器再次控制第三驅動器驅動步進電機運行，執行機構將標準散射板從散射光檢測腔中撤出回到初始位置；最後控制器控制驅動器第二使切換閥回位，將採樣泵的出口與切換閥的排氣口接通，同時控制第一驅動器開啟節流閥，採樣氣路被接通，至此完成測量校準程序。
8.如權利要求7所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統的使用方法，其特徵在於，操作參數包括採樣時間、採樣周期和質量濃度轉換係數。
9.如權利要求7或8所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統的使用方法，其特徵在於，單片機還連接一溼度傳感器，同時在手機客戶端設置開啟/關閉溼度修正功能；溼度傳感器實時監測現場溼度，當單片機接收到手機客戶端的開啟溼度修正功能指令時，單片機根據溼度影響修正函數對測量值進行修正。
10.如權利要求7或8所述的一種手機控制型粉塵傳感器監測系統的使用方法，其特徵在於，將一部手機客戶端通過藍牙通訊模塊同時與兩臺以上粉塵儀本體連接，以通過一部手機客戶端實現多臺粉塵儀本體的無線控制及數據顯示。
【文檔編號】H04L29/08GK104198346SQ201410425878
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】朱芸德, 張晶, 畢昕, 張方翰, 朱一川 申請人:北京綠林創新數碼科技有限公司