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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 多功能空氣質(zhì)量智能檢測儀
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一種小型獨(dú)立安裝的綜合空氣檢測儀，采用太陽能市電互補(bǔ)、太陽能追蹤、GPRS/GSM無線通訊，上位機(jī)軟件等技術(shù)。可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獨(dú)立顯示、數(shù)據(jù)無線傳輸和大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)檢測以及遠(yuǎn)程控制等功能，能對大氣的多個(gè)空氣質(zhì)量要素進(jìn)行檢測和實(shí)時(shí)新聞播報(bào)。在微控方面采用ARM單片機(jī)進(jìn)行模塊化處理，可以模塊插接式增減。在傳感器的使用方面利用了兩個(gè)空氣采集室，與當(dāng)前傳感器技術(shù)比較，使用壽命更長，準(zhǔn)確性更好，適用范圍更廣。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)的不斷進(jìn)步，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，大氣污染成為備受人們關(guān)注的環(huán)境問題之一。實(shí)時(shí)的告知人們周圍空氣污染情況及做出科學(xué)的評價(jià)，對其發(fā)展的預(yù)測和有效地治理有重要意義。但當(dāng)前的氣象監(jiān)測系統(tǒng)存在諸多弊端。為此，我們設(shè)計(jì)一種小巧的多功能空氣質(zhì)量檢測設(shè)備，具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、節(jié)能環(huán)保、電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新、可擴(kuò)展性強(qiáng)、軟件設(shè)計(jì)靈活、傳感器模塊選取多元化、性價(jià)比高等多個(gè)特點(diǎn)，在滿足環(huán)境監(jiān)測部門的特殊要求的同時(shí)，也給廣大百姓帶來切身利益，因此研究該檢測儀具有重大意義。檢測儀的組成與功能 多功能空氣質(zhì)量智能檢測儀是一種小型的綜合空氣質(zhì)量檢測設(shè)備，采用太陽能供電，對大氣的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、SO2、CO2、NO2、粉塵等多個(gè)空氣質(zhì)量要素進(jìn)行檢測，并能實(shí)時(shí)顯示這些數(shù)據(jù)，同時(shí)可通過GPRS/GSM實(shí)現(xiàn)無線通訊。上位機(jī)軟件大大改善了人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)新聞播報(bào)的功能。 作品研究的基本思路與部分介紹（1）基本思路 本檢測儀主要由四個(gè)模塊組成：供電模塊，軟件控制模塊，信號采集模塊，無線傳輸模塊。設(shè)計(jì)思想是由可追蹤的太陽能板和市政電力為整個(gè)系統(tǒng)提供必要的電能，采用ARM微處理器作為主控制器來分析由眾多傳感器采集到的信號，將最終結(jié)果顯示在LED屏上，并通過無線通信將數(shù)據(jù)發(fā)到總監(jiān)測站。（2）作品特點(diǎn) Ⅰ 低功耗，節(jié)能環(huán)保 該監(jiān)測儀的功耗主要來自于6個(gè)模塊，即傳感器模塊、信息采集單元的FLASH、電平轉(zhuǎn)換單元、LED顯示屏、無線收發(fā)模塊與太陽能電池充電控制單元。為保證系統(tǒng)具有盡可能小的平均功耗，將其又分為整體休眠與正常工作兩種狀態(tài)。所謂整體休眠,即使得傳感器模塊、信息采集單元與無線傳輸模塊處于接近于零功耗的狀態(tài)。激活方式分為定時(shí)激活與隨機(jī)激活,而定時(shí)激活的間隔是可以通過參數(shù)設(shè)置靈活改變的。例如,空氣污染嚴(yán)重期間各氣象參數(shù)波動較大,定時(shí)激活間隔可以適當(dāng)相對減小,反之可適當(dāng)加長。另外該檢測儀的太陽能供電模塊的發(fā)電效率在相同尺寸下可達(dá)到最大化，例如，盡可能加大太陽能電池板的覆蓋面積、選用光電轉(zhuǎn)化效率最高的單晶硅太陽能電池板等。 Ⅱ 先進(jìn)的太陽能發(fā)電技術(shù) 為了有效的降低使用成本，提高發(fā)電效率，本檢測儀的供電模塊運(yùn)用最大功率跟蹤技術(shù)（MPPT），用光電傳感器測量日照信號后隨著此信號的變化，用小型電動機(jī)自動轉(zhuǎn)動太陽能電池板（單晶硅）改變其傾角，使其始終朝向太陽。 通過太陽能電池板得到的電能，一方面推動負(fù)載工作，另一方面將剩余電能儲存在可替代傳統(tǒng)蓄電池的超級電容里。 太陽能的儲存是太陽能產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵，目前主要采用各種蓄電池，但是電池的充電時(shí)間長、壽命短以及造成環(huán)境問題，而超級電容器是一種充電快、壽命長、綠色環(huán)保型儲能元件。 Ⅲ 利用GPRS\GSM進(jìn)行無線通信 該檢測儀通過信號采集模塊、微處理器模塊和 GPRS 通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線通信。遠(yuǎn)程監(jiān)測分站硬件結(jié)構(gòu)框圖（以溫度檢測為例）。其中 GPRS 模塊通過 RS－485 串口與微處理器模塊連接在一起。 監(jiān)控中心由服務(wù)器、打印機(jī)等組成。 通過各傳感器，把現(xiàn)場需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集下來，微處理器對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲、 編碼和轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過先進(jìn)的無線通信方式——GPRS 分組交換，定時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程 Internet 網(wǎng)絡(luò)上的監(jiān)控中心。監(jiān)控中心對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，使得監(jiān)測人員在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以了解現(xiàn)場的具體情況。 Ⅳ 優(yōu)化軟件模塊設(shè)計(jì) 本檢測儀選用的ARM單片機(jī)具有性能穩(wěn)定、支持在線編譯、運(yùn)行速度快等優(yōu)點(diǎn)，在其軟件設(shè)計(jì)上采用分時(shí)激活方式。對傳感器進(jìn)行保護(hù)也是優(yōu)化軟件模塊設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容?；趥鞲衅饔胁煌墓ぷ鳒囟?、濕度，該檢測儀具有使超過其工作溫濕度的傳感器停止工作并使溫度補(bǔ)償電路工作的功能，在進(jìn)行檢測判斷時(shí)以確保傳感器正常工作而不致影響測量準(zhǔn)確度，避免損壞。 Ⅴ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎本檢測儀模型長1.5m,寬1.1m，高2.4m，頂部安裝兩個(gè)對稱的空氣采集室，分別為空氣過濾室和空氣檢測室。模型的左下角為配電室，為整個(gè)模型提供電能。模型正中間為LED顯示屏，用于顯示檢測結(jié)果?？傮w看來，本檢測儀模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎合理，視覺效果較好。 作品的應(yīng)用前景在當(dāng)今社會，自動化、信息化是做好環(huán)境監(jiān)測的前提和保障，多年來在地方經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時(shí)，各地區(qū)不斷出現(xiàn)不同程度的水、氣、噪聲等環(huán)境污染事件，嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量，阻礙了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。隨著國家各種環(huán)境保護(hù)政策的制定及法規(guī)的頒布實(shí)施，各級地方政府對轄區(qū)內(nèi)的環(huán)境治理日益重視，加大了環(huán)境監(jiān)測及應(yīng)急監(jiān)測的投資力度，各地區(qū)陸續(xù)規(guī)劃安裝了大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測地面站。但監(jiān)測站只能測量本地區(qū)的平均空氣質(zhì)量，便攜式空氣質(zhì)量檢測設(shè)備對于多點(diǎn)城市流動環(huán)境監(jiān)測、突發(fā)事件處理后的空氣質(zhì)量應(yīng)急監(jiān)測、重點(diǎn)污染企業(yè)的不定期抽查更方便、快捷。多功能空氣質(zhì)量智能檢測儀完全可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域環(huán)境保護(hù)監(jiān)測部門對城市環(huán)境、工業(yè)企業(yè)環(huán)境監(jiān)測的實(shí)際需要，滿足現(xiàn)場空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的要求。 鑒于以上諸多優(yōu)勢，該多功能空氣質(zhì)量智能檢測儀具有較高的社會價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：（1）使人們對身邊的環(huán)境污染有直觀切身的體會，促進(jìn)節(jié)能減排； （2）作為城市文明建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施，提升城市形象； （3）拓展城市環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為未來城市規(guī)劃提供數(shù)據(jù)參考；另外鑒于傳統(tǒng)空氣監(jiān)測系統(tǒng)存在的諸多弊端，我們設(shè)計(jì)一種小巧的多功能空氣質(zhì)量檢測儀，其具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、節(jié)能環(huán)保、電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新、可擴(kuò)展性強(qiáng)、軟件設(shè)計(jì)靈活、傳感器模塊選取合理、性價(jià)比高等特點(diǎn)，滿足了環(huán)境監(jiān)測部門的特殊要求，同時(shí)也給廣大百姓帶來切身利益。 基本思路：本檢測儀主要由四個(gè)模塊組成：供電模 塊，軟件控制模塊，信號采集模塊，無 線傳輸模塊。 設(shè)計(jì)思想是由太陽能板為整個(gè)系統(tǒng)提供必要的電能，采用單片機(jī)（ARM）作為主控制器來分析由眾多傳感器采集到的信號，將最終結(jié)果顯示在LED屏上，并通過無線通信將數(shù)據(jù)發(fā)到總監(jiān)測站。創(chuàng)新點(diǎn)： Ⅰ 低功耗，節(jié)能環(huán)保； Ⅱ 高效的太陽能發(fā)電技術(shù)； Ⅲ 利用GPRS\GSM進(jìn)行無線通信； Ⅳ 優(yōu)化軟件模塊設(shè)計(jì)； Ⅴ 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎合理。技術(shù)關(guān)鍵：太陽能發(fā)電系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集 與無線傳輸
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 與傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)測儀相比，本產(chǎn)品擬揉合多領(lǐng)域的最新技術(shù)，具有很強(qiáng)的科學(xué)性與先進(jìn)性。首先，供電模塊采用太陽能供電，并采用先進(jìn)的MPPT技術(shù)，使發(fā)電效率達(dá)到最大。在電量儲存器件方面本系統(tǒng)也做了重大改進(jìn)摒棄了傳統(tǒng)的蓄電池，取而代之的是儲能新星——超級電容。在軟件設(shè)計(jì)模塊，采用ARM單片機(jī)作為主控制器，在能處理各傳感器采集到信號的前提下，添加了保護(hù)傳感器、支持無線通信兩項(xiàng)新功能。另外，該監(jiān)測儀利用無線通信模塊可接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)和接收短消息兩項(xiàng)功能，大大改善了人機(jī)界面。注：詳細(xì)信息請參見附件（多功能空氣質(zhì)量智能監(jiān)測儀附加資料）
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 第四屆“挑戰(zhàn)杯”合鍛股份安徽省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎。
作品所處階段
- 研發(fā)成功，進(jìn)一步完善之中。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 繼續(xù)合作！
作品可展示的形式
- 模型展示，視屏演示。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1、技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢合理采用各領(lǐng)域的最新技術(shù)，使儀器的性能達(dá)到最大化，具有很強(qiáng)的先進(jìn)性。與同類產(chǎn)品相比具有小巧、方便、功能強(qiáng)大、智能化、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。 2、適應(yīng)范圍：城市大氣環(huán)境監(jiān)測、企業(yè)環(huán)境監(jiān)測、工廠廠區(qū)無組織排放污染氣體監(jiān)測、應(yīng)急監(jiān)測環(huán)境評價(jià)監(jiān)測等。 3、市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測目前國內(nèi)部分省市正在建設(shè)全省空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，例如，河南省投入10億元用于建設(shè)基于全省的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)。而我們這種便于安裝、性價(jià)比高、支持智能操作的多功能空氣質(zhì)量監(jiān)測儀能很好的滿足監(jiān)測部門的要求，如能順利通過國家質(zhì)量體系的認(rèn)證，流入市場后必將有廣闊的前景。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外對城市空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)（AQMS）的研究日益增多，主要集中在軟硬件的改進(jìn)上。例如在AQMS的軟件方面，早期的AQMS軟件以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集為主要功能。后來AQMS的軟件又增加了實(shí)時(shí)控制功能，并增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理功能。現(xiàn)在正在研究的AQMS軟件會給用戶提供更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，特別是數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析功能會非常強(qiáng)，最新的地理信息系統(tǒng)（GIS）、最新的空氣質(zhì)量信息系統(tǒng)會應(yīng)用到AQMS的系統(tǒng)軟件，形成一個(gè)龐大的軟件包，以實(shí)現(xiàn)顯示各空氣質(zhì)量參數(shù)的歷史的或?qū)崟r(shí)的二維分布或三維分布，顯示各參數(shù)的變化情況。
