題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項目名稱：
- 多功能空氣質(zhì)量智能檢測儀
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一種小型獨立安裝的綜合空氣檢測儀，采用太陽能市電互補、太陽能追蹤、GPRS/GSM無線通訊，上位機軟件等技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)數(shù)據(jù)獨立顯示、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，能對大氣的多個空氣質(zhì)量要素進行檢測和實時新聞播報。在微控方面采用ARM單片機進行模塊化處理，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)濟的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)的不斷進步，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。實時的告知人們周圍空氣污染情況及做出科學(xué)的評價，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)計創(chuàng)新、可擴展性強、軟件設(shè)計靈活、傳感器模塊選取多元化、性價比高等多個特點，在滿足環(huán)境監(jiān)測部門的特殊要求的同時，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、粉塵等多個空氣質(zhì)量要素進行檢測，并能實時顯示這些數(shù)據(jù)，同時可通過GPRS/GSM實現(xiàn)無線通訊。上位機軟件大大改善了人機界面，實現(xiàn)實時新聞播報的功能。 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)計思想是由可追蹤的太陽能板和市政電力為整個系統(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 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)。激活方式分為定時激活與隨機激活,而定時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)進行集中存儲、 編碼和轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過先進的無線通信方式——GPRS 分組交換，定時把數(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)進行分析、存儲，從而實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時聯(lián)網(wǎng)，使得監(jiān)測人員在任何時間、任何地點都可以了解現(xiàn)場的具體情況。 Ⅳ 優(yōu)化軟件模塊設(shè)計 本檢測儀選用的ARM單片機具有性能穩(wěn)定、支持在線編譯、運行速度快等優(yōu)點，在其軟件設(shè)計上采用分時激活方式。對傳感器進行保護也是優(yōu)化軟件模塊設(shè)計的重要內(nèi)容。基于傳感器有不同的工作溫度、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償電路工作的功能，在進行檢測判斷時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)計新穎本檢測儀模型長1.5m,寬1.1m，高2.4m，頂部安裝兩個對稱的空氣采集室，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。總體看來，本檢測儀模型結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎合理，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)濟迅速發(fā)展的同時，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)濟的持續(xù)發(fā)展。隨著國家各種環(huán)境保護政策的制定及法規(guī)的頒布實施，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現(xiàn)區(qū)域環(huán)境保護監(jiān)測部門對城市環(huán)境、工業(yè)企業(yè)環(huán)境監(jiān)測的實際需要，滿足現(xiàn)場空氣質(zhì)量預(yù)報的要求。 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值和廣闊的應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、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)計創(chuàng)新、可擴展性強、軟件設(shè)計靈活、傳感器模塊選取合理、性價比高等特點，滿足了環(huán)境監(jiān)測部門的特殊要求，同時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)計思想是由太陽能板為整個系統(tǒng)提供必要的電能，采用單片機（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： 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進行無線通信； Ⅳ 優(yōu)化軟件模塊設(shè)計； Ⅴ 結(jié)構(gòu)設(shè)計新穎合理。技術(shù)關(guān)鍵：太陽能發(fā)電系統(tǒng)，軟件設(shè)計，數(shù)據(jù)采集 與無線傳輸
科學(xué)性、先進性
- 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)，具有很強的科學(xué)性與先進性。首先，供電模塊采用太陽能供電，并采用先進的MPPT技術(shù)，使發(fā)電效率達到最大。在電量儲存器件方面本系統(tǒng)也做了重大改進摒棄了傳統(tǒng)的蓄電池，取而代之的是儲能新星——超級電容。在軟件設(shè)計模塊，采用ARM單片機作為主控制器，在能處理各傳感器采集到信號的前提下，添加了保護傳感器、支持無線通信兩項新功能。另外，該監(jiān)測儀利用無線通信模塊可接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)實時傳送數(shù)據(jù)和接收短消息兩項功能，大大改善了人機界面。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)濟效益預(yù)測
- 1、技術(shù)特點與優(yōu)勢合理采用各領(lǐng)域的最新技術(shù)，使儀器的性能達到最大化，具有很強的先進性。與同類產(chǎn)品相比具有小巧、方便、功能強大、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)境評價監(jiān)測等。 3、市場分析和經(jīng)濟效益預(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。而我們這種便于安裝、性價比高、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上。例如在AQMS的軟件方面，早期的AQMS軟件以實時數(shù)據(jù)采集為主要功能。后來AQMS的軟件又增加了實時控制功能，并增強了數(shù)據(jù)處理功能?，F(xiàn)在正在研究的AQMS軟件會給用戶提供更強大的數(shù)據(jù)處理功能，特別是數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析功能會非常強，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，形成一個龐大的軟件包，以實現(xiàn)顯示各空氣質(zhì)量參數(shù)的歷史的或?qū)崟r的二維分布或三維分布，顯示各參數(shù)的變化情況。
