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集成化的背负式环境检测系统.pdf

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集成化 背负 环境 检测 系统
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摘要
申请专利号:

CN201611140538.8

申请日:

2016.12.12

公开号:

CN106483053A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 15/06申请日:20161212|||公开
IPC分类号: G01N15/06; G01N33/00; G01N33/18; G01N33/24; G01H17/00 主分类号: G01N15/06
申请人: 中国建筑设计院有限公司
发明人: 焦燕; 孙金颖; 王岩; 周锦贤; 张阳
地址: 100044 ?#26412;?#24066;西城区车公庄大街19号国家住宅工程中心
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: ?#26412;?#20013;建联合知识产权代理事务所(普通合伙) 11004 代理人: 赵东方;朱丽岩
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法律状态
申请(专利)号:

CN201611140538.8

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种集成化的背负式环境检测系统,包括电源模块、水质传感器、土壤传感器、颗粒物传感器、气体传感器和噪声传感器;所述颗粒物传感器、气体传感器和噪声传感器的检测信号输出端分别连接至采集卡的信号采集端,所述采集卡的信号输出端连接至天线模块输入端;所述水质传感器的检测信号输出端连接?#20102;?#36848;天线模块输入端;所述土壤传感器的检测信号输出端连接?#20102;?#36848;天线模块输入端;所述天线模块输出端无线连接至移动终端,所述移动终端具有图形化操作界面。本发明具有多参数一体化测量、结构紧凑、便于携带、检测结果与检测地点深度融合、人机交互简洁方便、可实现自动检测并生成检测报告的优点,简单易用可扩展,实用性强,适用范围广。

权利要求书

1.集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,包括电源模块、水质传感器、土壤传感
器、颗粒物传感器、气体传感器和噪声传感器;
所述电源模块分别连接至各所述传感器的电源端;
所述颗粒物传感器、气体传感器和噪声传感器的检测信号输出端分别连接至采集卡的
信号采集端,所述采集卡的信号输出端连接至天线模块的第一天线;
所述水质传感器的检测信号输出端通过所述变送器连接至第一RS485集线器输入端,
所述第一RS485集线器输出端连接至第一RS485转Wi-Fi模块输入端,所述第一RS485转Wi-
Fi模块输出端连接?#20102;?#36848;天线模块的第二天线;
所述土壤传感器的检测信号输出端通过所述变送器连接至第二RS485集线器输入端,
所述第二RS485集线器输出端连接?#20102;?#36848;第一RS485转Wi-Fi模块输入端,所述第一RS485转
Wi-Fi模块输出端连接?#20102;?#36848;天线模块的第二天线;
所述天线模块的各天线均无线连接至移动终端,所述移动终端用于接收各所述天线发
来的模拟量采集数据,图形化实时显示所述采集数据,并对所述采集数据进行统计分析后
图形化显示分析结果及生成数据采集报告。
2.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述电源模块包
括蓄电池、电池电量显示器和双电源供电切换开关。
3.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述颗粒物传感
器包括PM2.5检测仪和PM10检测仪。
4.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述气体传感器
包括二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、一氧化氮传感器?#32479;?#27687;传感器。
5.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述水质传感器
包括水的pH值传感器、溶解氧含量传感器、氨氮含量传感器、铜含量传感器、镉含量传感器、
铅含量传感器、氟化物含量传感器、硫化物含量传感器和氰化物含量传感器。
6.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述土壤传感器
包括土壤的pH值传感器、铜含量传感器、镉含量传感器和铅含量传感器。
7.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,还包括GPS模块,
所述GPS模块的信号输出端通过第二RS485转Wi-Fi模块连接?#20102;?#36848;天线模块的第三天线,
所述第三天线无线连接?#20102;?#36848;移动终端;
所述移动终端包括摄像头,所述摄像头采集东南西北四个方位的现场图片,同?#22791;?#25454;
所述GPS模块采集的经纬度信息调用数字地?#21152;?#29992;软件定位所述移动终端所在的采集地
点,并截取所述采集地点的地图,将所述现场图片与所述采集地点的地图对应起来一并保
存于所述数据采集报告中。
8.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述水质传感
器/土壤传感器预存有采集?#22336;?#20018;,所述采集?#22336;?#20018;中包括所述水质传感器/土壤传感器的
设备地址,当所述移动终端向所述水质传感器/土壤传感器发送采集指令?#22336;?#20018;时,若所述
采集指令?#22336;?#20018;中包含所述水质传感器/土壤传感器的设备地址,则所述水质传感器/土壤
传感器进行数据采集并向所述移动终端返回一个采集数据。
9.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述移动终端还
将各次采集数据存储在历史数据库中,所述历史数据库用于历史数据的查询和比对。
10.根据权利要求1所述的集成化的背负式环境检测系统,其特征在于,所述电源模块、
水质传感器、土壤传感器、颗粒物传感器、气体传感器、噪声传感器和GPS模块均置于封闭式
铝合金壳体内,所述壳体适于便携;
所述水质传感器下方设有水质采样杯,所述水质采用杯下方垫有空采样杯;
所述土壤传感器下方设有土壤采样杯,所述土壤采用杯下方垫有空采样杯。

说明书

集成化的背负式环境检测系统

技术领域

本发明涉及一种集成化的背负式环境检测系统。

背景技术

随着社会经济的飞速发展,城镇化的脚步不断加快,人们对于生活品质的要求越
来越高,特别是居住的社区环境。室内环境中大量使用人工复合材料,包括装修材料、装饰
材料、家具等含有大量对人体有害的物质,?#22836;?#21040;室内造成?#29616;?#30340;装修污染,进而影响人们
的身体健康。室内空气质量问题越来越突出,尤其对于老人和小孩,其自身免疫力和抵抗力
较差,更容?#36164;?#21040;环境的影响。

随着我国经济的快速发展,能源消耗量明显上升,机动?#24403;?#26377;量?#26412;?#22686;加,城市建
设?#20107;?#24310;式发展,空气污染形式发生了巨大变化,光化学烟雾和灰霾等复合型大气污染问
题?#25214;?#31361;出,其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业生产废弃物排放、?#29992;?#29983;活取暖、垃圾
焚烧等污染物排放。

水污染?#29616;?#22320;威胁着我国的水资源安全。水污染恶化水质,影响水生生物的生存
环境,这不仅影响地表水环境,并?#19968;?#24433;响饮水安全和农副产品安全,最终威胁人体健康,
导?#24459;?#20250;福利损失。

土壤污染的类型众多,呈现出新老污染物并存、有机无机复合污染的局面。土壤污
染会使污染物在植物体内积累,并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人类健康,引发
各种疾病。

虽然现在市面上已经出现了很多的环境质量检测仪,但是其测量参数单一,人机
交互?#29615;?#20415;,实用性差。

发明内容

本发明的目的是为解决目前环境质量检测仪测量参数单一,人机交互?#29615;?#20415;,实
用性差的技术问题。

为了解决上述技术问题,本发明提供一种集成化的背负式环境检测系统,包括电
源模块、水质传感器、土壤传感器、颗粒物传感器、气体传感器和噪声传感器;

所述电源模块分别连接至各所述传感器的电源端;

所述颗粒物传感器、气体传感器和噪声传感器的检测信号输出端分别连接至采集卡的
信号采集端,所述采集卡的信号输出端连接至天线模块的第一天线;

所述水质传感器的检测信号输出端通过所述变送器连接至第一RS485集线器输入端,
所述第一RS485集线器输出端连接至第一RS485转Wi-Fi模块输入端,所述第一RS485转Wi-
Fi模块输出端连接?#20102;?#36848;天线模块的第二天线;

所述土壤传感器的检测信号输出端通过所述变送器连接至第二RS485集线器输入端,
所述第二RS485集线器输出端连接?#20102;?#36848;第一RS485转Wi-Fi模块输入端,所述第一RS485转
Wi-Fi模块输出端连接?#20102;?#36848;天线模块的第二天线;

所述天线模块的各天线均无线连接至移动终端,所述移动终端用于接收各所述天线发
来的模拟量采集数据,图形化实时显示所述采集数据,并对所述采集数据进行统计分析后
图形化显示分析结果及生成数据采集报告。

进一步地,所述电源模块包括蓄电池、电池电量显示器和双电源供电切换开关。

进一步地,所述颗粒物传感器包括PM2.5检测仪和PM10检测仪。

进一步地,所述气体传感器包括二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、一氧化氮传感
器?#32479;?#27687;传感器。

进一步地,所述水质传感器包括水的pH值传感器、溶解氧含量传感器、氨氮含量传
感器、铜含量传感器、镉含量传感器、铅含量传感器、氟化物含量传感器、硫化物含量传感器
和氰化物含量传感器。

进一步地,所述土壤传感器包括土壤的pH值传感器、铜含量传感器、镉含量传感器
和铅含量传感器。

进一步地,还包括GPS模块,所述GPS模块的信号输出端通过第二RS485转Wi-Fi模
块连接?#20102;?#36848;天线模块的第三天线,所述第三天线无线连接?#20102;?#36848;移动终端;

所述移动终端包括摄像头,所述摄像头采集东南西北四个方位的现场图片,同?#22791;?#25454;
所述GPS模块采集的经纬度信息调用数字地?#21152;?#29992;软件定位所述移动终端所在的采集地
点,并截取所述采集地点的地图,将所述现场图片与所述采集地点的地图对应起来一并保
存于所述数据采集报告中。

进一步地,所述水质传感器/土壤传感器预存有采集?#22336;?#20018;,所述采集?#22336;?#20018;中包
括所述水质传感器/土壤传感器的设备地址,当所述移动终端向所述水质传感器/土壤传感
器发送采集指令?#22336;?#20018;时,若所述采集指令?#22336;?#20018;中包含所述水质传感器/土壤传感器的
设备地址,则所述水质传感器/土壤传感器进行数据采集并向所述移动终端返回一个采集
数据。

进一步地,所述移动终端还将各次采集数据存储在历史数据库中,所述历史数据
库用于历史数据的查询和比对。

进一步地,所述电源模块、水质传感器、土壤传感器、颗粒物传感器、气体传感器、
噪声传感器和GPS模块均置于封闭式铝合金壳体内,所述壳体适于便携;

所述水质传感器下方设有水质采样杯,所述水质采用杯下方垫有空采样杯;

所述土壤传感器下方设有土壤采样杯,所述土壤采用杯下方垫有空采样杯。

与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

本发明具有多参数一体化测量、结构紧凑、便于携带、检测结果与检测地点地理位置深
度融合、人机交互简洁方便、可实现自动检测并生成检测报告的优点,简单易用可扩展,实
用性强,适用范围广;本发明除移动终端外所有部件均密封在便携式壳体内,移动终端一般
也为便携式终端,携带方便,可?#36816;?#26102;随地进行环境检测作业,所需操作人员少,适于单人
操作,工作效率高。

附图说明

图1是本发明的正面结构示意图;

图2是本发明的背面结构示意图;

图3是本发明的电气原理图。

图中,水质采样杯1;水质传感器2;PM传感器3;气体传感器4;壳体5;噪声传感器6;
GPS模块7;噪声传感器和PM传感器开关8;土壤传感器开关9;水质传感器开关10;气体传感
器开关11;电路总开关12;双电源供电切换开关13;电池电量显示器14;天线模块15;土壤传
感器16;蓄电池17;土壤采样杯18;采集卡19;第一RS485集线器20;第二RS485集线器21;第
一RS485转Wi-Fi模块22;第二RS485转Wi-Fi模块23;变送器24;移动终端25。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作优选详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示
意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-3所示,本发明的集成化的背负式环境检测系统,包括电源模块、水质传感
器2、土壤传感器16、颗粒物传感器3、气体传感器4和噪声传感器6;

电源模块分别连接至各传感器的电源端;

颗粒物传感器3、气体传感器4和噪声传感器6的检测信号输出端分别连接至采集卡19
的信号采集端,采集卡19的信号输出端连接至天线模块15的第一天线;

水质传感器2的检测信号输出端通过变送器24连接至第一RS485集线器20输入端,第一
RS485集线器20输出端连接至第一RS485转Wi-Fi模块22输入端,第一RS485转Wi-Fi模块22
输出端连接至天线模块15的第二天线;

土壤传感器16的检测信号输出端通过变送器24连接至第二RS485集线器21输入端,第
二RS485集线器21输出端连接至第一RS485转Wi-Fi模块22输入端,第一RS485转Wi-Fi模块
22输出端连接至天线模块15的第二天线;

天线模块15输出端无线连接至移动终端25,移动终端25用于接收各天线发来的模拟量
采集数据,移动终端25通过labview把模拟量进行了换算,如把电量值换算成了浓度值,并
将换算好的数值在labview前面板实时显?#22659;?#26469;,即图形化实时显示所述采集数据,并对采
集数据进行统计分析后图形化显示分析结果及生成数据采集报告。标准格式的数据采集报
告的生成?#34903;?#22914;下:基于labview的报表工具包,在程序框图中,首先自己建立一个模版
excel,具备一定格式,每次登录采集系统,都会以模版为参照新建一个以当时的时间命名
的EXCEL表格,然后在采集过程中不断向固定位置写入各个模块采集的数据和图片,最终生
成一个完整的报表。每次采集完成后的报表格式均与模版相同。

优选地,电源模块包括蓄电池17、电池电量显示器14和双电源供电切换开关13,蓄
电池17的电量可通过电池电量显示器14直接观察,如果电量过低,则将双电源供电切换开
关13旋至外部电源接口处,接通外部电源。

优选地,颗粒物传感器3包括PM2.5检测仪和PM10检测仪,分别检测PM2.5和PM10的
参数。

优选地,气体传感器4包括二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、一氧化氮传感器和
臭氧传感器。

优选地,水质传感器2包括水的pH值传感器、溶解氧含量传感器、氨氮含量传感器、
铜含量传感器、镉含量传感器、铅含量传感器、氟化物含量传感器、硫化物含量传感器和氰
化物含量传感器。

优选地,土壤传感器16包括土壤的pH值传感器、铜含量传感器、镉含量传感器和铅
含量传感器。

优选地,还包括GPS模块7,GPS模块7的信号输出端通过第二RS485转Wi-Fi模块23
连接至天线模块15的第三天线,第三天线无线连接至移动终端25;

移动终端25包括摄像头,摄像头采集东南西北四个方位的现场图片,同?#22791;?#25454;GPS模块
7采集的经纬度信息调用数字地?#21152;?#29992;软件定位移动终端25所在的采集地点,并截取所述
采集地点的地图,将现场图片与采集地点的地图对应起来一并保存于数据采集报告中。

优选地,水质传感器2/土壤传感器16预存有8位16进制的采集?#22336;?#20018;,采集?#22336;?#20018;
中包括水质传感器2/土壤传感器16的设备地址,?#24065;?#21160;终端25向水质传感器2/土壤传感器
16发送采集指令?#22336;?#20018;时,若采集指令?#22336;?#20018;中包含水质传感器2/土壤传感器16的设备地
址,则水质传感器2/土壤传感器16进行数据采集并向移动终端25返回一个采集数据;

如,土壤传感器16预存有采集?#22336;?#20018;0104 0001 0001 600A,其中01是传感器的设备地
址,当土壤传感器16具有多个时,如15个,每一个传感器都设置为不同的地址,如分别为01,
02.....0B,0C,0E,FE;04是功能码,0001和后面的0001的具体含义根据MODBUS协议进行定
义,最后的600A是前面所有?#22336;?#20018;的CRC效验码,土壤传感器16在收到移动终端25发来的包
含自己设备地址的一串采集指令?#22336;?#20018;代码?#26412;?#20250;返回类似的一段?#22336;?#20018;,通过labview
写程序截取这个?#22336;?#20018;的特定位置的子?#22336;?#20018;就可以获得土壤传感器16采集的如土壤pH
值检测参数,这里截取的子?#22336;?#20018;还是16进制的?#22336;?#20018;,然后通过labview将其换算成10进
制的数?#32440;?#34892;显示。如有9个土壤传感器16,移动终端25每发送一个采集指令?#22336;?#20018;代码完
成一个传感器的数据采集,即发送第一串代码--然后获取第一个数据,发送第二串代码--
然后获取第二个数据.....直到完成发送第九串代码--然后获取第九个数据,具体通过程
序里面的while循环实现,也就是循环开始后,?#26469;?#36827;行9个采集指令的发送以及9个数据的
获取。用户只要点了移动终端25中图形化软件界面的开始采集按钮,即触发了这个while循
环。

优选地,移动终端25还将各次采集数据存储在历史数据库中,历史数据库用于历
史数据的查询和比对。此处也是基于labview的报表工具包,通过编写程序然后实现自动生
成检测报告和通过历史报表存储的数据进行历史采集情况进行查询。labview有波形图控
件,输入数值给它,它就能向示波器一样在labview前面板的一个像示波器的显示界面上以
波形的形式把连续获取的数据显?#22659;?#26469;(水质传感器2和土壤传感器16的采集和显示一
样)。 数据分析则是利用labview程序计算采集数据的误差,进行统计规律之类的分析,以
及利用均值和实时采集值和限值三种数据绘制?#29366;?#22270;、柱状图。移动终端25可以不安装
labview软件,此种情况需要程序开发者把程序源代码生成一个安装包,将此安装包安装在
移动终端25上生成一个EXE的应用程序,这个EXE应用程序已将labview里面的控件?#32479;?#24207;
全部封装好了。移动终端25也可直接安装labview软件,此时只要将编写的源代码(labview
的VI文件)在移动终端25上运行即可。

优选地,电源模块、水质传感器2、土壤传感器16、颗粒物传感器3、气体传感器4、噪
声传感器6和GPS模块7均置于封闭式铝合金壳体5内,壳体5适于便携;

水质传感器2下方设有水质采样杯,水质采用杯下方垫有空采样杯;

土壤传感器16下方设有土壤采样杯,土壤采用杯下方垫有空采样杯。

工作时按照以下?#34903;?#36827;行:

(A)、将本系统放在需要检测的地方,打开电路总开关12,查看电池电量显示器14,如果
电量过低,则将双电源供电切换开关13旋至外部电源接口处,接通外部电源;

(B)、打开噪声传感器和PM传感器开关8及气体传感器开关11,噪声传感器6、PM传感器3
和气体传感器4开始工作,并将采集到的物理信号通过变送器24转换为模拟信号,然后由采
集卡19将接收到的模拟信号传送至天线模块15,由上位机所在的移动终端25通过TCP协议
访?#21097;?#22312;上位机上进行实时数据图形化显示以及所有已采集数据的分析图形显示;

(C)、当电路总开关12开启时,GPS模块7会自动接收位置信息,并通过RS485接口发送地
理信息数据包给第二RS486-Wi-Fi模块23上传至该模块的无线网络,上位机则通过TCP协议
访问数据并解析出经纬度海拔等地理信息;

(D)将装有水的水质采样杯1放在水质传感器2下方,并在水质采样杯1下方垫一个空的
采样杯,使水质传感器2与水样品充分接触,然后打开水质传感器开关10, 此时通过上位机
发送数据采集指令,则能获取相应的9组十六进?#21697;?#22238;值并解析为浮点型数值,同时在上位
机上进行实时数据图形化显示以及所有已采集数据的分析图形显示;

(E)将装有土壤的土壤采样杯18放在土壤传感器9下方,并在土壤采样杯18下方垫一个
空的采样杯,使土壤传感器9与土壤样品充分接触,然后打开土壤传感器开关10, 此时通过
上位机发送数据采集指令,则能获取相应的4组十六进?#21697;?#22238;值并解析为浮点型数值,同时
在上位机上进行实时数据图形化显示以及所有已采集数据的分析图形显示;

(F)上位机会把接收到的数据依据内部设定的处理程序进行数据分析处理,然后进行
自我检测,待检测完成确定数据精度无误后,进行显示、存储,并可根据用户需求自动生成
检测报告;

(G)上位机会把每次检测的数据保存起来,形成历史数据库,可实现对历史数据的查询
及比对;

(H)检测任务执行完成之后,保存数据,关闭各个传感器的开关,并切?#31995;?#36335;总开关12。

手持式移动终端25是利用LabVIEW软件为平台进行开发的虚拟仪器,具有良好的
图像化人机交互界面,提高了系统的可用性、可靠性和安全性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完
全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术
性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

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