CN105842136A - 一种空气颗粒物浓度监控设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空气颗粒物浓度监控设备，其包括：第一检测装置（11），获取第一检测数据，通过数据传输装置（2）传输至处理装置，以计算出采样时间内的颗粒物小时浓度值，并通过所述数据传输装置（2）向所述服务器（5）发送，第二检测装置（12），获取第二检测数据，并通过所述数据传输装置（2）传输至所述服务器（5），并通过该服务器（5）内设有的校准系数K值公式计算获得最终检测数据。

Description

一种空气颗粒物浓度监控设备及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种空气颗粒物浓度监控检测技术，尤其涉及一种采用滤膜称重法与光散法结合，对空气颗粒物浓度进行检测的监控设备及其检测方法。

背景技术

当前，世界范围内，发展中国家的空气污染问题正日益突出，伴随空气污染所形成的雾霾天气，也正频繁的笼罩着各地城市，造成空气质量显著下降，日益侵蚀着人体的健康。

为了改善空气质量环境，有专家分析其原因，得知除了传统的工业排放、汽车尾气排放外，城市内的工地、码头、堆场、道路的扬尘危害也是重要污染源之一，其中的粉尘经参入空气后，所形成的大气颗粒物的危害极为严重，因此各地环保部门迫切想要实现，通过实时监测大气颗粒物的浓度，尽早确定周围环境对大气颗粒物浓度的影响，并有效确定污染源头，为降低大气颗粒物浓度的治理工作提供检测依据。

为了实现上述问题，现有技术所提供的空气颗粒物检测主要包括两种方式：

第一种，采用光散射法进行粉尘的检测，其原理通过光照射在空气中悬浮颗粒物上时，会产生散射光，在颗粒物性质一定的条件下，颗粒物的散射光强度与其质量浓度成正比的关系，计算出当前空气悬浮颗粒物浓度值。在实际应用由于光散射技术本身的结构特性，会有零位漂移及光源信号的衰减，导致采集的数据误差，因此不能准确的反应被监测区域的污染情况。且在不同的区域及周边环境，体积浓度与质量浓度之间的转换系数也不同，所以使用一个固定的转换系数K值来标定所有设备会导致数据误差。因此不难发现该技术优势在于，检测速度较快，但缺点也很明显，于由于容易受到颗粒物折射性、形态以及成分的影响，以及技术本身结构特性及转换系数的浮动等，其测量准确性不高。

第二种，采用重量法，通过抽取环境中的空气至滤膜上，以截留空气中的颗粒物，从而根据采样前后滤膜重量差来计算悬浮颗粒物浓度，其优势在于，检测精度较高，但缺点也很明显，检测所需时间较长，检测的实时性较差。

此外现有空气颗粒物浓度监控设备，每套都独立运行采集数据并发送数据，因此当该设备在某一地区密集布设时，每一台都会单独产生数据流量，若采用GPRS或其他付费流量通信方案，则会极大的提高数据采集成本，同时另一方面一旦某台设备GPRS或其他付费流量通信模块产生故障，则将影响该设备的数据采集并导致无法获取该设备所在地空气悬浮颗粒物检测数据。

因此综上原因，现有技术亟待一种能够结合上述两种空气颗粒物检测技术优点，并能够更为经济的降低采集数据的成本，同时保证该监控设备数据采集稳定性的的技术方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种空气颗粒物浓度监控设备，其能够结合膜称重法和光散射法的检测优势，并通过与外部服务器连接，实时矫正检测数据，以获取更为精确的空气质量检测数据

为实现上述目的，本发明提供了一种空气颗粒物浓度监控设备，其包括：第一检测装置（11），获取第一检测数据，通过数据传输装置（2）传输至处理装置，以计算出采样时间内的颗粒物小时浓度值，并通过所述数据传输装置（2）向所述服务器（5）发送，第二检测装置（12），获取第二检测数据，并通过所述数据传输装置（2）传输至所述服务器（5），并通过该服务器（5）内设有的校准系数K值公式计算获得最终检测数据。

进一步的，所述第一检测装置（11）为膜称重检测装置（3），其包括：第一采样头（31）通过第一气路通道（32）与膜片室（33）及空气泵（34）相通，膜片转盘（35）靠近所述膜片室（33），其上设有复数采样膜片，通过旋转移入/移出所述膜片室（33），移样模块36转移所述采样膜片至干燥称重室（37）内，将称得的总质量数据，设为所述第一检测数据。

进一步的，所述膜称重检测装置（3）还包括：气路密封罩伸缩杆（323）设置在所述第一气路通道（32）上，膜称重法控制器（322）与气路密封罩伸缩杆（323）控制连接，以操控所述第一气路通道（32）的进气导通/截止。

进一步的，所述第一气路通道（32）采用不锈钢材料制成。

进一步的，所述第一气路通道（32）内还是设有加热元件（321），以加热蒸发采样空气中的水汽，并保持恒温40°。

进一步的，所述膜称重检测装置（3）还包括：膜片储存室（38），设在所述移样模块（36）送样范围内，以转移所述干燥称重室（37）内的所述采样膜片至其内部封存。

进一步的，所述空气泵（34）抽气压力设定为26000pa，气流量为3L/min。

进一步的，所述第二检测装置（12）为光散法检测装置（6），其包括：第二采样头（61）通过第二气路通道（62）与光散法粉尘仪（63）相通，其中所述光散法粉尘仪（63）内置气泵。

进一步的，所述第二气路通道（62）为气体专用软管，且内壁光滑无静电，其内部设有加热元件（321）。以加热蒸发采样空气中的水汽，并保持恒温40°。

进一步的，所述第二检测数据为所述光散法粉尘仪（63）所测每分钟的质量浓度均值。

进一步的，所述矫正系数K为：

其中

进一步的，所述数据传输装置(2)包括：本地通信模块(21)，远程通信模块(22)，其中所述本地通信模块(21)用于本地数据传输及本地局域网络组建，所述远程通信模块(22)与所述服务器5建立远程数据连接。

进一步的，所述本地通信模块（21）为2.4G通信模块（211）、ZigBee通信模块、蓝牙通信模块、wifi通信模块、Z-wave通信模块中的一种。

进一步的，所述远程通信模块（22）为GPRS通信模块(212)、CDMA通信模块、3G/4G/5G通信模块中的一种。

进一步的，所述处理装置设置在所述本地通信模块（21）内。

进一步的，所述光散法检测装置（6）还包括：校准平台（64）与PLC控制器（65）控制连接，由***开关电源（66）供电，其中所述校准平台（64）与所述光散法粉尘仪（63）控制连接。

为实现上述目的，本发明另一方面还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的检测方法，其步骤包括：

步骤A：膜称重检测装置（3）抽取采样空气，经干燥处理后测得第一检测数据；

步骤B：数据传输装置（2）收取第一检测数据，转至处理装置计算采样时间内的颗粒物小时浓度值后：

步骤C：通过数据传输装置（2）向服务器（5）上报；

步骤D：光散法检测装置（6）抽取采样空气，经干燥处理后侧得第二检测数据：

步骤E：数据传输装置（2）收取第二检测数据，向服务器（5） 上报：

步骤F：服务器（5）依据内设的校准系数K值公式计算获得最终检测数据。

为了进一步保证本发明的一种空气颗粒物浓度监控设备的数据检测精度及可靠性，本发明另一方面还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的校准方法，其中步骤包括：

步骤A：停止光散法粉尘仪（63）工作，PLC控制器（65）控制该校准平台64，对该光散法粉尘仪63进行矫正操作；

步骤B：在第一预设矫正时间后，2.4G通信模块（211）向光散法粉尘仪（63）发送命令代码，令其进入自校准量程状态，以完成量程校验：

步骤C：在第二预设矫正时间后，校准平台（64）控制光散法粉尘仪（63）退出校准状态，且所述校准平台（64）进入待机状态；

步骤D：2.4G通信模块（211）发出指令，启动光散法粉尘仪（63）进入连续检测状态，开始工作。

进一步的，所述第一预设矫正时间为一分钟，所述第二预设矫正时间为两分钟。

为了进一步保证本发明的一种空气颗粒物浓度监控设备的数据检测精度及效率，本发明另一方面还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的量程自动切换方法，其中步骤包括：所述光散法粉尘仪（63）和2.4G通信模块（211）通信；所述2.4G通信模块（211）内设有的所述处理装置检测到所述光散法粉尘仪（63）采集到的粉尘浓度不小于2mg/m³时，发送指令，切换光散法粉尘仪（63）的量程，精度变更为0.1mg/m³，当粉尘浓度小于2mg/m³时，切回量程，精度变更为0.001mg/m³。

为了进一步保证本发明的一种空气颗粒物浓度监控设备适应检测环境，便于安置及维保， 本发明另一方面还提供了一采用空气颗粒物浓度监控设备的监测站，其中包括：外箱体（71），外箱体外门（711），复数底部支撑架（712）连接在所述外箱体（71）底部，防震缓冲器（713）嵌套在所述底部支撑架（712）上，底座（714）一侧与各所述底部支撑架（712）固定，数据天线（715）设置在所述外箱体（71）顶部，一对采样口，以供第一采样头（31），第二采样头（61）穿过设置，所述外箱体（71）内，还容纳有内箱体（72），所述内箱体（72）内容纳有，第一检测装置（11），数据传输装置（2），处理装置，第二检测装置（12），其中内箱体（72）顶部设置第一气路通道（32），第二气路通道62，以供与对应的第一第二采样头（31、61）连接，所述内箱体（72）上还设有，航空插头（721），所述内箱体（72）的下部设有加热温控器（722）。

本发明另一方面还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法，其中，包括步骤：

步骤A：通过远程通信模块（22）传输注册信息至服务器（5），进行网络注册；

步骤B：服务器（5）发送组网请求至远程通信模块（22），令各本地通信模块（21）在其通信范围内组网通信，形成本地局域网的网络节点；

步骤C：各网络节点查询本机远程通信模块（22）信号强度，推举最佳网络节点为主节点并与服务器（5）保持通信；

步骤D：其余网络节点设为从节点，其远程通信模块（22）进入休眠，通过所述本地通信模块（21）与所述主节点数据通信，并由所述主节点代为向服务器（5）保持通信。

进一步的，其中，还包括步骤F1：所述各从节点通信数据中，包含唯一请求编号，当未能通过本地局域网向主节点提交时，暂存于所述本地通信模块（21）中，待本地局域网通信恢复后，以调取并向所述主节点传输。

进一步的，其中还包括步骤F2：各从节点间允许转发其他从节点数据至所述主节点。

进一步的，其中所述步骤C：还包括推举次优网络节点为备用主节点，当当前主节点异常时转为主节点，并代为向所述服务器（5）通信。

本发明另一方面还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法的通信异常保护方法，其中步骤包括：

步骤A：主节点定期向各从节点进行通信握手；

步骤B：主节点判断未能完成通信握手的从节点，并向所述服务器（5）上报；

步骤C：同时从节点判断未能与主节点完成通信握手，并唤醒当前所述从节点的远程通信模块（22）与服务器（5）保持通信。

本发明另一方面还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法的通信异常保护方法，其步骤包括：

步骤A：所述主节点向各从节点发起一次查询，推举最佳网络从节点为主节点：

步骤B：被推举网络从节点转为主节点，激活远程通信模块（22）并与服务器（5）通信；

步骤C：前任主节点转换为从节点，其远程通信模块（22）进入待机，并作为备用主节点存在于本地局域网络。

通过本发明提供的一种空气颗粒物浓度监控设备，一方面视实现了两种检测方法的自融结合，互取优点，从而达到数据准确及实时性。另一方面，通过组网通信的方法，确保数据传输，覆盖更大的区域，保证所覆盖的区域数据连贯且稳定获取，并进一步节省通信成本。进而实现，降低了数据采集的成本，保证了数据采集的稳定性实时性，从而能更精确地的获取被测区域内空气颗粒物浓度的数据，以便更好的对被测区域周围环境进行预防治理。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的空气颗粒物浓度监控设备结构示意图；

图2为采用本发明的空气颗粒物浓度监控设备的监测站结构示意图；

图3为采用本发明的空气颗粒物浓度监控设备的监测站结构示意图；

图4为本发明的空气颗粒物浓度监控设备在服务器端注册示意图；

图5为本发明的空气颗粒物浓度监控设备间组网示意图；

图6为本发明的空气颗粒物浓度监控设备间的本地局域网数据转发示意图；

图7为本发明的空气颗粒物浓度监控设备本地局域网主节点异常保护示意图；

图8为本发明的空气颗粒物浓度监控设备间的本地局域网数据转发示意图；

图9为本发明的空气颗粒物浓度监控设备间的本地局域网2.4G异常保护示意图。

附图中的“设备”为本发明中的提供一种空气颗粒物浓度监控设备简称。

附图编号说明：第一检测装置11，数据传输装置2，服务器5，第二检测装置12，膜称重检测装置3，第一采样头31，第一气路通道32，膜片室33，空气泵34，不间断电源40，加热元件321，膜称重法控制器322，气路密封罩伸缩杆323，膜片转盘35，旋转电机351，移样模块36，干燥称重室37，机器叉361，膜片储存室38，光散法检测装置6，第二采样头61，第二气路通道62，光散法粉尘仪63，本地通信模块21，远程通信模块22，2.4G通信模块211，GPRS通信模块212，外箱体71，外箱体外门711，底部支撑架712，防震缓冲器713，底座714，数据天线715，内箱体72，航空插头721，加热温控器722，校准平台64，PLC控制器65。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

一个地区的环境空气质量，随着时间的变化会产生一定的波动，因此在被检测区域内尽可能的分设多个检测点，可以有效的采集更多地区数据样本，另一方面还可以检测到空气质量在地理上的漂移情况，藉此可以获得更为精确，及更有参考性和分析价值的空气质量检测数据。

因此本发明提供的一种空气颗粒物浓度监控设备，为了实现在被检测地区分设多个检测点的需要，同时为了提高该设备在各测试点上的可靠性，防止因数据传输问题而造成数据缺失的遗憾。因此具有设备组网功能，各设备之间可以进行短距离数据传输，以组建检测地区的本地局域网络，并根据预设条件自动推举符合条件的该设备成为网络主节点，以汇集各从节点或其他设备采集的数据，并通过该主节点向服务器端建立一条数据传输专道，从而实现在降低数据传输成本的同时，极大的缓解了服务器的压力。

而另一方面为了提高检测结果的精确性，本发明提供了至少两种检测技术结合的技术方案，以形成相应的检测数据校准，且该数据校准由于源自该检测地区局域网内所有设备所采集的检测数据，因此经过该数据矫正后的测试结果能极大的提高检测精度，以客观的反应当前空气质量结果。

请参阅图1至图3，为本发明的一种空气颗粒物浓度监控设备及其检测方法的较佳实施方式，其中该空气颗粒物浓度监控设备包括：第一检测装置11，获取第一检测数据，并通过数据传输装置2传输至处理装置，以计算出采样时间内的颗粒物小时浓度值，并通过该数据传输装置2向WEB服务器5发送，第二检测装置12，获取第二检测数据，并通过数据传输装置2传输至该服务器5，并通过该服务器5内设有的校准系数K的计算获得最终检测数据。

值得一提的是，该该服务器5可以是该空气颗粒物浓度监控设备内置服务器，也可以是外部的WEB服务器，以下施例中优选外部的WEB服务器为例进行介绍，并没有对本发明的技术方案进行限制，本领域技术人员应当了解无论是内置本地化的服务器，还是架设外部联网的服务器，都属于本实施例中已经揭示的技术方案，本领域技术人员无需创造性的智力劳动即可得知。

进一步来说，所述第一检测装置11本发明优选，膜称重检测装置3，其包括：第一采样头31通过第一气路通道32与膜片室33及空气泵34相通，并提供不间断电源40为该膜称重检测装置3供电，其中该第一气路通道32优选为不锈钢材料制成，其内部还设有加热元件321，本发明优选加热丝，以加热蒸发采样空气中的水汽，并保持恒温，其中在本实施例中的优选温度为恒温40°，但本发明并不限制该温度值的设定，根据所在地区和环境情况的不同该温度可以进行调节，以满足蒸发空气中水分的需求。进一步的，当该空气泵34工作状态下，经由该第一采样头31可平稳抽入环境空气，经加热元件321干燥处理后至所述膜片室33中，经膜片过滤，将采样空气中的颗粒物全部留在膜片上，再经由膜称重法控制器322，控制设置在该第一气路通道32上的气路密封罩伸缩杆323，截止或导通该第一气路通道32与该空气泵34的气路，来排除采样空气，如此连续对环境空气采样一段时间后，完成环境空气采样。

值得一提的是，该持续采样参数根据不同检测精度要求，可自由设定，如采样时间在本实施例中优选一个小时，其中该空气泵34抽气压力可设定为26000pa，气流量为3L/min。前述设定的相关参数并未对本实施例的实施方式进行限制，为满足各种不同检测环境下的需要可以适当调节。

进一步的，当该环境空气采样流程结束后，进入采样检测流程，该空气泵34停止工作，该膜片室33打开，膜片转盘35依靠其底部设置的旋转电机351驱动旋转后，移出盘内已采样膜片，移入盘内新膜片至该膜片室33内，移样模块36转移该采样膜片至干燥称重室37内，静止干燥约四小时后，该采样膜片干燥完毕，颗粒物静止沉淀，则该干燥称重室37开始称重。

值得一提的是该移样模块36在本实施例中优选采用机器叉361，以将转出的该采样膜片缓慢铲起，旋转预设角度以运送该膜片至该干燥称重室37内，以形成样本运输功能，但本发明并未对该样本传送的技术方案进行限制，如通过机械手抓取、传送带输送等运送方式，皆属于本发明的近似实施方式，因而在此提及。

另一方面，该干燥称重室37，将称得的总质量数据，即第一检测数据，经由数据传输装置2发送至处理装置，以计算质量差，除以一小时的气体总流量，计算出采样时间内的颗粒物小时浓度值，保存并向该数据传输装置2上报数据包，此时整套膜称重***完成测量计算，该机械叉361将该膜片干燥称重室37内的的该采样膜片铲出，旋转至膜片储存室38封存，该机械叉361复位。

第二检测装置12本发明优选光散法检测装置6，其包括：第二采样头61通过第二气路通道62与光散法粉尘仪63相通，其中该光散法粉尘仪63内置气泵，藉此抽取环境空气，并经由第二采样头61平稳吸入，其中值得一提的是，该第二气路通道62优选气体专用软管，且软管优选实验室级，内壁光滑无静电。

此外该第二气路通道62内还设有加热元件321，本实施例优选加热丝，以加热蒸发采样空气中的水汽，并保持恒温，其中在本实施例中的优选温度为恒温40°，但本发明并不限制该温度值的设定，根据所在地区和环境情况的不同该温度可以进行调节，以满足蒸发空气中水分的需求，但高于该温度，则可能导致该光散法粉尘仪63内部激光光源受到影响。

进一步的当被吸入的采样气体经由该光散法粉尘仪63快速检测后排出，将自动计算每分钟的质量浓度均值，即第二检测数据，本优选实施例中为光散法粉尘仪读数F数据，并经由该数据传输装置2发送，其中需要特别指出的是，该光散法粉尘仪读数F数据发送的第一种方式为，若本机是整个被检测地区本地局域网主节点则直接通过该数据传输装置2向外部服务器5发送数据包。而另一方面，若本机是整个被检测地区本地局域网从节点，则通过该数据传输装置2向与该主节点相近的从节点/或主节点，依据就近原则，向主节点发送数据包，藉此由主节点通过数据传输装置2单独向服务器5发送数据包。

当该服务器5收到数据包后，根据接收到该膜称重检测装置3采集的数据，即质量浓度数据后根据如下计算公式，计算第二检测装置12的矫正系数“K”：

其中

根据上述公式，以校准该光散法检测装置6的检测数据，以获取最终检测数据。

此外需要特别指出的是上述实施例中，该数据传输装置2包括：本地通信模块21，与远程通信模块22，其中所述本地通信模块21用于组建该空气颗粒物浓度监控设备的本地数据传输及本地局域网络组建，在本发明的实施例中采用射频技术（RF），优选方案为2.4G通信模块211，但并未作出限制，同等替换方案，也可采用ZigBee通信模块，蓝牙通信模块，wifi通信模块，Z-wave通信模块。其中该远程通信模块22，用于使该空气颗粒物浓度监控设备与该服务器5建立远程数据连接，在本发明的实施例中优选采用GPRS通信模块212，但并未作出限制，同等替换方案，也可采用CDMA通信模块，3G/4G/5G通信模块。因此在本发明的各个实施例中，将以包括：2.4G通信模块211，及GPRS通信模块212的数据传输装置2为例进行介绍，本领域技术人员应当了解上述替换方案，无需创造性劳动即可适用于本发明的各实施例中，因此皆属于本发明已揭露的技术方案。

进一步的，本发明还提供了一种采用上述空气颗粒物浓度监控设备的监测站，其包括：外箱体71，其具有隔热，防水防尘，防电磁干扰的作用，外箱体外门711水密性良好，复数底部支撑架712连接在该外箱体71底部，以形成支撑，防震缓冲器713嵌套在该底部支撑架712上，以吸收外部震动对设备带来的影响，底座714一侧与各底部支撑架712固定，另一侧与水泥基础的预埋件连接，牢牢紧固于地面，藉此固定整套设备并稳固监测站，以适用在多种工作环境中安装，数据天线715及GPS天线为信号增强天线，设置在该外箱体71顶部，以增进该数据传输装置2信号传输，一对采样口，以供第一采样头31，第二采样头61穿过设置。

该外箱体71内，还容纳有内箱体72，其与外箱体71保持一定空间，且该外箱体71内可设有散热风扇保持运行，保持空气良好的流通性。该内箱体72内容纳有，第一检测装置11，数据传输装置2，处理装置，第二检测装置12，其中该内箱体72顶部设置该第一气路通道32，第二气路通道62，以供与对应的第一第二采样头31、61连接。

进一步的，该内箱体72上还设有，四个航空插头721以增扩传感器，提供数据插口及电源，增加可监测的环境因子，该内箱体72的下部为加热温控器722，以对该加热丝进行PID控制，将采样气路恒温在40摄氏度，降低被采样气体相对湿度。

另一方面，本发明还提供了一种上述空气颗粒物浓度监控设备的数据通信方法，以下结合图4至图9以做说明，其中该空气颗粒物浓度监控设备（以下简称监控设备） 每台中的该数据传输装置2包括：2.4G通信模块211，GPRS通信模块212，其中该GPRS通信模块212中还包括GPS模块，藉此各监控空设备均可通过GPRS通信模块212与该服务器5独立通信，并通过该GPS模块获得全球定位坐标，以准确的将该监控设备的位置告知该服务器5，极大的便于该服务器5上反映设置在不同检测区域的检测数据情况，以供分析，此外2.4G通信模块211用于组建本地检测区域内的无线局域网络，并完成在该无线局域网络中，各监控设备间的数据传输与数据交换。

其中该2.4G通信模块211建立的该无线局域网络，优选采用IEEE802.11标准的CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) 机制避免射频数据在无线局域网内的冲突。

另一方面每台监控设备在检测区域布设完毕后，需在该服务器5上进行一次注册，通过该GPRS通信模块212，在成功与该服务器5建立连接后，会将该监控设备的位置信息、设备唯一身份识别信息等注册数据提交给该服务器5完成注册。设备完成注册后，该服务器5可与其进行通信交互，实现对设备进行统一管理。

进一步的，当需要对该监控设备进行局域网划分时，在布设该监控设备时优选考虑蜂窝网络布设结构，以便各监控设备能处在，该本地局域网络通信信号交叠覆盖范围内。其中该服务器5通过对各监控设备的GPRS通信模块212发送指令，可对该本地局域网内任意一台监控设备发送局域网建网请求，该监控设备收到请求后，将通过该2.4G通信模块211向各监控设备发出组网请求，并完成握手组网过程，以建立满足该服务器5连接要求的本地监控设备局域网络，并将组建网络的结果通过与该服务器5通信的GPRS通信模块212回报给该服务器5，若该检测区域内如有多台监控设备运行时，则会通过各监控设备的该2.4G通信模块211，推举出各监控设备中，信号最佳的GPRS通信模块212所对应的该监控设备担任主节点，负责成为通信核心主机，其余各监控设备的GPRS通信模块212则进入休眠待机状态。

请参阅图4至图6，具体来说，其中该本地局域网络的划分及具体实现流程包括：

1、监控设备网络注册：

其中该未注册的监控设备，将通过该GPRS通信模块212与该服务器5进行数据通讯，以传送注册信息方式，完成整个监控设备的注册流程，其中该注册信息包括：该监控设备的唯一身份ID、该监控设备当前位置信息，该服务器5为该监控设备分配的服务编号及配置信息，并与该监控设备完成信息核对后确认。

2、监控设备间组网：

其中，对已注册的各监控设备在该服务器5端均有详细信息记录，该服务器5可通过位置信息和或唯一身份ID信息，来确定并指定控制选中的几台监控设备进行组网。具体来说，在本实施例中优选组网方式为：对每台监控设备在本地局域网中对应为一个“网络节点”。当需要多个监控设备组成一个本地局域网时，该服务器5可将组网请求发送至其中的一台“网络节点”。该组网请求的命令中，还包括：本地局域网中每个网络节点的所有监控设备的唯一身份ID，及服务编号（用于服务器管理），当一个组网请求中，包含网络节点数量较多，组网请求命令长度将会比较长，此时将采用分包发送的形式，直至目标监控设备接收到完整的组网请求。

进一步的，当收到该组网请求命令的该网络节点，将尝试在自身的2.4G通信模块211的通讯范围内，组建符合该服务器5要求的本地局域网，该本地局域网中的成员信息由组网请求中获取。组网过程中，每个网络节点会查询本机的GPRS通信模块212的信号强度和射频信号强度，最终选定通讯质量最高的网络节点上的这台监控设备，作为与该服务器5对接的主节点，而其他监控设备的该GPRS通信模块212将进入休眠模式，作为“备用主节点”，而其他监控设备通过2.4G通信模块211，进行数据通信，以作为从节点存在于整个本地局域网中。

当然在另一种实施方式中，也可以将已完成注册而未进行组网的该监控设备，设置为，采用GPRS通信模块212独立与该服务器5通讯。从而通过该数据传输装置2所包括的：本地通信模块21，与远程通信模块22这至少两个数据通信渠道，提高容灾容错性，藉此提高组网及整体数据采集的可靠性。

进一步来说，本发明的空气颗粒物浓度监控设备的数据通信方法中，还包括本局域网的数据管理方法，其中包括：数据确认和数据恢复方法。

具体来说，由于无线射频相对于有线通讯，存在一定的不确定性，所以在无线本地局域网内的命令和数据均需要收到接收方监控设备的应答才判定为处理完成，否则均需要重新发送，为避免重复执行，则每个数据包和命令均包含一个当前本地局域网网内的唯一请求编号。因此未能成功提交的数据，则均在该2.4G通信模块211中的本地存储模块中有历史记录，藉此可在本地局域网络通讯恢复或现场故障排除后，重新调取，以恢复数据，并向主节点传送，使该服务器5能收到该历史记录数据。

进一步来说，本发明的空气颗粒物浓度监控设备的数据通信方法中，还包括本局域网的数据转发方法，其中射频通讯受环境气候等因素影响，当接收端和发送端距离过远或接近通讯临界距离，会使通讯的可靠性过低。本设计中该本地局域网采用网状网络结构，并支持各监控设备间数据的转发，较远距离的网络从节点，可以通过地理位置居中的网络从节点对数据进行转发，藉此将数据传送至主节点。

而组建本地局域网时，由于选择了网络中信号最佳的监控设备作为主节点，配合上数据转发机制，可以有效地解决传统应用中，因个别位置GPRS信号不良而影响连接、通讯质量的问题。

同时上述技术方案，也更进一步降低了付费流量的产生，已成功组建的局域网，仅需要一台带有GPRS通讯功能的该监控设备，即可将局域网内的数据上报给服务器5，其它监控设备的GPRS通信模块212则可以进入休眠模式，一方面节省了流量的消耗，同时也降低了服务器5需要维护的链接数量，缓解了服务器5的压力

此外，为了进一步，提高该监控设备在组建通信网络时的容错性，可靠性，以下结合图7至图9进行说明，本发明的空气颗粒物浓度监控设备的数据通信方法还包括：本地局域网通讯故障保护方案，其中包括：

1、GPRS通信模块212通信异常保护方法

其中当与服务器5通讯的主节点因出现故障或手机卡欠费等异常，而导致主节点的GPRS通讯不正常时，本地局域网内的该监控设备之间将重新选择最优的主节点，并停用故障的主节点监控设备的GPRS通信模块212。启用备用主节点并激活，并向服务器5提供一条报警信息，以便后续检修。

值得一提的是该备用主节点，事先通过本地局域网内各监控设备组网时检测各自GRPS通信模块信号优质程度，进行排名，并在第一次组网时推举GPRS信号最好的监控设备作为主节点，而排名靠后的则会作为备用主节点，等待激活。

2、2.4G通信模块211通信异常保护方法

其中本地局域网内的主节点，将定时会向网内其余网络从节点进行一次通讯握手，确认各网络从节点当前的工作状态。当主节点检测到某个从节点多次未能完成握手（默认次数为三次，可由服务器5命令进行更改），则判断为该网络从节点的2.4G通信模块211通讯异常，并向服务器5发送警报。同时该故障从节点，也能因为检测到自身长时间未能成功完成通讯握手，而唤醒本机的GPRS通信模块212，主动向服务器5发起异常警报，并保持数据能够继续持续更新。

3、GPRS通讯信号质量保护方法

当主节点的GPRS通信模块212连接状态不理想，出现频繁重连或者多次出现数据发送超时、心跳包超时等现象时，该主节点将向本地局域网内的所有网络从节点，发起一次查询，查找当前GPRS信号质量最佳的从节点，本地局域网内各网络从节点的GPRS通信模块212将被唤醒并检查各自的信号质量，若当前本地局域网中有某个网络从节点的信号质量明显优于当前的主节点，则最近一次检测中，GPRS信号最优的从节点将被作为主节点激活，而之前信号质量下降的主节点将切换为从节点，并进入备用主节点名单备用。

4、监控设备在本地局域网内数据代发方法

当某个未组网的已注册监控设备出现GPRS通信模块212异常，而不能与服务器正常通讯时，该监控设备会通过2.4G通信模块211，以广播形式发送“数据代发”请求，若附近有可对接通讯的同类型监控设备，则会对该故障监控设备建立一个代发服务连接，在故障期间通过数据代发的形式，保持故障监控设备的数据持续性，同时，提供代发服务的监控设备，将向服务器5发送一条警报，并提供故障监控设备的信息，请求进行设备维护。

通过上述技术方案，能够进一步的保证各监控设备与服务器5之间的通信可靠性及数据传输的稳定性，并为设备故障提供了应急解决办法，提高了监控设备数据采集的稳定性。

另一方面，本发明还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的校准方法，具体来说由于该光散法粉尘仪63的激光原理结构的原因，需要定期进行跨度校准，其中该光散法粉尘仪63通过其自带的激光挡板进行跨度校准，将激光挡板旋转至“校准”状态，则激光挡板可完全遮挡住激光光源，此时的仪器读数可模拟为满刻度量程值，定位此数据从而调节其设备的满量程，保证仪器的数据可靠。

因此该光散法检测装置6还包括：校准平台64，PLC控制器65由***开关电源66供电，其中该服务器5会定期通过GPRS数据传输方式向主节点的监控设备发送校准命令，该校准命令经由该监控设备的GPRS通信模块212转发至2.4G通信模块211后，开始控制该光散法检测装置6执行校准程序。

具体步骤包括：停止光散法粉尘仪63工作，同时向PLC控制器65发送校准启动信号，该PLC控制器65收到启动信号，开始执行命令，向该校准平台64发送信号，以控制该校准平台64转动该激光挡板，以对该光散法粉尘仪63进行矫正操作，后根据预设矫正所需时间，本实施例中优选一分钟后，2.4G通信模块211向该光散法粉尘仪63发送命令代码，令其进入自校准量程状态，持续两分钟后，完成量程校验。该校准平台64转动该激光挡板归位，并进入待机状态，该2.4G通信模块211发出指令，启动该光散法粉尘仪63再次进入连续检测状态，开始工作。

另一方面，本发明还提供了一种空气颗粒物浓度监控设备的量程自动切换方法：

具体的，该光散法检测装置6能够根据预设程序进行量程自动切换，以使该光散法粉尘仪63可以根据现场粉尘浓度的取值，自动切换到相应的量程，实现高精度的测量。

其中该光散法粉尘仪63和2.4G通信模块211对接，该2.4G通信模块211内设有该处理装置，因此不仅完成数据通讯，同时还通过处理装置，负责对该光散法粉尘仪63的检测数据进行实时监控。当该2.4G通信模块211内的处理装置，检测到该光散法粉尘仪63采集到的粉尘浓度不小于2mg/m³时，将发送一条指令，将光散法粉尘仪63的量程切换到高量程，精度变更为0.1mg/m³，当粉尘浓度小于2mg/m³时，将切换回低量程模式，精度变更为0.001mg/m³。量程切换后，该2.4G通信模块211的数据包，数据内容也做相应变更，以表示不同单位的检测数据，以便通过主节点检测设备发送后在该服务器5上被识别。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于，包括：第一检测装置（11），获取第一检测数据，通过数据传输装置（2）传输至处理装置，以计算出采样时间内的颗粒物小时浓度值，并通过所述数据传输装置（2）向所述服务器（5）发送，第二检测装置（12），获取第二检测数据，并通过所述数据传输装置（2）传输至所述服务器（5），并通过该服务器（5）内设有的校准系数K值公式计算获得最终检测数据。

2.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述第一检测装置（11）为膜称重检测装置（3），其包括：第一采样头（31）通过第一气路通道（32）与膜片室（33）及空气泵（34）相通，膜片转盘（35）靠近所述膜片室（33），其上设有复数采样膜片，通过旋转移入/移出所述膜片室（33），移样模块（36）转移所述采样膜片至干燥称重室（37）内，将称得的总质量数据，设为所述第一检测数据。

3.根据权利要求2所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述膜称重检测装置（3）还包括：气路密封罩伸缩杆（323）设置在所述第一气路通道（32）上，膜称重法控制器（322）与气路密封罩伸缩杆（323）控制连接。

4.根据权利要求2或3所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述第一气路通道（32）采用不锈钢材料制成。

5.根据权利要求2所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述第一气路通道（32）内还是设有加热元件（321），并保持恒温40°。

6.根据权利要求2所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述膜称重检测装置（3）还包括：膜片储存室（38），设在所述移样模块（36）送样范围内，以转移所述干燥称重室（37）内的所述采样膜片至其内部封存。

7.根据权利要求2所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述空气泵（34）抽气压力设定为26000pa，气流量为3L/min。

8.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述第二检测装置（12）为光散法检测装置（6），其包括：第二采样头（61）通过第二气路通道（62）与光散法粉尘仪（63）相通，其中所述光散法粉尘仪（63）内置气泵。

9.根据权利要求8所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述第二气路通道（62）为气体专用软管，且内壁光滑无静电，其内部设有加热元件（321），并保持恒温40°。

10.根据权利要求8所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述第二检测数据为所述光散法粉尘仪（63）所测每分钟的质量浓度均值。

11.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述矫正系数K为：其中

12.根据权利要求1所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述数据传输装置（2）包括：本地通信模块（21），远程通信模块（22），其中所述本地通信模块（21）用于本地数据传输及本地局域网络组建，所述远程通信模块（22）与所述服务器5建立远程数据连接。

13.根据权利要求12所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述本地通信模块（21）为2.4G通信模块（211）、ZigBee通信模块、蓝牙通信模块、wifi通信模块、Z-wave通信模块中的一种。

14.根据权利要求12所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述远程通信模块（22）为GPRS通信模块(212)、CDMA通信模块、3G/4G/5G通信模块中的一种。

15.根据根据权利要求12所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述处理装置设置在所述本地通信模块（21）内。

16.根据根据权利要求8所述的一种空气颗粒物浓度监控设备，其特征在于：所述光散法检测装置（6）还包括：校准平台（64）与PLC控制器（65）控制连接，由***开关电源（66）供电，其中所述校准平台（64）与所述光散法粉尘仪（63）控制连接。

17.一种如权1所述空气颗粒物浓度监控设备的检测方法，其特征在于，包括：

步骤A：膜称重检测装置（3）抽取采样空气，经干燥处理后测得第一检测数据；

步骤B：数据传输装置（2）收取第一检测数据，转至处理装置计算采样时间内的颗粒物小时浓度值后：

步骤C：通过数据传输装置（2）向服务器（5）上报；

步骤D：光散法检测装置（6）抽取采样空气，经干燥处理后侧得第二检测数据：

步骤E：数据传输装置（2）收取第二检测数据，向服务器（5） 上报：

步骤F：服务器（5）依据内设的校准系数K值公式计算获得最终检测数据。

18.一种如权1所述空气颗粒物浓度监控设备的校准方法，其特征在于，步骤包括：

步骤A：停止光散法粉尘仪（63）工作，PLC控制器（65）控制该校准平台64，对该光散法粉尘仪63进行矫正操作；

步骤B：在第一预设矫正时间后，2.4G通信模块（211）向光散法粉尘仪（63）发送命令代码，令其进入自校准量程状态，以完成量程校验：

步骤C：在第二预设矫正时间后，校准平台（64）控制光散法粉尘仪（63）退出校准状态，且所述校准平台（64）进入待机状态；

步骤D：2.4G通信模块（211）发出指令，启动光散法粉尘仪（63）进入连续检测状态，开始工作。

19.根据权利要求18所述的一种空气颗粒物浓度监控设备的校准方法，其特征在于，所述第一预设矫正时间为一分钟，所述第二预设矫正时间为两分钟。

20.一种如权1所述空气颗粒物浓度监控设备的量程自动切换方法，其特征在于，步骤包括：所述光散法粉尘仪（63）和2.4G通信模块（211）通信；所述2.4G通信模块（211）内设有的所述处理装置检测到所述光散法粉尘仪（63）采集到的粉尘浓度不小于2mg/m³时，发送指令，切换光散法粉尘仪（63）的量程，精度变更为0.1mg/m³，当粉尘浓度小于2mg/m³时，切回量程，精度变更为0.001mg/m³。

21.一种采用如权利要求1所述的一种空气颗粒物浓度监控设备的监测站，其特征在于，包括：外箱体（71），外箱体外门（711），复数底部支撑架（712）连接在所述外箱体（71）底部，防震缓冲器（713）嵌套在所述底部支撑架（712）上，底座（714）一侧与各所述底部支撑架（712）固定，数据天线（715）设置在所述外箱体（71）顶部，一对采样口，以供第一采样头（31），第二采样头（61）穿过设置，所述外箱体（71）内，还容纳有内箱体（72），所述内箱体（72）内容纳有，第一检测装置（11），数据传输装置（2），处理装置，第二检测装置（12），其中内箱体（72）顶部设置第一气路通道（32），第二气路通道（62），以供与对应的第一第二采样头（31、61）连接，所述内箱体（72）上还设有，航空插头（721），所述内箱体（72）的下部设有加热温控器（722）。

22.一种如权1所述空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法，其特征在于，包括步骤：

步骤A：通过远程通信模块（22）传输注册信息至服务器（5），进行网络注册；

步骤B：服务器（5）发送组网请求至远程通信模块（22），令各本地通信模块（21）在其通信范围内组网通信，形成本地局域网的网络节点；

步骤C：各网络节点查询本机远程通信模块（22）信号强度，推举最佳网络节点为主节点并与服务器（5）保持通信；

步骤D：其余网络节点设为从节点，其远程通信模块（22）进入休眠，通过所述本地通信模块（21）与所述主节点数据通信，并由所述主节点代为向服务器（5）保持通信。

23.根据权利要求22所述的空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法，其特征在于，还包括步骤F1：所述各从节点通信数据中，包含唯一请求编号，当未能通过本地局域网向主节点提交时，暂存于所述本地通信模块（21）中，待本地局域网通信恢复后，以调取并向所述主节点传输。

24.根据权利要求22所述的空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法，其特征在于，还包括步骤F2：各从节点间允许转发其他从节点数据至所述主节点。

25.根据权利要求22所述的空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法，其特征在于：所述步骤C：还包括推举次优网络节点为备用主节点，当当前主节点异常时转为主节点，并代为向所述服务器（5）通信。

26.一种如权22所述空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法的通信异常保护方法，其特征在于，步骤包括：

步骤A：主节点定期向各从节点进行通信握手；

步骤B：主节点判断未能完成通信握手的从节点，并向所述服务器（5）上报；

步骤C：同时从节点判断未能与主节点完成通信握手，并唤醒当前所述从节点的远程通信模块（22）与服务器（5）保持通信。

27.一种如权22所述空气颗粒物浓度监控设备的组网通信方法的通信异常保护方法，其特征在于，步骤包括：

步骤A：所述主节点向各从节点发起一次查询，推举最佳网络从节点为主节点：

步骤B：被推举网络从节点转为主节点，激活远程通信模块（22）并与服务器（5）通信；

步骤C：前任主节点转换为从节点，其远程通信模块（22）进入待机，并作为备用主节点存在于本地局域网络。