一种用智能手机监测PM2.5的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种快速、联网、轻巧、价廉的用智能手机监测PM2.5的系统，此系统除通常智能手机外，增设了小巧、智能的智能空气采样头。智能空气采样头既可使用人嘴来吸气采样,也可使用采样气泵采样。智能空气采样头和智能手机之间能通讯。在手机的引导下，智能空气采样头采用激光散射法测量空气中的粉尘数量及粒径，采用毛细管传热温差量热法测量气体的流量，将测量结果发给智能手机进行处理与显示。智能手机将手机位置及PM2.5的测量结果无线上传，从而实现全国PM2.5的自动联网覆盖，由此给出污染的源头及扩散的方向。本发明专利技术还能在智能手机的引导下由用户自行维护、校正智能空气采样头。

A system for monitoring PM2.5 with smart phones

The invention discloses a fast, networked, lightweight and inexpensive system for monitoring PM2.5 with an intelligent mobile phone, in addition to the usual intelligent mobile phone, a smart smart air sampling head is added. The intelligent air sampling head can use either the human mouth to inhale the sampling or the sampling air pump sampling. Intelligent air sampling heads can communicate with smart phones. In the mobile phone under the guidance of intelligent air sampling head by laser scattering to measure the dust in the air quantity and particle size, temperature difference of heat transfer by capillary gas flow calorimetry measurement, the measurement results will be sent to the mobile phone intelligent processing and display. Smart phones wirelessly upload mobile location and PM2.5 measurements to achieve nationwide PM2.5 automatic networking coverage, thus giving the source of pollution and the direction of diffusion. The invention can also maintain and correct the intelligent air sampling head by the user under the guidance of the intelligent mobile phone.

【技术实现步骤摘要】
一种用智能手机监测PM2.5的系统
本专利技术涉及大气监测领域，尤其是涉及一种用智能手机监测PM2.5的系统。
技术介绍
雾霾正让中国大城市乃至全世界都紧张，直径小于7微米的颗粒能长时间滞留在大气中，随风飘向世界各地，而直径小于2.5微米的颗粒进入人体后，会堵塞人体的微循环，并直接堵塞肺，造成肺活量的减少，肺硬化。已有大量的数据证明，上升到中国头号癌症的肺癌和雾霾有直接关系，广大民众谈起雾霾无不色变。同样，由于大量塑料及其它工业品的使用，这些塑料产品都会老化，变成粉尘进入水源，人体对水中微小颗粒的过滤同样效果有限，这些微小的颗粒也会堵塞人的微循环。要治理雾霾，要减少微小化工颗粒进入人体的量，首先要测准雾霾的微颗粒，而且监测点要多，覆盖范围要广，测量速度要快，数据要联网，查询要方便。但是，目前流行的几种监测仪器都做不到这一点，它们的监测方法主要有震荡天平法及β射线法，这两种方法都是通过监测采样器中滤纸上的灰尘重量（密度）来计算PM2.5。这些方法所使用的仪器昂贵，采样费时费力，而且受空气湿度的影响比较大，有时根本测不准。加上一个城市有时就少数几个监测点，得出的结果无法代表整个城市，民众对检测结果半信半疑，不清楚自己要购买的楼盘附近的空气污染状况，也不清楚自己小孩就读学校附近的空气污染状况，更无法追综雾霾的污染源及输运方式乃至消除过程。现在各地都在办工业区，化工污染已成向内陆及水源上游转移的趋势，如何让民众监控自己的环境，就需要让民众能自己用数据说话。因此，如能让每个民众手中的智能手机起到监测PM2.5的作用，快速监测并自然联网，就能从根本上改变人们对PM2.5的认识，增强环保意识，甚至能促进人才向PM2.5监测结果好的二线城市流动，若手机检测PM2.5能实现普及，从轻讲可决定一个商场及住宅小区的兴隆，从重讲可改变一个国家的人财物的流向。目前市面上已有手持式PM2.5测试仪，其原理是使用激光散射法对尘埃粒子进行数目计数和粒径分类，如图3及图4所示：激光粒子计数腔通常是一个金属椭球反射镜腔，内部安装了激光照射光束、光电二极管探测器、空气喷管，空气出气管。腔中空气流动方向，激光束方向，光电二极管探测器轴线方向三者相互垂直，而光电二极管探测器和粒子激光散射点又分别位于椭球反射镜腔的两个焦点上，所以，粒子对激光的散射光线无论是哪个方向，经椭球面反射后，一定会集到光电二极管探测器接收位置。光电脉冲信号的强弱对应粒子粒径的大小，光电脉冲信号的个数对应粒子的个数。通常用脉冲比较计数器来完成这两项工作。空气采样使用了采样泵，采样泵的采样空气流量基本上是稳定的，所以目前市面上的激光粒子计数器能简单方便地计量流过的气体体积，但无法对进来的空气进行稀释，当空气较脏时，就无法准确计量粒子数及大小。此外，采样泵占一定体积，耗电量也较大。目前市面上的这类仪器有以下缺点：（1）耗电量大，要配大容量电池（达2000mAh）；（2）重量重，携带不方便；（3）成本高，价格贵(最便宜的也要2000余元)；（4）没有利用智能手机已普及的有利条件，不能自动加上测试位置信息，无法做到全城、全国自动联网；（5）采样时直接抽取空气，当空气过脏时，激光散射法会漏计数，从而造成结果不准。（6）用户无法自己随时随地校正仪器，影响测量结果的可信度。目前市面上的手持式PM2.5测试仪直接由空气采样泵的流量来决定空气流量，但本专利技术为了追求装置小巧，所以使用半导体行业普遍使用的质量流量计（MFC，以下同）原理来计量空气体积。该原理是，在薄壁不锈钢毛细管外壁缠有极细的漆包金属线，成螺线管状，所以构成一电阻。此电阻受温度的影响，流过毛细管的气体所携带的热量会影响此电阻。将这种螺线管中间抽头就可变成电桥的两臂电阻，与外加的两个电阻便形成测量电桥。当气体流过毛细管时，电桥就会有非平衡电流输出，经放大后送给单片机处理。电桥的电流检流及放大这部分电路称为流速变送器，其信号直接对应毛细管内单位时间流过的气体流量。通常待测气体流量超过毛细管容许流量许多倍，此时会增设一捆与毛细管并行的毛细管，这样由单根毛细管的流量就可推算所有毛细管合起来流过的气体流量。对于粒子激光散射光电信号的处理，目前手持式PM2.5测试仪使用的是脉冲比较计数方法，这种方法在空气比较脏时会产生漏计数（尘埃对应的光电脉冲太密，无法区分），且所使用的比较阈值也不能随背景信号变化而变化，而背景起决于激光计数腔内的污染及反射面的氧化程度、激光器的功率变化、各镜面的污染等，所以，测量结果必定会漂移。加上用户不能自行校正，所以现有的仪器误差会不可控。要解决此问题，就必须摒弃脉冲比较计数方法
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快速、联网、轻巧、价廉的用智能手机监测PM2.5的系统，用智能手机引导智能空气采样头，完成校正及PM2.5数据检测并连同手机位置上传到网上。本专利技术的目的是这样实现的：一种用智能手机监测PM2.5的系统，特征是：由智能空气采样头、内含PM2.5检测软件的智能手机、PM2.5测试数据及测试位置共享网组成，其中：智能空气采样头又由空气进管、洁净空气进管、洁净空气主管、洁净空气流速测速管、洁净空气流速传感螺线线圈、脏空气进管、脏空气流速测速管、脏空气流速传感螺线线圈、空气混合管、激光粒子计数腔、单向阀、吸嘴、桥式电路及电脑控制电路组成；脏空气进管的进气口为a端，洁净空气出管的出气口为b端，洁净空气进管的进气口为c端，跨接管的两端分别为e端和d端，在空气进管的空气进口后端的球形管内安装有精密疏水滤膜，洁净空气主管的洁净空气进气口和洁净空气流速测速管的洁净空气进气口均与洁净空气进管的洁净空气出气口相通，跨接管是活动的，测量时跨接管将洁净空气进管的进气口与洁净空气出管的出气口相联通,也就是图2中d端和c端连接，e端和b端连接;在洁净空气主管内安装有匀流装置，在洁净空气流速测速管的外壁套有洁净空气流速传感螺线线圈；在脏空气进管的脏空气进口后端的球形管内安装有粗滤膜，脏空气流速测速管的脏空气进气口与脏空气进管上的粗滤膜的脏空气出气口相通，在脏空气流速测速管的外壁套有脏空气流速传感螺线线圈，洁净空气主管的洁净空气出气口、洁净空气流速测速管的洁净空气出气口、脏空气流速测速管的脏空气出气口均与空气混合管的混合空气进气口相通，空气混合管的混合空气出气口与激光粒子计数腔串联后接单向阀的进气口，单向阀的出气口与吸嘴的进口相通。吸嘴的出口供人吸气用；脏空气测量桥式电路由第1—第4电阻Ｒ１－4、脏空气流速变送器组成，第1电阻Ｒ１的一端接脏空气流速传感螺线线圈的左端，第1电阻Ｒ１的另一端与第2电阻Ｒ２串联后接脏空气流速传感螺线线圈的右端，脏空气流速变送器的一端接串联的第1电阻Ｒ1与第2电阻Ｒ２的公共端，脏空气流速变送器的另一端接脏空气流速传感螺线线圈的中间端，脏空气流速传感螺线线圈的左端与中间抽头端构成第3电阻Ｒ３，脏空气流速传感螺线线圈的右端与中间抽头端构成第4电阻Ｒ４；洁净空气测量桥式电路28由第5—第8电阻Ｒ5－8、洁净空气流速变送器组成，第7电阻Ｒ７的一端接洁净空气流速传感螺线线圈的左端，第７电阻Ｒ７的另一端与第8电阻Ｒ８串联后接洁净空气流速传感螺线线圈的右端，洁净空气流速变送器的一端接串联的第7电阻Ｒ７与第8电阻Ｒ８的公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用智能手机监测PM2.5的系统，其特征在于：由智能空气采样头、内含PM2.5检测软件的智能手机、PM2.5测试数据及测试位置共享网组成，其中：智能空气采样头又由空气进管、洁净空气进管、洁净空气主管、洁净空气流速测速管、洁净空气流速传感螺线线圈、脏空气进管、脏空气流速测速管、脏空气流速传感螺线线圈、空气混合管、激光粒子计数腔、单向阀、吸嘴、桥式电路及电脑控制电路组成；脏空气进管的进气口为a端，洁净空气出管的出气口为b端，洁净空气进管的进气口为c端，跨接管的两端分别为e端和d端，在空气进管的空气进口后端的球形管内安装有精密疏水滤膜，洁净空气主管的洁净空气进气口和洁净空气流速测速管的洁净空气进气口均与洁净空气进管的洁净空气出气口相通，跨接管是活动的，测量时跨接管将洁净空气进管的进气口与洁净空气出管的出气口相联通,也就是d端和c端连接，e端和b端连接；在洁净空气主管内安装有匀流装置，在洁净空气流速测速管的外壁套有洁净空气流速传感螺线线圈；在脏空气进管的脏空气进口后端的球形管内安装有粗滤膜，脏空气流速测速管的脏空气进气口与脏空气进管上的粗滤膜的脏空气出气口相通，在脏空气流速测速管的外壁套有脏空气流速传感螺线线圈，洁净空气主管的洁净空气出气口、洁净空气流速测速管的洁净空气出气口、脏空气流速测速管的脏空气出气口均与空气混合管的混合空气进气口相通，空气混合管的混合空气出气口与激光粒子计数腔串联后接单向阀的进气口，单向阀的出气口与吸嘴的进口相通；脏空气测量桥式电路由第1—第4电阻Ｒ１－4、脏空气流速变送器组成，第1电阻Ｒ１的一端接脏空气流速传感螺线线圈的左端，第1电阻Ｒ１的另一端与第2电阻Ｒ２串联后接脏空气流速传感螺线线圈的右端，脏空气流速变送器的一端接串联的第1电阻Ｒ1与第2电阻Ｒ２的公共端，脏空气流速变送器的另一端接脏空气流速传感螺线线圈的中间端，脏空气流速传感螺线线圈的左端与中间抽头端构成第3电阻Ｒ３，脏空气流速传感螺线线圈的右端与中间抽头端构成第4电阻Ｒ４；洁净空气测量桥式电路28由第5—第8电阻Ｒ5－8、洁净空气流速变送器组成，第7电阻Ｒ７的一端接洁净空气流速传感螺线线圈的左端，第７电阻Ｒ７的另一端与第8电阻Ｒ８串联后接洁净空气流速传感螺线线圈的右端，洁净空气流速变送器的一端接串联的第7电阻Ｒ７与第8电阻Ｒ８的公共端，洁净空气流速变送器的另一端接洁净空气流速传感螺线线圈的中间端，洁净空气流速传感螺线线圈的左端与中间抽头端构成第5电阻Ｒ５，洁净空气流速传感螺线线圈的右端与中间抽头端构成第6电阻Ｒ６；电脑控制电路由按键面板、单片机、温湿度传感器、无线通讯模块、声光报警电路、测速管加热模块、电源及其容量监测电路组成；激光粒子计数器的粒子计数输出端、洁净空气流速变送器的信号输出端、脏空气流速变送器的输出端、按键面板的面板信号输出端、电源及其容量监测电路的电池信号输出端分别与单片机上对应的信号输入端相连，单片机控制的测速管加热模块对两测速管进行恒流加热；单片机的报警信号输出端接声光报警电路的声光报警信号输入端，单片机的通讯口与无线通讯模块的信号输入端相连；无线通讯模块通过无线通讯协议与内含PM2.5检测软件的智能手机相联系；智能手机通过无线通讯网与PM2.5测试数据及测试位置共享网相联，将监测到的空气PM2.5数据及监测者的位置上传到PM2.5测试数据及测试位置共享网上，供人们查询；智能空气采样头对气体流速进行时间积分，从而得出整个吸气过程中流过的空气总量；通过管径设计控制，洁净空气的总流量是脏空气流量的5‑20倍；物理上，在洁净空气主管内插满4‑19根和脏空气流速测速管一样的毛细管，构成匀流装置；使用AD模数转换来处理光电二极管探测器输出的激光粒子散射光电脉冲信号。...

【技术特征摘要】
1.一种用智能手机监测PM2.5的系统，其特征在于：由智能空气采样头、内含PM2.5检测软件的智能手机、PM2.5测试数据及测试位置共享网组成，其中：智能空气采样头又由空气进管、洁净空气进管、洁净空气主管、洁净空气流速测速管、洁净空气流速传感螺线线圈、脏空气进管、脏空气流速测速管、脏空气流速传感螺线线圈、空气混合管、激光粒子计数腔、单向阀、吸嘴、桥式电路及电脑控制电路组成；脏空气进管的进气口为a端，洁净空气出管的出气口为b端，洁净空气进管的进气口为c端，跨接管的两端分别为e端和d端，在空气进管的空气进口后端的球形管内安装有精密疏水滤膜，洁净空气主管的洁净空气进气口和洁净空气流速测速管的洁净空气进气口均与洁净空气进管的洁净空气出气口相通，跨接管是活动的，测量时跨接管将洁净空气进管的进气口与洁净空气出管的出气口相联通,也就是d端和c端连接，e端和b端连接；在洁净空气主管内安装有匀流装置，在洁净空气流速测速管的外壁套有洁净空气流速传感螺线线圈；在脏空气进管的脏空气进口后端的球形管内安装有粗滤膜，脏空气流速测速管的脏空气进气口与脏空气进管上的粗滤膜的脏空气出气口相通，在脏空气流速测速管的外壁套有脏空气流速传感螺线线圈，洁净空气主管的洁净空气出气口、洁净空气流速测速管的洁净空气出气口、脏空气流速测速管的脏空气出气口均与空气混合管的混合空气进气口相通，空气混合管的混合空气出气口与激光粒子计数腔串联后接单向阀的进气口，单向阀的出气口与吸嘴的进口相通；脏空气测量桥式电路由第1—第4电阻Ｒ１－4、脏空气流速变送器组成，第1电阻Ｒ１的一端接脏空气流速传感螺线线圈的左端，第1电阻Ｒ１的另一端与第2电阻Ｒ２串联后接脏空气流速传感螺线线圈的右端，脏空气流速变送器的一端接串联的第1电阻Ｒ1与第2电阻Ｒ２的公共端，脏空气流速变送器的另一端接脏空气流速传感螺线线圈的中间端，脏空气流速传感螺线线圈的左端与中间抽头端构成第3电阻Ｒ３，脏空气流速传感螺线线圈的右端与中间抽头端构成第4电阻Ｒ４；洁净空气测量桥式电路28由第5—第8电阻Ｒ5－8、洁净空气流速变送器组成，第7电阻Ｒ７的一端接洁净空气流速传感螺线线圈的左端，第７电阻Ｒ７的另一端与第8电阻Ｒ８串联后接洁净空气流速传感螺线线圈的右端，洁净空气流速变送器的一端接串联的第7电阻Ｒ７与第8电阻Ｒ８的公共端，洁净空气流速...

【专利技术属性】
技术研发人员：方文卿，方恺齐，王立，邓坚贞，王小平，
申请(专利权)人：南昌黄绿照明有限公司，南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36