基于电化学传感技术的城市大气监测装置的制作方法

本发明属于大气污染监测领域，具体涉及一种基于电化学传感技术的城市大气监测装置。

背景技术：

随着我国生产制造业的快速发展，城市大气污染问题也变得越来越严重，no2、so2、no、o3等气体作为空气中的主要污染物，对生态环境以及人们的生活与健康造成了极大的影响，对城市大气中有毒有害气体的精确测量是实现大气污染有效治理的必要前提，但传统的光学测量仪器虽然测量精度高，但存在价格高昂、测量条件苛刻、不便于携带等问题。

为此，本发明设计的基于电化学传感技术的城市大气监测装置可以实现ppb级的有毒有害气体测量，通过温湿度校正算法解决了温湿度对电化学传感器零点漂移的影响，全氟磺酸管可减缓湿度变化，避免极端湿度和湿度瞬变对电化学气体传感器产生的干扰，该发明为人们提供了一种低成本高分辨率的城市大气监测手段。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于电化学传感技术的城市大气监测装置，本发明具有体积小、便于携带、功耗低的特点，可实现城市大气主要污染气体的精确测量。

本发明所采用的技术方案是：

1.基于电化学传感技术的城市大气监测装置，其特征在于：该大气监测装置包括气路选择阀(1)、气体过滤器(2)、全氟磺酸管(3)、温湿度传感器(4)、主控电路板(5)、电化学气体传感器(6)、电池(7)、转子流量计(8)、活性炭管(9)，所述主控电路板(4)包括主控模块、传感模块、通信模块、执行模块四大模块，所述的主控模块包括stm32f767igt6控制器、液晶显示屏、定位模块；所述的传感模块包括温湿度传感器(4)、no2传感器、so2传感器、no传感器、o3传感器、a/d转换器；所述的通信模块包括nb-iot模块；所述的执行模块包括气路选择阀(1)和转子流量计(8)，其中no2传感器、so2传感器、no传感器、o3传感器分别与a/d转换器相连，温湿度传感器、a/d转换器、nb-iot模块、液晶显示屏、定位模块、气路选择阀(1)和转子流量计(8)分别与stm32f767igt6控制器相连。

2.所述的主控模块中主控制器使用的是stm32f767igt6控制器，液晶显示屏使用的是0.96寸oled液晶屏，定位模块使用的型号是neo-6m。

3.所述的传感模块中温湿度传感器使用的是dht22，no2传感器、so2传感器、no传感器、o3传感器为四电极电化学传感器，a/d转换器使用的是ads1118。

4.所述的通信模块中nb-iot模块使用的型号是m6311。

5.所述执行模块中气路选择阀(1)通过电磁锁口控制气路的开关，转子流量计(8)的流量控制范围为0.2l/min～2.0l/min。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本装置能够通过活性炭对空气进行过滤产生背景气体，从而定期对电化学气体传感器进行本底值校正，使用全氟磺酸管可减缓湿度变化，避免极端湿度和湿度瞬变对电化学气体传感器产生的干扰，实现了城市大气的精确测量，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置的原理示意图。

附图中的标号为：1气路选择阀；2气体过滤器；3全氟磺酸管；4温湿度传感器；5主控电路板；6电化学传感器；7电池；8转子流量计；9气泵；10活性炭管

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明：

如图1、图2所示，基于电化学传感技术的城市大气监测装置，其特征在于：该大气监测装置包括气路选择阀(1)、气体过滤器(2)、全氟磺酸管(3)、温湿度传感器(4)、主控电路板(5)、电化学气体传感器(6)、电池(7)、转子流量计(8)、活性炭管(9)，所述主控电路板(4)包括主控模块、传感模块、通信模块、执行模块四大模块，所述的主控模块包括stm32f767igt6控制器、液晶显示屏、定位模块；所述的传感模块包括温湿度传感器(4)、no2传感器、so2传感器、no传感器、o3传感器、a/d转换器；所述的通信模块包括nb-iot模块；所述的执行模块包括气路选择阀(1)和转子流量计(8)，其中no2传感器、so2传感器、no传感器、o3传感器分别与a/d转换器相连，温湿度传感器、a/d转换器、nb-iot模块、液晶显示屏、定位模块、气路选择阀(1)和转子流量计(8)分别与stm32f767igt6控制器相连。

所述的主控模块中液晶显示屏用于显示所测环境中的温湿度值以及no2、so2、no、o3的浓度值，定位模块可对测量地点进行精准定位，用于研究各目标气体的区域分布特性。

所述的传感模块利用可充电电池(7)进行供电，该模块对所处环境中的温湿度、气体浓度进行采集，并通过nb-iot模块将这些数据发送至电脑上位机进行图形化显示和存储。

所述的执行模块中转子流量计(8)用于控制气体流速的快慢，不同的气体流速会使电化学传感器的灵敏度产生漂移，因此通过转子流量计(8)将气体流速控制在0.7l/min，气路选择阀(1)用于控制装置的测量气体，通常气路选择阀(1)使环境大气流入气体监测装置，当需要对电化学传感器进行本底值校正时，通过气路选择阀(1)关闭环境大气的进气口，打开背景气体的进气口，通过活性炭对空气进行过滤产生背景气体，从而实现定期对电化学气体传感器进行本底值校正，提高装置的测量精度。

本发明在使用时，使用全氟磺酸管可有效减缓湿度变化，使得湿度的快速变化变得缓慢，让原本较大的湿度变化范围变得狭窄，避免极端湿度和湿度瞬变对电化学气体传感器产生的干扰，利用c语言程序将温湿度校正算法编写至stm32f767igt6控制器中，去除温湿度对电化学传感器零点漂移的影响，进而实现城市大气的精确测量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明描述了一种基于电化学传感技术的城市大气监测装置，它主要包括主控模块、传感模块、通信模块、执行模块四大模块；所述的主控模块包括STM32F767IGT6控制器、液晶显示屏、定位模块；所述的传感模块包括温湿度传感器、NO2传感器、SO2传感器、NO传感器、O3传感器、A/D转换器；所述的通信模块包括NB‑IoT模块；所述的执行模块包括转子流量计和气路选择阀，本发明通过活性炭对空气进行过滤产生背景气体，从而定期对电化学气体传感器进行本底值校正，使用全氟磺酸管可减缓湿度变化，避免极端湿度和湿度瞬变对电化学气体传感器产生的干扰，实现了城市大气的精确测量，具有良好的应用前景。

技术研发人员：董科学;凌六一;夏中金;周飞;何业梁;董海燕;王亚力
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2019.04.01
技术公布日：2019.07.26