[0001] 本
申请是分案申请，母案的申请号为201310115821.5，申请日为2013年4月3日，
发明名称为“空气粒子浓度和
荧光强度数据的实时监测系统和监测方法”。
技术领域
[0002] 本发明属于粒子浓度和荧光强度数据检测技术领域，具体涉及一种空气质量实时监测系统和监测方法，特别是对空气粒子浓度和荧光强度数据进行实时测量和监控的系统和方法。
背景技术
[0003] 在医药、
电子、精密机械、彩管制造、
微生物等等行业，对厂房内的空气洁净度有很高的要求，洁净厂房的洁净级别常以单位体积的空气中最大允许的颗粒数即粒子数浓度来衡量。
[0004]
现有技术中采用尘埃粒子计数器来测量空气中各种粒径的尘埃粒子数，其中，由尘埃粒子计数器的后续处理
电路输出被测空气中各种粒径的尘埃粒子数的数据，再利用LED显示屏显示尘埃粒子数数据中某一粒径通道的粒子数。尘埃粒子计数器再通过一个粒径切换键(粒径键)来切换多种尘埃粒径的多个通道。
[0005] 现有技术的尘埃粒子数据给出了不同的尘埃粒径的粒子数，诸如0.3μm、0.5μm、0.7μm、1.0μm、2.0μm、5.0μm、……，其中每个粒径范围也称为一个粒径通道。假设通道总数为N，N为自然数，n为某个通道的通道号，则通道号n为1～N的自然数。这样，例如，通过粒径键选择粒径通道号n＝1时，则在LED显示屏显示尘埃粒径为0.3μm的粒子数；通过粒径键选择粒径通道n＝2时，在LED显示屏显示尘埃粒径为0.5μm的粒子数；以此类推。即，现有技术中依据粒径通道号n的顺序在LED显示屏显示第n粒径通道的对应粒子数。
[0006] 由此可以看出，现有的尘埃粒子计数器每按一次粒径键只能选择一个粒径通道，只能显示该一个粒径通道的粒子数，不能在同一时间对多种粒径通道的粒子数量变化进行监测。
[0007] 此外，空气监测仪也被用于测量空气质量，例如在一种空气监测仪中，其将空气质量划分为0～250个不同档别，根据不同的档别范围显示红、黄、绿、蓝四种指示灯，当红灯和蓝灯亮的时候会报警。同时，它还例如将挥发性有机气体划分为0～99个不同档别；将有害气体划分为0～99个不同档别，并在不同的档别范围内显示为红黄绿三种指示灯，显示灯红色的时候会报警。
[0008] 可见，现有的空气监测仪只能将空气中的成份进行分级和报警，对空气中的粒子数不能高
精度监测，不能精确地观察空气中各通道的粒子数和荧光强度数据的变化。
[0009] 荧光技术可以用来
鉴别荧光物质，每一种荧光物质都有其特定的激发
光谱和发射光谱。
[0010] 固定发射
波长，在不同波长下所记录到的样品发射荧光的相对强度，即得激发光谱，激发光谱确定荧光物质适宜的激发波长的依据，就是反映物质受到激发以后的情况，反映出该物质对于外来激发光的响应，反映其自身
辐射波长随激发波长的变化关系。
[0011] 固定激发波长，记录在不同波长所发射的荧光的相对强度，即得发射光谱，物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱，发射光谱确定荧光物质检测波长的依据。
[0012] 荧光强度是荧光物质发射荧光的光量子数，荧光物质的荧光效率决定其荧光强度，它同时决定荧光物质检测的灵敏度。因而荧光强度可以用来检测荧光物质，在低浓度等条件下，样品浓度(也即空气粒子数)和荧光强度呈线性关系。
[0013] 综上所述，现有技术不能对空气粒子浓度或荧光强度数据进行实时地监测和显示，特别是不能对二者同时进行实时地监测和显示，因此无法满足人们对于空气质量日益提高的要求。
发明内容
[0014] (一)要解决的技术问题
[0015] 本发明所要解决的技术问题现有的空气监测装置不能多通道实时地显示空气粒子数和荧光强度数据，不能达到当前对于空气质量监测的要求。
[0016] (二)技术方案
[0017] 为解决上述技术问题，本发明提出一种空气粒子浓度和荧光强度数据的实时监测系统，包括监控端和检测装置，所述监控端和检测装置之间通过有线或无线方式连接，所述检测装置用于根据控制指令来检测和输出空气粒子浓度和荧光强度数据；所述监控端用于向检测装置发送控制指令，并接收由所述检测装置输出的空气粒子浓度和荧光强度数据，对该数据进行处理后进行实时显示。
[0018] 根据本发明的一种具体实施方式，所述监控端包括主控模
块、输入输出模块、数据解析模块、粒子数最大值查找模块、荧光强度最大值查找模块、绘图模块和显示模块，其中，所述输入输出模块用于将来自主控模块的控制指令发送给检测装置，并接收由所述检测装置发送来的数据；所述数据解析模块用于对所述输入输出模块接收的检测数据进行解析，从中分别提取空气粒子数数据和荧光强度数据，并将所提取的空气粒子数数据分别输入到所述粒子数最大值查找模块和绘图模块，将所提取的荧光强度数据则分别输入到荧光强度最大值查找模块和绘图模块；所述粒子数最大值查找模块用于从所述空气粒子数数据包含的各通道的粒子数数据中查找其中的最大值，并输入到所述绘图模块；所述荧光强度最大值查找模块用于从所述荧光强度数据包含的各通道的荧光强度数据中查找其中的最大值，并输入到所述绘图模块；所述绘图模块用于根据从所述数据解析模块接收到的数据，以及从粒子数最大值查找模块和荧光强度最大值查找模块接收到的所述最大值，生成实时的绘图数据后输出到显示模块；所述显示模块用于根据由所述绘图模块发送的绘图数据显示实时的多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形。
[0019] 根据本发明的一种具体实施方式，系统还包括主控模块，所述主控模块用于通过所述输入输出模块向所述检测装置发送控制指令，并控制所述数据解析模块、绘图模块和显示模块的运行。
[0020] 根据本发明的一种具体实施方式，所述主控模块还连接有一个用户输入模块，该用户输入模块用于接收用户的输入，并根据用户输入的信息来生成用于发送给所述检测装置的控制指令。
[0021] 根据本发明的一种具体实施方式，所述绘图模块还用于生成一个用户操控界面数据，所述显示模块用于根据该用户操作界面数据显示用户操控界面，用户可通过该用户操控界面可以向所述主控模块输入数据。
[0022] 根据本发明的一种具体实施方式，所述输入模块是
鼠标，所述主控模块还用于将该鼠标输入的鼠标
位置数据转送到所述绘图模块中；所述绘图模块还用于根据该鼠标位置数据生成用户标注线数据；所述显示模块还用于根据该用户标注线数据在所述多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形中显示用户标注线，所述用户标注线是指由用户实时标注且高亮显示的某一个粒径通道的粒子数图形标注线和荧光强度数据图形标注线。
[0023] 根据本发明的一种具体实施方式，所述绘图模块还用于根据数据解析模块解析得到的空气粒子数数据和荧光强度数据生成空气粒子总浓度数据和触发次数数据，触发次数是指各荧光强度通道对应的粒子数。
[0024] 根据本发明的一种具体实施方式，所述绘图模块还用于根据所述空气粒子总浓度数据和触发次数数据生成空气粒子总浓度图形指示数据和触发次数图形指示数据；所述显示模块根据该空气粒子总浓度图形指示数据和触发次数图形指示数据显示空气粒子总浓度和触发次数的显示条。
[0025] 此外，本发明还提供一种空气粒子浓度和荧光强度数据的实时监测方法，其应用于前述的空气粒子浓度和荧光强度数据的实时监测系统，该系统包括监控端和检测装置，所述监控端和检测装置之间通过有线或无线方式连接，该方法包括如下步骤：S1、监控端向检测装置发送控制指令，要求检测装置检测并发送当前的各粒径通道的空气粒子数和荧光强度数据；S2、检测装置根据所述控制命令检测当前的各粒径通道的空气粒子数和荧光强度数据，并将其进行数字化和编码后作为检测数据发送给所述监控端；S3、所述监控端对所述检测数据进行解析，分别得到各粒径通道的空气粒子数数据和荧光强度数据；S4、所述监控端根据所述各粒径通道的空气粒子数数据和荧光强度数据实时显示多通道空气粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形。
[0026] 根据本发明的一种具体实施方式，所述步骤S4还包括显示指示条、用户标注线、用户操控界面、用户标注数据显示区中的至少一种。
[0027] (三)有益效果
[0028] 本发明在同一时间能实时对多通道粒子浓度数据和荧光强度数据图形化处理，用于提高尘埃粒子计数的效率，对空气质量实时快速分析和判断。
[0029] 并且，本发明允许用户点击鼠标二维
坐标系上的某点，能在显示框中实时观测该点处所处的通道上的粒子浓度和荧光强度数据。
附图说明
[0030] 图1是本发明的一个
实施例空气粒子浓度和荧光强度数据的实时监测系统的架构图；
[0031] 图2是本发明的另一实施例空气粒子浓度和荧光强度数据的实时监测系统的架构图；
[0032] 图3是本发明的监控端的一个实施例的模块组成架构图；
[0033] 图4是本发明的一个实施例的显示模块所显示的多通道粒子数分布在某一时刻的显示图形；
[0034] 图5是本发明的一个实施例的显示模块在同一显示界面上显示实时的多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形；
[0035] 图6是本发明的一个实施例的显示条图形；
[0036] 图7是本发明的一个实施例的用户标注线图形；
[0037] 图8是本发明的一个实施例的由显示模块显示的整体图形；
[0038] 图9是利用本发明的
监控系统的监控方法的
流程图。
具体实施方式
[0039] 为了解决上述技术问题，本发明提出一种空气粒子浓度和荧光强度数据的实时监测系统，以及利用该系统实时监测空气粒子浓度和荧光强度数据的方法。
[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0041] 图1是本发明的一个实施例空气粒子浓度和荧光强度数据的实时监测系统的架构图。如图1所示，本发明的监测系统包括监控端1和检测装置2，检测装置2也称下位机，其能够根据控制指令实时输出空气粒子浓度和荧光强度数据的检测数据。监控端1也称上位机，用于向检测装置2发送控制指令，并接收由检测装置2输出的检测数据，对该检测数据进行处理后进行实时显示。
[0042] 根据本发明，监控端1和检测装置2之间可以通过有线或无线方式连接，并且可以采用现有的各种通信
接口和协议，例如串口、LAN、蓝牙、WiFi、USB等。
[0043] 根据本发明的另一种实施例，如图2所示，本发明的实时监测系统也可以包括多个检测装置2、2’、2”，其均可通过有线或无线方式与监控端1连接。由此，各个检测装置2可以置放于各个不同空气环境中，例如一个城市的多个不同地段，以便实时检测多个地段的空气质量。
[0044] 根据本发明，所述检测装置2输出的检测数据是数字化并经编码的数据。也就是说，检测装置2将其检测到的空气粒子数和荧光强度数据进行特定的编码后生成一个数据流后进行输出。并且，检测装置2以一定的时间间隔发送所述编码的检测数据，该时间间隔可以是固定的0.5秒、1秒、3秒等，也可以根据实际需要手动设定。
[0045] 图3是本发明的监控端1一个实施例的模块组成架构图。如图3所示，本发明的监控端1包括主控模块10、输入输出模块11、数据解析模块12、粒子数最大值查找模块13、荧光强度最大值查找模块14、绘图模块15和显示模块16。
[0046] 输入输出模块11用于输入和输出数据，在本发明的该实施例中，其用于将来自主控模块10的控制指令发送给检测装置2，并接收由检测装置2发送来的检测数据。如前所述，本发明的检测数据是经编码的空气粒子数据和荧光强度数据组成的数据流。
[0047] 数据解析模块12用于对输入输出模块11接收的检测数据进行解析，从中分别提取空气粒子数数据和荧光强度数据。由于检测数据是编码的数据，因此数据解析模块12按照数据的编码格式进行解码。例如，在一种具体实施方式中，所述检测数据是多通道检测数据，所述的多通道检测数据是一组以255，1开头和以255，2结尾的6764个数据的数据链，如果判断一组6764个数据链的开头为255，1，结尾为255，2，那么所述的多通道检测数据即是有效的数据，可以对此多通道检测数据进行解析并得到空气粒子数数据和荧光强度数据。举例来说，数据解析模块12的解析方法如下：通过解析每个数据链的固
定位置即可得到空气粒子数数据和荧光强度数据，例如读取空气粒子数据11FF，它是在数据链的第512，513位置的数据，512位置存放的是高位数据1100，513位置存放的是低位数据FF，高位和低位相加得到11FF数据，该数据即是所得到的空气粒子数据11FF。
[0048] 数据解析模块12将所提取的空气粒子数数据分别输入到粒子数最大值查找模块13和绘图模块15，将所提取的荧光强度数据则分别输入到荧光强度最大值查找模块14和绘图模块15。
[0049] 粒子数最大值查找模块13用于从空气粒子数数据包含的各通道的粒子数数据中查找其中的最大值，并输入到绘图模块15；同样，荧光强度最大值查找模块14则用于从荧光强度数据包含的各通道的荧光强度数据中查找其中的最大值，也输入到绘图模块15；
[0050] 所述绘图模块15根据从数据解析模块13接收到的检测数据，以及从粒子数最大值查找模块13和荧光强度最大值查找模块14接收到的最大值，生成实时的绘图数据后输出到显示模块16。
[0051] 根据本发明的一种实施方式，所述绘图数据包括空气粒子数坐标数据、荧光强度数据坐标数据、空气粒子数多通道分布数据以及荧光强度数据多通道分布数据。
[0052] 空气粒子数据坐标数据是指用于绘制空气粒子数分布图形的坐标轴的数据，包括横坐标数据以及纵坐标数据，横坐标表示各个空气粒径通道的空气粒径，纵坐标表示空气粒子数。由于一般来说，检测装置2检测得到的通道数N是固定的，因此横坐标的刻度值通常是固定的，而所检测到的各通道的粒子数的值可能因所检测的空气环境而存在很大差异，因此需要为纵坐标设定合适的坐标值。根据本发明，绘图模块15根据粒子数最大值查找模块13得到的粒子数最大值来设定纵坐标的刻度值，例如，如果粒子数最大值查找模块13查到的粒子数最大值为867，那么就将粒子数最大值对10向上取整得到870，绘图模块15则设定870为纵坐标的最大刻度值。
[0053] 荧光强度数据坐标数据是指用于绘制荧光强度数据分布图形的坐标轴的数据，也包括横坐标数据以及纵坐标数据，横坐标表示各个荧光强度的通道，纵坐标表示荧光强度通道对应的粒子数。同样，横坐标的刻度值通常是固定的，而所检测到的各通道的荧光强度数据的值可能因所检测的空气环境而存在很大差异，因此需要为纵坐标设定合适的坐标值。根据本发明，绘图模块15根据荧光强度最大值查找模块14得到的荧光强度最大值来设定纵坐标的刻度值，例如，如果荧光强度最大值查找模块14查到的粒子数最大值为867，那么就将粒子数最大值对10向上取整得到870，绘图模块15则设定870为荧光强度数据纵坐标的最大刻度值。
[0054] 空气粒子数多通道分布数据以及荧光强度数据多通道分布数据是将数据解析模块12解析得到的空气粒子数数据和荧光强度数据进行图形化转换得到的数据，例如，可以将各通道的空气粒子数数据和荧光强度数据表示为一种柱状图形或折线图形等，则空气粒子数多通道分布数据以及荧光强度数据多通道分布数据即为用于绘制该图形的数据。
[0055] 显示模块16根据由绘图模块15发送的绘图数据显示实时的多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形。图4是本发明的显示模块16所显示的多通道粒子数分布在某一时刻的显示图形。如图所示，在该实施例中，空气粒子数的数组包含维度为52个通道的数据。粒子数量数组也即包含52种粒径的粒子数量的数组，空气粒子数二维坐标系的x方向坐标的刻度意义为52维通道的粒径大小。在打印绘制空气粒子浓度二维坐标系x方向坐标的刻度的时候，仅取10个通道粒径大小坐标值以示意粒径大小的横坐标分布。这十个通道粒径大小的x方向坐标刻度值分别为0.5，0.7，1，2，3，4，5，6，10，15。荧光强度数据二维坐标系x方向坐标的通道数为65个，设每5个通道打印一次x方向坐标的刻度值，即在荧光强度数据二维坐标系x方向坐标上显示13个通道刻度值。x方向坐标上的刻度的通道数不仅限于65个，可以是根据需要选择通道数。图4表示的是空气粒子二维坐标系，横坐标表示对应的粒径大小，比如横坐标的粒径大小为4.696μm，该横坐标对应的纵坐标数即是粒径大小为4.696μm的粒子的粒子数。
[0056] 根据本发明的优选实施方式，所述显示模块16在同一显示界面上显示实时的图形，如图5所示。通过同时显示，多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布，可以对检测数据进行对比观察，分析。根据本发明的更优选实施方式，所述绘图模块15还用于根据数据解析模块12解析得到的空气粒子数数据和荧光强度数据生成空气粒子总浓度数据和触发次数数据，触发次数是指各荧光强度通道对应的粒子数。并且，绘图模块15根据所生成的空气粒子总浓度数据和触发次数数据生成空气粒子总浓度图形指示数据和触发次数图形指示数据，所述图形指示数据例如是用于显示如图6所示的指示条的数据。在图6中，所述指示条的功能实现了对空气粒子总浓度和触发次数的图形显示，指示条的刻度设置是以指数为增量的设置，避免由于数据值过大而造成的显示不便。
[0057] 指示条的
颜色，指示条的背景颜色为深灰色，在空气质量正常时指示条红色条高度对应的刻度值即为数据值，当数据值过大时，指示条灰色色条被红色色条
覆盖，并且将红色指示条用红色方框框起，用于表示警示空气质量问题。
[0058] 但本发明并不限于此，本发明还可以采用其他的指示图形来表示。并且，显示模块16也可以在同一界面上显示所述指示图形、所述多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形。
[0059] 所述主控模块10是监控端1的主要控
制模块，用于通过所述输入输出模块11向检测装置2发送控制指令，并控制所述数据解析模块12、绘图模块15和显示模块16的运行。例如，当所述检测数据是以一定的时间间隔由检测装置2发送的，则主控模块10控制所述数据解析模块12、绘图模块15和显示模块16也以一定的时间间隔来更新多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形。
[0060] 根据本发明的一种优选实施方式，所述主控模块10还连接有一个用户输入模块17，其例如可以是
键盘、鼠标、操控按纽等。该用户输入模块17用于接收用户的输入，并根据用户输入的信息来生成用于发送给检测装置2的控制指令，以及根据用户输入的信息来控制输入输出装置11、数据解析模块12、查找模块13、14、绘图模块15和显示模块16的工作状态(运行或停止)和图形更新的
频率等显示参数。
[0061] 在该实施方式中，所述绘图模块15还用于生成一个用户操控界面数据，例如菜单项、操作按纽、选择框等的数据，并通过显示模块16显示。由此，用户通过该用户操控界面可以向主控模块输入数据，以实现对于监控端1的控制。
[0062] 根据本发明的另一优选实施方式，所述输入模块17是鼠标，所述主控模块10将鼠标输入的鼠标位置数据转送到绘图模块15中，所述绘图模块15根据该鼠标位置数据生成用户标注线数据，并且，显示模块16根据用户标注线数据在所述多通道粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形中显示用户标注线。所述用户标注线是指由用户实时标注且高亮显示的某一个粒径通道的粒子数图形标注线和荧光强度数据图形标注线。图7显示了在多通道粒子数分布图形中的用户标注线的一个示例。
[0063] 如图7所示，用户标注线18包括垂直相交的两条高亮的实线，两条实线的交点表示用户所选择的空气粒子通道下的空气粒子数数值大小。横线用于更加明显地显示其与其他粒径通道的粒子数的比较关系。
[0064] 鼠标可以实时在坐标系内移动，并且实时显示移动位置的横坐标值和纵坐标值。如果不移动时，随着数据量每隔一定时间(如3秒)更新一次，也会实时显示固定位置时的更新数据。
[0065] 在该实施方式中，绘图模块15还用于在生成用户标注数据显示区数据，显示模块16根据该显示区数据来显示用户标注线所在位置的空气粒子数数据和荧光强度数据。
[0066] 图8是本发明的一个实施例的由显示模块显示的整体图形。如图8所示，21是多通道粒子数分布图形，22是多通道荧光强度数据分布图形，20是指示条，18是用户标注线，19是用户操控界面，23是用户标注数据显示区。应当注意的是，图8所示的是仅仅是本发明的一种示例，根据本发明，还可以以其他的界面来显示上述的各种数据。
[0067] 在本发明的其他实施方式中，所述监控端1还可以包括缓存模块和或存储模块，缓存模块可用于临时性地存储由用户输入输出模块11得到的检测数据，而存储模块则可用于永久性地存储由用户输入输出模块11接收的检测数据、由绘图模块15生成的绘图数据，以及由用户输入的用户输入信息等。
[0068] 以上描述了本发明的监控系统的具体实施例，下面对本发明的所述监控系统的监控方法进行进一步说明。
[0069] 当应用本发明的监控系统，所述监控方法主要包括如下步骤，如图9所示。
[0070] S1、监控端1向检测装置2发送控制指令，要求检测装置2检测并发送当前的各粒径通道的空气粒子数和荧光强度数据；
[0071] S2、检测装置2根据所述控制命令检测当前的各粒径通道的空气粒子数和荧光强度数据，并将其进行数字化和编码后作为检测数据发送给所述监控端1；
[0072] S3、所述监控端1对所述检测数据进行解析，分别得到各粒径通道的空气粒子数数据和荧光强度数据；
[0073] S4、所述监控端1根据所述各粒径通道的空气粒子数数据和荧光强度数据实时显示多通道空气粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形。
[0074] 与前类似，步骤S1中所述的控制指令优选为由监控端1接受用户输入信息后根据用户输入信息而生成。并且，监控端1优选为要求检测装置2以一定的时间间隔检测和发送检测数据。
[0075] 在步骤S4中，所述监控端1在显示多通道空气粒子数分布图形和多通道荧光强度数据分布图形时，也可显示上述指示条20、用户标注线18、用户操控界面19、用户标注数据显示区23，等等。在显示用户标注线18和用户标注数据显示区23时，标注线18十字中心对应的位置是用户标注数据显示区23的横坐标值和纵坐标值(粒径值和粒子数值，荧光强度数据通道和粒子数值)。
[0076] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
