專利名稱：一種豬舍外圍惡臭濃度分布的監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測評估領(lǐng)域，尤其涉及一種豬舍外圍惡臭濃度分布監(jiān)測裝置及方法。
背景技術(shù)：
自進入20世紀90年代，全國各地規(guī)劃建設(shè)“菜籃子工程”以來畜禽養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)過多年的快速發(fā)展，已成為一個獨立的行業(yè)，取得了令人矚目的成就，但同時也帶來了不容忽視的環(huán)境污染問題。其中養(yǎng)殖場所排放的惡臭氣體會嚴重污染附近空氣，影響周邊居民生活。豬舍外圍惡臭濃度監(jiān)測對于控制養(yǎng)殖場所空氣污染，改善生豬養(yǎng)殖環(huán)境，實現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖具有重要意義。規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場惡臭來源于動物呼吸、動物皮膚、飼料霉變、病死禽畜、動物糞尿、焚燒爐和廢水處理設(shè)施以及畜禽糞便處理場，其中動物糞尿、廢水處理設(shè)施和畜禽糞便處理場中有機物質(zhì)的腐敗分解是畜禽養(yǎng)殖場惡臭的主要來源。惡臭成分復(fù)雜、主要包括揮發(fā)性脂肪酸、醇類、酚類、酸類、醛類、酮類、胺類、硫醇類，以及含氮雜環(huán)化合物等9類有機化合物和氨氣、硫化氫2種無機物。因 此，畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的惡臭是9類有機化合物和氨氣、硫化氫2種無機物的綜合組分，空氣中惡臭物質(zhì)的含量很難測定，一般采用儀器法和嗅覺法相結(jié)合來判斷，通常以臭氣濃度來表征惡臭物質(zhì)的綜合指標。由于氨氣、硫化氫和臭氣濃度無組織排放源預(yù)測模式計算復(fù)雜，可操作性差，因而，其環(huán)境影響預(yù)測一般采用類比方法。采用類比方法對氨氣、硫化氫和臭氣濃度無組織排放源進行環(huán)境影響預(yù)測具有較強的實用性和推廣價值。目前有豬舍氨氣排放的機理模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ停饕槍Π睔鈴募S便到空氣中的對流進行研究，大多數(shù)建立的模型都以下面公式為基礎(chǔ):qto = hffl(CAg.0-CAg.式中為氨氣的散發(fā)速率；CAg (lS糞便表面氣相中氨氣的濃度；CAg. 為大氣中氨氣的濃度^ni為物質(zhì)轉(zhuǎn)移系數(shù)?？蒲腥藛T通過大量的試驗，建立了不同的物質(zhì)轉(zhuǎn)移系數(shù)表達式，雖然不同試驗得到的氨氣散發(fā)物質(zhì)轉(zhuǎn)移系數(shù)表達式形式不同，且變化很大，需要進一步的試驗加以確定，但是可以證明物質(zhì)轉(zhuǎn)移系數(shù)是受溫度和風速共同影響的。當前豬舍外圍的惡臭濃度的監(jiān)測和評估的標準方法是通過定點采樣然后進行感官測定，這是一種根據(jù)嗅檢人員的嗅覺來判定氣味強弱的方法。感官評測的方法在操作上存在采樣和檢測兩個環(huán)節(jié)，同時還需要測量和記錄采樣點的位置信息，而且檢測的過程也容易受到人為因素的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度的方法，該方法能夠?qū)崟r監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布，監(jiān)測過程不受人為因素影響。一種豬舍外圍惡臭濃度分布的監(jiān)測裝置，包括電路連接的:采集豬舍外圍監(jiān)測點信息的傳感器組；
采集所述監(jiān)測點的定位信息和授時信息的GPS模塊；處理來自傳感器組及GPS模塊信息的中央處理單元；實時顯示來自中央處理單元的傳感器組及GPS模塊信息的液晶顯示模塊；存儲來自中央處理單元的傳感器組及GPS模塊信息的SD卡。所述傳感器組包括NH3傳感器、H2S傳感器、溫度傳感器和風速傳感器。其中，NH3傳感器和H2S傳感器實時采集NH3濃度和H2S濃度信息，根據(jù)所采集到的溫度數(shù)據(jù)和風速數(shù)據(jù)，通過模型可以得到所測點的惡臭表征值。所述中央處理單元包括SoC單片機及與所述SoC單片機電路連接的鍵盤。SoC單片機具有處理功能強、速度快、可靠性高、低電壓和低功耗的優(yōu)點，安裝有鍵盤可以輔助中央處理單元進行必要的數(shù)據(jù)處理。該監(jiān)測裝置中的各部分之間通過電路連接，作為一種優(yōu)選的連接方式，所述的NH3傳感器、H2S傳感器均與中央處理單元的A/D轉(zhuǎn)換接口相連，溫度傳感器采用單總線的方式與中央處理單元相連，風速傳感器與中央處理單元外部中斷接口相連；所述GPS模塊通過串行口與中央處理單元相連，SD卡通過SPI總線與中央處理單元相連,液晶顯示模塊和鍵盤均與中央處理單元的通用I/O 口連接。本發(fā)明還提供了利用上述的監(jiān)測裝置來監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布的方法，包括如下步驟(I)選取欲測量的監(jiān)測點；(2)接通電源，將所述監(jiān)測裝置中各個模塊進行初始化；(3)所述傳感器組采集監(jiān)測點處的環(huán)境信息，GPS模塊接收監(jiān)測點的定位信息和授時信息；(4)液晶顯示模塊顯示采集到的數(shù)據(jù)，中央處理單元同時將數(shù)據(jù)信息保存到內(nèi)部的可編程FLASH存儲器和SD卡中。首先在豬舍外圍規(guī)劃選取若干代表性的監(jiān)測點，在各監(jiān)測點使用該監(jiān)測裝置采集數(shù)據(jù)；監(jiān)測裝置通電之后，先進行各個模塊的初始化操作，等待各傳感器讀數(shù)穩(wěn)定，GPS模塊接收到的衛(wèi)星信號超過7個之后開始測量數(shù)據(jù)；傳感器組采集氨氣濃度、硫化氫濃度、溫度和風向數(shù)據(jù)，GPS模塊接收定位信息和授時信息，具體有經(jīng)度、緯度、海拔高度和格林尼治時間；一次采集完成之后，SoC單片機將數(shù)據(jù)保存到內(nèi)部的可編程FLASH存儲器中和SD卡中，同時顯示模塊顯示采集到的數(shù)據(jù)。如果需要對采集的數(shù)據(jù)進行更直觀的分析，還可以針對測得的數(shù)據(jù)進行作圖，所述步驟(4)完成后，中央處理單元從內(nèi)部的可編程FLASH存儲器中讀出數(shù)據(jù)信息，通過軟件繪制簡易的豬舍外圍惡臭濃度分布等值圖。除此而外，所述步驟(4)完成后，將SD卡中的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)移到計算機上，通過GIS平臺繪制精細的豬舍外圍惡臭濃度分布圖。本發(fā)明裝置在監(jiān)測NH3濃度和H2S濃度的同時，還采集監(jiān)測點的溫度和風速數(shù)據(jù)，然后通過模型計算得到相應(yīng)的惡臭濃度表征值。結(jié)合GPS信息可以畫出豬舍外圍惡臭濃度的分布圖，多個裝置之間還可以通過GPS模塊進行同步測量，實現(xiàn)在同一時間對豬舍外圍惡臭濃度的多點監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明豬舍外圍惡臭濃度分布監(jiān)測裝置的模塊連接圖；圖2為本發(fā)明豬舍外圍惡臭濃度分布監(jiān)測裝置中的GPS模塊及其與中央處理單元的連接圖；圖3為本發(fā)明豬舍外圍惡臭濃度分布監(jiān)測裝置中的中央處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明豬舍外圍惡臭濃度分布監(jiān)測裝置中的液晶模塊接口圖；圖5為利用本發(fā)明監(jiān)測裝置監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布的方法流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步描述:圖1為本發(fā)明豬舍外圍惡臭濃度分布監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)圖，包括由H2S傳感器、NH3傳感器、溫度傳感器和風速傳感器組成的傳感器組1，SoC單片機中央處理單元2以及與其相連的GPS接收模塊3、SD卡5、液晶顯示模塊4和鍵盤6。如圖2所示，中央處理單元采用C8051F410單片機，該單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核，與51指令完全兼容。除了具有標準8052的數(shù)字外設(shè)之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其他數(shù)字外設(shè)及功能部件。傳感器組I中的NH3傳感器和和H2S分別采用電化學傳感器ME3-NH3和ME3_H2S，其輸出均為模擬信號輸出，NH3傳感器、H2S傳感器均與單片機2的A/D接口相連，兩路模擬信號經(jīng)過處理之后分別接入單片機的Pl.0和Pl.1，溫度傳感器使用DS18B20，采用單總線的方式和單片機2的Pl.3 口相連,風速傳感器采用一個機械式的小風扇,通過計算風扇轉(zhuǎn)動頻率的方式測量風速，其信號接入到單片機2的外部中斷接口 P0.6。單片機2通過SPI總線讀寫SD卡中的數(shù)據(jù)，通過對單片機交叉開關(guān)的配置，設(shè)置P0.0為SCK，P0.1為MIS0，P0.2 為 MOSI，P0.3 為 NSSo如圖3所示，GPS模塊3采用ublox公司的LEA-5接收模塊，通過標準的RS-232串行口和單片機2進行數(shù)據(jù)傳輸，采用三線連接，其中TXD和RXD為串行通訊信號線，GND為地線，通訊波特率可以使用9600BPS。單片機2通過GPS模塊獲取定位數(shù)據(jù)，并將其經(jīng)緯度坐標轉(zhuǎn)換為WGS-84平面直角坐標。如圖4所示，液晶顯示模塊選用CM320240-3BCWB圖形點陣IXD液晶顯示模塊。IXD液晶顯示模塊顯示的控制信號線和數(shù)據(jù)線與單片機的通用I/o引腳相連，設(shè)計具體連接關(guān)系為:P2.4 Ρ2.7 接 DO D3，Ρ2.3 接液晶模塊 Ρ5，Ρ2.2 接 Ρ6，Ρ2.1 接 Ρ7，Ρ2.0 接 Ρ8，卩0.7接？9。單片機2控制液晶顯示模塊4的顯示。鍵盤6和單片機的通用I/O端口連接，設(shè)計4個按鍵，分別和單片機2的Pl.4 Pl.7連接，單片機2檢測按鍵的狀態(tài)并響應(yīng)。圖5示出了利用本發(fā)明裝置監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布的流程，首先在豬舍外圍規(guī)劃選取若干代表性的監(jiān)測點，在各監(jiān)測點使用該監(jiān)測裝置采集數(shù)據(jù)；監(jiān)測裝置通電之后，先進行各個模塊的初始化操作，等待各傳感器讀數(shù)穩(wěn)定，GPS模塊接收到的衛(wèi)星信號超過7個之后開始測量數(shù)據(jù)；傳感器組采集氨氣濃度、硫化氫濃度、溫度和風向數(shù)據(jù)，GPS模塊接收定位信息和授時信息,具體有經(jīng)度、緯度、海拔高度和格林尼治時間；一次采集完成之后，SoC單片機將數(shù)據(jù)保存到內(nèi)部的可編程FLASH存儲器中和SD卡中，同時顯示模塊顯示采集到的數(shù)據(jù)。
繪制豬舍外圍惡臭濃度分布圖使用該設(shè)備在豬舍周圍采樣多個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)之后，通過嵌入式的GIS軟件，對未采樣的點采用距離反比法進行插值，繪制豬舍外圍惡臭濃度分布等值圖。同時該裝置還可以顯示豬舍外圍NH3、H2S兩種氣體的濃度分布圖。除此之夕卜，數(shù)據(jù)還可以通過SD卡轉(zhuǎn)儲到計算機中，通過功能更為強大的GIS平臺，可以處理更多的數(shù)據(jù)，繪制更精細的豬舍外圍惡臭濃度分布圖。
權(quán)利要求
1.一種豬舍外圍惡臭濃度分布的監(jiān)測裝置，其特征在于，包括電路連接的: 采集豬舍外圍監(jiān)測點信息的傳感器組； 采集所述監(jiān)測點的定位信息和授時信息的GPS模塊； 處理來自傳感器組及GPS模塊信息的中央處理單元； 實時顯示來自中央處理單元的傳感器組及GPS模塊信息的液晶顯示模塊； 存儲來自中央處理單元的傳感器組及GPS模塊信息的SD卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豬舍外圍惡臭濃度分布的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述傳感器組包括NH3傳感器、H2S傳感器、溫度傳感器和風速傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豬舍外圍惡臭濃度分布的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述中央處理單元包括SoC單片機及與所述SoC單片機電路連接的鍵盤。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的豬舍外圍惡臭濃度分布的監(jiān)測裝置，其特征在于，所述的NH3傳感器、H2S傳感器均與中央處理單元的A/D轉(zhuǎn)換接口相連，溫度傳感器采用單總線的方式與中央處理單元相連，風速傳感器與中央處理單元外部中斷接口相連；所述GPS模塊通過串行口與中央處理單元相連，SD卡通過SPI總線與中央處理單元相連,液晶顯示模塊和鍵盤均與中央處理單元的通用I/O 口連接。
5.利用權(quán)利要求1 4任一項所述的監(jiān)測裝置來監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)選取欲測量的監(jiān)測點； (2)接通電源，將所述監(jiān)測裝置中各個模塊進行初始化； (3)所述傳感器組采集監(jiān)測點處的環(huán)境信息，GPS模塊接收監(jiān)測點的定位信息和授時信息； (4)中央處理單元將步驟(3)采集的環(huán)境信息、定位信息和授時信息保存到內(nèi)部的可編程FLASH存儲器中和SD卡中，同時液晶顯示模塊顯示采集到的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布的方法，其特征在于，所述步驟(4)完成后，中央處理單元從內(nèi)部的可編程FLASH存儲器中讀出數(shù)據(jù)信息，通過軟件繪制豬舍外圍惡臭濃度分布等值圖。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布的方法，其特征在于，所述步驟(4)完成后，將SD卡中的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)移到計算機上，通過GIS平臺繪制豬舍外圍惡臭濃度分布圖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種豬舍外圍惡臭濃度分布的監(jiān)測裝置，包括電路連接的采集豬舍外圍監(jiān)測點信息的傳感器組；采集所述監(jiān)測點的定位信息和授時信息的GPS模塊；處理來自傳感器組及GPS模塊信息的中央處理單元；實時顯示來自中央處理單元的傳感器組及GPS模塊信息的液晶顯示模塊；存儲來自中央處理單元的傳感器組及GPS模塊信息的SD卡。本發(fā)明還公開了利用上述監(jiān)測裝置來監(jiān)測豬舍外圍惡臭濃度分布的方法，結(jié)合現(xiàn)有的傳感技術(shù)和GPS定位技術(shù)，提供了一種實現(xiàn)豬舍外圍惡臭濃度分布實時監(jiān)測的解決方案，還可以畫出豬舍外圍惡臭濃度的分布圖，多個裝置之間還可以通過GPS模塊進行同步測量，實現(xiàn)在同一時間對豬舍外圍惡臭濃度的多點監(jiān)測。
文檔編號G01N27/26GK103076374SQ20131000665
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者吳武豪, 汪開英, 裘正軍 申請人:浙江大學