一种二氧化碳浓度校准修正装置及校准修正方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种二氧化碳浓度校准修正装置，包括至少一个校准修正装置，所述校准修正装置包括一个已校准二氧化碳浓度传感器、MCU、一种用于显示校准状态信息和实时CO

Carbon dioxide concentration calibration correcting device and calibration correcting method

The invention relates to a carbon dioxide concentration calibration correction device, comprising at least one calibration device, the calibration correction device comprises a calibrated carbon dioxide concentration sensor, MCU, used to display a calibration status information and real-time CO

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳浓度校准修正装置及校准修正方法
本专利技术涉及农业信息化背景下二氧化碳浓度校准和修正
，尤其涉及大棚种植、温室栽培、畜禽养殖等环境下二氧化碳浓度校准修正装置及其方法，同时也适用畜禽养殖中氨气等气体校准修正。
技术介绍
随着农业信息化发展不断深入，精准农业信息采集技术已成为这一发展方向的关键性技术之一，精准农业信息对农作物和畜禽生长起到重要指导性作用。特别是二氧化碳，不仅是绿色农作物光合作用必要原料、进而实现高产量的重要保障，而且是影响畜禽生长、肉蛋类产量的重要因素；因此在温室栽培、大棚种植、畜禽养殖等诸多场合，对CO2等气体浓度的精准采集有着至关重要的作用；且随着农场或设施农业基地发展规模的不断扩大，常常使用几个甚至几十个CO2浓度传感器，并往往通过无线组网技术进行采集汇聚；由于CO2浓度传感器长期工作在户内环境下、尤其在高温高湿的温室大棚环境下，其输出信号随着环境、自身器件老化等因素易发生零点漂移现象，造成测量值一致性、灵敏度和精准度较差。因此需要定期校准，校准方法有：氮气零点校准、化学法零点校准、稳定环境短期校准、环境自动长期校准等；通常采用稳定环境短期零点校准，校准时将传感器进行拆卸，置于户外环境，通过指令或按键进行校准；它有以下不足：1、空气中CO2浓度在不同时间和地点的情况下是有波动的，易造成校准不准确；2、普通农业工作人员不具备校准实施的技术条件；3、CO2浓度传感器往往不单独使用，通常配有光照度、空气温湿度、基质温湿度、氨气浓度等传感器的多种，造成校准时拆卸或再安装的过程复杂；4、在校准的此段时间CO2的浓度数据采集将断档，影响到了农业生产。根本解决该问题，需要CO2气体传感器在感测原理及制造工艺等多方面进行突破，成本较高，且周期较长。现有CO2浓度校准修正案例中，校准技术和措施在易用性和经济性上并不能完全涉及，如专利“利用红外光吸收特性自动校准和测量气体浓度的方法和装置”（CN100494983C）和“气体传感器自动校准方法及装置”（CN102866232A）利用集成已知浓度气体的腔室或者气罐进行切换或吹气来进行校准，实现机构较为复杂，制造复杂且成本高，不适用于大面积推广；而有的将传感器置于空气中，通过测量值和实际值差值递归补偿来进行校准，如专利“CO2气体传感器在空气中零点自校准方法”（CN101975839A），还有的通过与MCU接口相连接的高精度气体传感器的测量值来进行待校准气体传感器的校准标定，如专利“气体传感器自动校准系统及其气体传感器校准方法”（CN103399123A）。笔者认为，上述方法在CO2传感器已被集成使用、数量较多、成本不能过高、实现不宜复杂、不易拆卸等场景要求中，不能完全满足校准应用需求；因此迫切需要一种高易用性、低成本且高效的CO2浓度校准修正机制，提高其测量精度，实现户内环境下CO2浓度的可靠校准修正。
技术实现思路
针对以上不足，本专利技术的目的在于提供一种二氧化碳浓度校准修正装置及其方法。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案：设计一种二氧化碳浓度校准修正装置包括至少一个校准修正装置，所述校准修正装置包括已校准二氧化碳浓度传感器、MCU、由显示屏及指示灯组成的显示装置、组合按键及无线通讯模块；所述已校准二氧化碳浓度传感器通过数字接口或经过信号调理后的模拟信号与MCU连接，所述显示屏通过SPI接口与MCU连接，所述无线通信模块通过串行口与MCU连接，所述的指示灯和组合按键通过GPIO口与MCU连接，所述指示灯及组合按键与MCU的I/O口连接；还包括通过通讯连接的下述部件：服务器，运行后台软件及专家系统；数据库，用于存放CO2浓度信息和CO2浓度校准相关信息；工作电脑，用于运行前台软件；待校准二氧化碳浓度传感器，包含有和校准装置相同硬件型号的无线通讯模块；汇聚终端，用于传感数据的接收分析处理并转发；手机APP和短信，用于后台校准信息的接收和推送；校准修正装置具有长校准和短校准两种校准修正模式。所述的专家系统一般由人机交互界面、数据库、模型库、知识库、推理机等几部分功能组成，本专利技术中特指CO2浓度校准修正专家系统，专家系统根据采集到的CO2浓度等环境数据，结合数学模型、校准经验知识、信息知识和专家知识对CO2浓度进行校准、修正、校准预测和诊断，并进行CO2浓度的后端校准修正。该专家系统集成了多个数学模型，包含：CO2浓度和原始输出值关系模型、CO2浓度误差预测模型、CO2浓度转换修正补偿模型、CO2浓度校准推理预测模型；并通过工作电脑上前台软件和手机APP和短信等多形式进行人机交互。其中，专家系统中CO2浓度校准推理预测模型，根据往期校准时间、校准历史误差、校准经验知识、设施生产中二氧化碳浓度的变化规律和知识库等，智能预测下一次待校准CO2传感单元校准时间，包含具体哪些天以及时刻具体范围值，并保证单次校准的数量最大化，进而减少工作人员的校准频率。所述的数据库主要用于保存CO2传感器浓度信息及其他感知数据、特别是温湿度数据，且存放专家系统中用以CO2校准、修正、校准预测和诊断的数据库、数学模型和知识库等内容。所述的服务器端运行专家系统和后台软件。后台软件在CO2传感器正常工作无需校准时，接收来自汇聚终端的CO2浓度的原始输出值，保存至数据库；利用CO2浓度和原始输出值关系模型，得到转换后的CO2浓度输出值；通过专家系统，利用数据挖掘技术，对数据库中历史数据纵向比较以及其他采集点浓度数据的变化程度横向比较，并结合环境因素等知识库信息，进一步剔除粗大误差数据；利用CO2浓度转换修正补偿模型，找出最佳拟合曲线，进行修正，使其误差范围在指定范围内。通过采集的CO2气体浓度数据，上次校准的时间，历史平均值的飘动，温度的变化情况以及其他参数，通过专家系统的CO2浓度校准推理预测模型，预测各CO2浓度传感单元是否需要进行校准，给出预测的最佳校准时间段，且保证每次校准数量的最大化；并利用有效的校准时间提醒机制，农业工作人员可以通过平台软件、手机APP、短信等多渠道的校准推送信息来执行校准操作。所述的汇聚终端主要包含处理器、ZigBee通信模块、无线/有线网卡，通过ZigBee通信模块转发来自校准修正装置的CO2准确测量值和待校准CO2浓度传感单元的原始输出值，并通过网卡将数据传输至服务器端。汇聚装置进行CO2浓度原始输出数据的透传，利用服务器端处理器强大的计算处理能力和CO2浓度和原始输出值关系模型，获取转换处理后的CO2浓度值，并通过ZigBee网络将处理后的CO2浓度值进行回传至CO2浓度传感单元，进而减少气体采集装置端的计算处理功耗，且充分利用了ZigBee网络的带宽。所述的工作电脑在本专利技术中，主要运行前台软件，显示采集的经过校准、修正的CO2浓度，并显示其预测的下次校准时间，以及此时是否需要校准，或者是否需要更换二氧化碳浓度传感器等信息。所述的手机APP和短信，通过基站以2G/3G/4G信号形式接入网络，用以接收来自服务器端CO2浓度信息，并对具体的校准修正信息进行推送。根据手机端APP、手机短信、PC端软件平台3者中任何其一的推送信息，可获取待校准CO2传感器时间、数量、位置信息和校准模式——哪些传感器需要何种校准模式以及校准时间。所述的待校准修正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：包括至少一个校准修正装置，所述校准修正装置包括已校准二氧化碳浓度传感器、MCU、由显示屏及指示灯组成的显示装置、组合按键及无线通讯模块；所述已校准二氧化碳浓度传感器通过数字接口或经过信号调理后的模拟信号与MCU连接，所述显示屏通过SPI接口与MCU连接，所述无线通信模块通过串行口与MCU连接，所述的指示灯和组合按键通过GPIO口与MCU连接，所述指示灯及组合按键与MCU的I/O口连接；还包括通过通讯连接的下述部件：服务器，运行后台软件及专家系统；数据库，用于存放CO

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：包括至少一个校准修正装置，所述校准修正装置包括已校准二氧化碳浓度传感器、MCU、由显示屏及指示灯组成的显示装置、组合按键及无线通讯模块；所述已校准二氧化碳浓度传感器通过数字接口或经过信号调理后的模拟信号与MCU连接，所述显示屏通过SPI接口与MCU连接，所述无线通信模块通过串行口与MCU连接，所述的指示灯和组合按键通过GPIO口与MCU连接，所述指示灯及组合按键与MCU的I/O口连接；还包括通过通讯连接的下述部件：服务器，运行后台软件及专家系统；数据库，用于存放CO2浓度信息和CO2浓度校准相关信息；工作电脑，用于运行前台软件；待校准二氧化碳浓度传感器，包含有和校准装置相同硬件型号的无线通讯模块；汇聚终端，用于传感数据的接收分析处理并转发；手机APP和短信，用于后台校准信息的接收和推送；校准修正装置具有长校准和短校准两种校准修正模式。2.根据权利要求1所述的二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：所述无线通讯模块为ZigBee无线通信模块。3.根据权利要求2所述的二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：所述校准修正装置通过ZigBee无线通信模块网络定位技术自动识别待校准对象，识别所要进行校准的待校准CO2浓度传感单元，进而对该单元进行CO2浓度的校准修正；所述待校准对象为待校准的传感器。4.根据权利要求1所述的二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：所述专家系统为CO2浓度校准修正专家系统，集成多个数学模型，包含：CO2浓度和原始输出值关系模型、CO2浓度误差预测模型、CO2浓度转换修正补偿模型、CO2浓度校准推理预测模型；并通过工作电脑上前台软件及手机APP和短信多形式进行人机交互。5.根据权利要求1所述的二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：所述服务器端的专家系统通过整合历史数据及校准信息的数据和知识库，结合CO2浓度校准推理预测模型，用于预测下一次最佳校准时间，并同时满足待校准数量的最大化原则。6.根据权利要求1所述的二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：所述汇聚终端包括处理器、ZigBee通信模块、无线或有线网卡；所述ZigBee无线通信模块的硬件和校准修正单元中的硬件相同，通过串行口与处理器相连，所述无线网卡通过USB接口的方式与处理器连接，所述有线网卡为百兆网卡，通过MII/RMII接口和处理器连接。7.根据权利要求1所述的二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：所述的待校准修正CO2浓度传感单元，用于环境数据的感知，包含MCU、ZigBee通信模块、温湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器、基质温湿度传感器，所述ZigBee无线通信模块的硬件和校准修正单元中的硬件相同，通过串行口和处理器MCU相连，所述温湿度传感器、CO2浓度传感器、光照度传感器、基质温湿度传感器以0~5v，4~20MA的模拟信号或者I2C信号的数字信号形式，通过模拟接口或数字接口与MCU连接。8.根据权利要求1所述的二氧化碳浓度校准修正装置，其特征在于：所述校准修正装置还设有用于固定于支架、铁柱或地面的固定装置，所述固定装置包括固定于地面的折叠式立架，所述立架的上部设有伸缩式的悬挂钩...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐振，夏毅军，徐勃，田彬，丰昱，
申请(专利权)人：国睿集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32