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一種高效過濾器壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于過濾器監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高效過濾器壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)
在醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)室、無(wú)塵車間等使用空氣濾網(wǎng)進(jìn)行環(huán)境凈化的場(chǎng)合，往往很難跟蹤濾網(wǎng)的實(shí)際使用情況，無(wú)法較為正確的制定濾網(wǎng)的更換計(jì)劃，只能人工方式通過經(jīng)驗(yàn)和對(duì)濾網(wǎng)已使用時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，經(jīng)常出現(xiàn)濾網(wǎng)被提早更換，造成浪費(fèi)，或者被延后更換，影響過濾效果，存在空氣污染風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效過濾器壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)空氣濾網(wǎng)的使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)，以及對(duì)濾網(wǎng)的過濾效果實(shí)時(shí)采集，并將此數(shù)據(jù)在相應(yīng)的人機(jī)交互設(shè)備或者遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行處理展示，解決了現(xiàn)有的空氣濾網(wǎng)無(wú)法監(jiān)測(cè)、過濾器過濾效果不佳的問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
本發(fā)明為一種高效過濾器壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括采集器、識(shí)別ID模塊、集中顯示器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、手抄機(jī)和護(hù)士站管理主機(jī)；
所述采集器與識(shí)別ID模塊配對(duì)使用，用于記錄單個(gè)過濾器的使用時(shí)間，同時(shí)預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差功能；
所述識(shí)別ID模塊與一片空氣濾網(wǎng)唯一對(duì)應(yīng)，用于采集器的工作識(shí)別；
所述集中顯示器為觸摸串口液晶屏，用于實(shí)時(shí)展示采集器的數(shù)據(jù)，并對(duì)采集器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；
所述協(xié)議轉(zhuǎn)換器用于與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)系統(tǒng)ModBus協(xié)議互通互聯(lián)；
所述手抄機(jī)具有紅外和/或無(wú)線通訊功能，用于遠(yuǎn)距離設(shè)置或讀取采集器；
所述護(hù)士站管理主機(jī)通過網(wǎng)關(guān)與協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接，用于根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾器壽命的分析。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述識(shí)別ID模塊包括控制模塊和分別與控制模塊連接的信號(hào)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、命令解釋模塊、低功耗管理模塊、程序存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、無(wú)線通訊模塊和復(fù)位模塊；所述信號(hào)采集模塊用于獲取采集器預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差，并通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集的數(shù)據(jù)保存；所述命令解釋模塊用于負(fù)責(zé)對(duì)外部發(fā)送的控制命令進(jìn)行翻譯和解釋，轉(zhuǎn)換成集中顯示器內(nèi)部相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并由控制模塊將控制信號(hào)執(zhí)行完成；所述程序存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行需要的所有程序；所述數(shù)據(jù)緩存模塊用于緩存節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)；所述無(wú)線通訊模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述采集器采集到原始的預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差數(shù)據(jù)后，通過無(wú)線方式發(fā)送至集中顯示器；所述集中顯示器上運(yùn)行的數(shù)據(jù)融合與抽取程序以及壽命預(yù)測(cè)程序。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述采集器的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集通過探頭和A/D轉(zhuǎn)換電路完成；所述傳感器節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置有14位的A/D轉(zhuǎn)換電路，采樣精度為1/214
。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述傳感器節(jié)點(diǎn)中采用8路通道的A/D轉(zhuǎn)換，并將8路A/D轉(zhuǎn)換分成兩組；其中，一組測(cè)量使用時(shí)間，另一組測(cè)量預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述手抄機(jī)采用射頻通信技術(shù)；所述手抄機(jī)采用的通信模式為ShockBust模式，數(shù)據(jù)發(fā)生時(shí)將數(shù)據(jù)緩存在發(fā)送Buffer中，并附加上CRC校驗(yàn)字段提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕唧w數(shù)據(jù)發(fā)送的流程步驟如下：
步驟S1：?jiǎn)?dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送；
步驟S2：封裝數(shù)據(jù)和地址信息；
步驟S3：計(jì)算CRC值，并填充；
步驟S4：判斷是否發(fā)送信號(hào)；
步驟S5：計(jì)算數(shù)據(jù)包的ID標(biāo)志，形成完整的數(shù)據(jù)包；
具體數(shù)據(jù)接收的流程如下：
步驟J1：監(jiān)測(cè)并接收無(wú)線射頻信號(hào)；
步驟J2：判斷收到的信號(hào)數(shù)據(jù)ID是否正確；
步驟J3：接收數(shù)據(jù)和校驗(yàn)信息；
步驟J4：組成完整的數(shù)據(jù)幀；
步驟J5：判斷CRD校驗(yàn)是否正確；
步驟J6：去除ID首部和校驗(yàn)字段，保留下數(shù)據(jù)和地址信息；
步驟J7：將數(shù)據(jù)保證在接收緩存，等待提取。
作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述護(hù)士站管理主機(jī)通過獲取不同時(shí)刻過濾器的性能退化數(shù)據(jù)，得到樣本；其中，為第i次監(jiān)測(cè)時(shí)間，為第j個(gè)過濾器在時(shí)刻的性能退化量，則：
；
式中，表示樣本個(gè)數(shù)，表示第j個(gè)過濾器在時(shí)刻的性能，表示第j個(gè)過濾器的平均性能，表示第j個(gè)過濾器的平均性能退化量，為的最大估計(jì)值，為的最大估計(jì)值，和為第j個(gè)樣本的特征參數(shù)。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明通過對(duì)空氣濾網(wǎng)的使用時(shí)間統(tǒng)計(jì)，以及對(duì)濾網(wǎng)的過濾效果實(shí)時(shí)采集，并將此數(shù)據(jù)在相應(yīng)的人機(jī)交互設(shè)備或者遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行處理展示，提高空氣濾網(wǎng)的監(jiān)測(cè)效率，使空氣濾網(wǎng)使用效果最大化，同時(shí)降低成本。
當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明的一種高效過濾器壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為采集器接口拓?fù)鋱D；
圖3為譯碼器接口拓?fù)鋱D；
圖4為集中顯示器接口拓?fù)鋱D；
圖5為協(xié)議轉(zhuǎn)換器接口拓?fù)鋱D。

具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
為了使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖1-5及實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本申請(qǐng)，并不用于限定本申請(qǐng)。
實(shí)施例一
請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明為一種高效過濾器壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括采集器、識(shí)別ID模塊、集中顯示器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、手抄機(jī)和護(hù)士站管理主機(jī)；
采集器與識(shí)別ID模塊配對(duì)使用，用于記錄單個(gè)過濾器的使用時(shí)間，同時(shí)預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差功能；
識(shí)別ID模塊與一片空氣濾網(wǎng)唯一對(duì)應(yīng)，用于采集器的工作識(shí)別；
集中顯示器為觸摸串口液晶屏，用于實(shí)時(shí)展示采集器的數(shù)據(jù)，并對(duì)采集器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；
協(xié)議轉(zhuǎn)換器用于與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)系統(tǒng)ModBus協(xié)議互通互聯(lián)；
手抄機(jī)具有紅外和/或無(wú)線通訊功能，用于遠(yuǎn)距離設(shè)置或讀取采集器；
護(hù)士站管理主機(jī)通過網(wǎng)關(guān)與協(xié)議轉(zhuǎn)換器連接，用于根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾器壽命的分析。
識(shí)別ID模塊包括控制模塊和分別與控制模塊連接的信號(hào)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、命令解釋模塊、低功耗管理模塊、程序存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、無(wú)線通訊模塊和復(fù)位模塊；信號(hào)采集模塊用于獲取采集器預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差，并通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將采集的數(shù)據(jù)保存；命令解釋模塊用于負(fù)責(zé)對(duì)外部發(fā)送的控制命令進(jìn)行翻譯和解釋，轉(zhuǎn)換成集中顯示器內(nèi)部相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并由控制模塊將控制信號(hào)執(zhí)行完成；程序存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行需要的所有程序；數(shù)據(jù)緩存模塊用于緩存節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)；無(wú)線通訊模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
采集器采集到原始的預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差數(shù)據(jù)后，通過無(wú)線方式發(fā)送至集中顯示器；集中顯示器上運(yùn)行的數(shù)據(jù)融合與抽取程序以及壽命預(yù)測(cè)程序。
采集器的傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集通過探頭和A/D轉(zhuǎn)換電路完成；傳感器節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置有14位的A/D轉(zhuǎn)換電路，采樣精度為1/214
。
傳感器節(jié)點(diǎn)中采用8路通道的A/D轉(zhuǎn)換，并將8路A/D轉(zhuǎn)換分成兩組；其中，一組測(cè)量使用時(shí)間，另一組測(cè)量預(yù)留空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差。
手抄機(jī)采用射頻通信技術(shù)；手抄機(jī)采用的通信模式為ShockBust模式，數(shù)據(jù)發(fā)生時(shí)將數(shù)據(jù)緩存在發(fā)送Buffer中，并附加上CRC校驗(yàn)字段提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕唧w數(shù)據(jù)發(fā)送的流程步驟如下：
步驟S1：?jiǎn)?dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送；
步驟S2：封裝數(shù)據(jù)和地址信息；
步驟S3：計(jì)算CRC值，并填充；
步驟S4：判斷是否發(fā)送信號(hào)；
步驟S5：計(jì)算數(shù)據(jù)包的ID標(biāo)志，形成完整的數(shù)據(jù)包；
具體數(shù)據(jù)接收的流程如下：
步驟J1：監(jiān)測(cè)并接收無(wú)線射頻信號(hào)；
步驟J2：判斷收到的信號(hào)數(shù)據(jù)ID是否正確；
步驟J3：接收數(shù)據(jù)和校驗(yàn)信息；
步驟J4：組成完整的數(shù)據(jù)幀；
步驟J5：判斷CRD校驗(yàn)是否正確；
步驟J6：去除ID首部和校驗(yàn)字段，保留下數(shù)據(jù)和地址信息；
步驟J7：將數(shù)據(jù)保證在接收緩存，等待提取。
最大似然估計(jì)是一種具有理論性的點(diǎn)估計(jì)法，它的基本思想是通過合理的參數(shù)估計(jì)，使得統(tǒng)計(jì)得到的樣本數(shù)據(jù)發(fā)生概率最大，從而提高估計(jì)參數(shù)的精度。
護(hù)士站管理主機(jī)通過獲取不同時(shí)刻過濾器的性能退化數(shù)據(jù)，得到樣本；其中，為第i次監(jiān)測(cè)時(shí)間，為第j個(gè)過濾器在時(shí)刻的性能退化量，則：
；
式中，表示樣本個(gè)數(shù)，表示第j個(gè)過濾器在時(shí)刻的性能，表示第j個(gè)過濾器的平均性能，表示第j個(gè)過濾器的平均性能退化量，為的最大估計(jì)值，為的最大估計(jì)值，和為第j個(gè)樣本的特征參數(shù)。
其中，性能退化量‌是指產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用過程中，其性能指標(biāo)隨時(shí)間逐漸下降或惡化的程度，性能退化量是基于退化軌跡理論的可靠性評(píng)估通常設(shè)置一個(gè)門限值，即退化失效標(biāo)準(zhǔn)或故障閾值，當(dāng)過濾器的性能退化量超過失效閾值時(shí)，過濾器就會(huì)發(fā)生故障；這個(gè)性能退化量是在多次實(shí)驗(yàn)過程中測(cè)得過濾器性能的退化數(shù)據(jù)，通過極大似然法來(lái)估計(jì)退化軌跡，從而建立過濾器退化軌跡模型，來(lái)確定過濾器的性能退化量的門限值。
過濾器的性能主要包括：包括過濾器的容塵量和過濾器的阻力。
‌過濾器的容塵量‌是指過濾器能夠容納的灰塵量、‌過濾器的阻力‌則是指過濾器在使用過程中對(duì)氣流產(chǎn)生的阻礙作用，通過過濾器的這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)判斷當(dāng)前過濾器的‌除塵效率。因此這個(gè)性能就是反映當(dāng)前過濾器的除塵效果的數(shù)值，用百分比表示。
平均性能退化量：由于性能退化量每次計(jì)算采集容易出現(xiàn)偏差，可能受其他外界因素影響會(huì)出現(xiàn)采集不準(zhǔn)確的情況，若一次采集結(jié)果超過閾值就發(fā)出警報(bào)很容易出現(xiàn)誤報(bào)。因此我們多次采集取平均性能退化量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，防止出現(xiàn)誤報(bào)。
實(shí)施例二
參閱圖2-5所示，本發(fā)明為一種高效過濾器壽命監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可用于執(zhí)行完成本發(fā)明實(shí)施例1系統(tǒng)內(nèi)容，包括采集器、識(shí)別ID 模塊、集中顯示器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和手抄機(jī)，其中：
采集器與識(shí)別ID模塊配對(duì)使用，配對(duì)成功后正常工作。用于記錄單個(gè)過濾器的使用時(shí)間，同時(shí)預(yù)留采集空氣濾網(wǎng)進(jìn)、出氣口氣壓差功能，后期可通過該采集值作為評(píng)判濾網(wǎng)是否需要更換的依據(jù)。以上數(shù)據(jù)均可在后臺(tái)查詢。
技術(shù)特性包括：
1、24VDC供電；
2、一路自定義通訊接口，與識(shí)別ID交互；
3、一路485通訊接口，作為通訊總線；
4、一路紅外或者無(wú)線通訊方式，實(shí)現(xiàn)與手抄機(jī)的交互；
5、預(yù)留三路0～10V輸入接口；
6、預(yù)留氣壓差采集，壓差范圍在1000Kpa以內(nèi)。
識(shí)別ID 模塊：一片空氣濾網(wǎng)唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)識(shí)別ID模塊，用于采集器的工作識(shí)別，更換或者移除都無(wú)法使采集器正常工作。
技術(shù)特性包括：
1、24VDC供電；
2、一路自定義通訊接口，與采集器交互；
3、自動(dòng)生成唯一ID。
集中顯示器：配備10寸或7寸觸摸串口液晶屏，用于實(shí)時(shí)展示采集器的數(shù)據(jù)，可對(duì)采集器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。具有預(yù)警或報(bào)警功能，當(dāng)濾網(wǎng)超過設(shè)定的閾值范圍未進(jìn)行更換時(shí)，作出相應(yīng)的提示。該集中顯示器一般安裝于同一個(gè)凈化房間的室內(nèi)，用于隨時(shí)查閱和預(yù)警所對(duì)應(yīng)的凈化房間的空氣濾網(wǎng)使用情況。
技術(shù)特性包括：
1、24VDC供電；
2、一路485通訊接口，作為通訊總線。
協(xié)議轉(zhuǎn)換器：一般工業(yè)系統(tǒng)都使用ModBus協(xié)議作為數(shù)據(jù)交互，但其有一定的局限性，為了實(shí)現(xiàn)更高效便捷和靈活的系統(tǒng)通訊，本系統(tǒng)采用的是自定義協(xié)議，同時(shí)考慮到，為了能與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)系統(tǒng)ModBus協(xié)議互通互連，故增加該協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
技術(shù)特性包括：
1、24VDC供電；
2、一路485通訊接口，作為系統(tǒng)內(nèi)總線；
3、一路485通訊接口，作為ModBus端總線。
手抄機(jī)：便攜式手抄機(jī)，配有1.8或2.4寸液晶屏和操作鍵盤，并具有紅外或者無(wú)線通訊功能，可遠(yuǎn)距離設(shè)置或者讀取采集器。
技術(shù)特性包括：
1、電池供電；
2、1.8或2.4左右尺寸液晶屏；
3、12或16鍵操作鍵盤。
值得注意的是，上述系統(tǒng)實(shí)施例中，所包括的各個(gè)單元只是按照功能邏輯進(jìn)行劃分的，但并不局限于上述的劃分，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能即可；另外，各功能單元的具體名稱也只是為了便于相互區(qū)分，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述各實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，相應(yīng)的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。
以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。