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一種高效過濾器壽命監測系統
技術領域
本發明屬于過濾器監測技術領域，特別是涉及一種高效過濾器壽命監測系統。

背景技術
在醫院、實驗室、無塵車間等使用空氣濾網進行環境凈化的場合，往往很難跟蹤濾網的實際使用情況，無法較為正確的制定濾網的更換計劃，只能人工方式通過經驗和對濾網已使用時間進行預測，經常出現濾網被提早更換，造成浪費，或者被延后更換，影響過濾效果，存在空氣污染風險。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高效過濾器壽命監測系統，通過對空氣濾網的使用時間統計，以及對濾網的過濾效果實時采集，并將此數據在相應的人機交互設備或者遠程服務器進行處理展示，解決了現有的空氣濾網無法監測、過濾器過濾效果不佳的問題。
為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：
本發明為一種高效過濾器壽命監測系統，包括采集器、識別ID模塊、集中顯示器、協議轉換器、手抄機和護士站管理主機；
所述采集器與識別ID模塊配對使用，用于記錄單個過濾器的使用時間，同時預留空氣濾網進、出氣口氣壓差功能；
所述識別ID模塊與一片空氣濾網唯一對應，用于采集器的工作識別；
所述集中顯示器為觸摸串口液晶屏，用于實時展示采集器的數據，并對采集器的參數進行設置；
所述協議轉換器用于與標準工業系統ModBus協議互通互聯；
所述手抄機具有紅外和/或無線通訊功能，用于遠距離設置或讀取采集器；
所述護士站管理主機通過網關與協議轉換器連接，用于根據采集的數據進行過濾器壽命的分析。
作為一種優選的技術方案，所述識別ID模塊包括控制模塊和分別與控制模塊連接的信號采集模塊、A/D轉換模塊、命令解釋模塊、低功耗管理模塊、程序存儲模塊、數據緩存模塊、無線通訊模塊和復位模塊；所述信號采集模塊用于獲取采集器預留空氣濾網進、出氣口氣壓差，并通過A/D轉換模塊將采集的數據保存；所述命令解釋模塊用于負責對外部發送的控制命令進行翻譯和解釋，轉換成集中顯示器內部相應的控制系統，并由控制模塊將控制信號執行完成；所述程序存儲模塊用于存儲系統內部運行需要的所有程序；所述數據緩存模塊用于緩存節點所采集的數據；所述無線通訊模塊將采集的數據發送出去。
作為一種優選的技術方案，所述采集器采集到原始的預留空氣濾網進、出氣口氣壓差數據后，通過無線方式發送至集中顯示器；所述集中顯示器上運行的數據融合與抽取程序以及壽命預測程序。
作為一種優選的技術方案，所述采集器的傳感器節點的數據采集通過探頭和A/D轉換電路完成；所述傳感器節點中內置有14位的A/D轉換電路，采樣精度為1/214
。
作為一種優選的技術方案，所述傳感器節點中采用8路通道的A/D轉換，并將8路A/D轉換分成兩組；其中，一組測量使用時間，另一組測量預留空氣濾網進、出氣口氣壓差。
作為一種優選的技術方案，所述手抄機采用射頻通信技術；所述手抄機采用的通信模式為ShockBust模式，數據發生時將數據緩存在發送Buffer中，并附加上CRC校驗字段提高數據傳輸的可靠性，具體數據發送的流程步驟如下：
步驟S1：啟動數據發送；
步驟S2：封裝數據和地址信息；
步驟S3：計算CRC值，并填充；
步驟S4：判斷是否發送信號；
步驟S5：計算數據包的ID標志，形成完整的數據包；
具體數據接收的流程如下：
步驟J1：監測并接收無線射頻信號；
步驟J2：判斷收到的信號數據ID是否正確；
步驟J3：接收數據和校驗信息；
步驟J4：組成完整的數據幀；
步驟J5：判斷CRD校驗是否正確；
步驟J6：去除ID首部和校驗字段，保留下數據和地址信息；
步驟J7：將數據保證在接收緩存，等待提取。
作為一種優選的技術方案，所述護士站管理主機通過獲取不同時刻過濾器的性能退化數據，得到樣本；其中，為第i次監測時間，為第j個過濾器在時刻的性能退化量，則：
；
式中，表示樣本個數，表示第j個過濾器在時刻的性能，表示第j個過濾器的平均性能，表示第j個過濾器的平均性能退化量，為的最大估計值，為的最大估計值，和為第j個樣本的特征參數。
本發明具有以下有益效果：
本發明通過對空氣濾網的使用時間統計，以及對濾網的過濾效果實時采集，并將此數據在相應的人機交互設備或者遠程服務器進行處理展示，提高空氣濾網的監測效率，使空氣濾網使用效果最大化，同時降低成本。
當然，實施本發明的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明的一種高效過濾器壽命監測系統結構示意圖；
圖2為采集器接口拓撲圖；
圖3為譯碼器接口拓撲圖；
圖4為集中顯示器接口拓撲圖；
圖5為協議轉換器接口拓撲圖。

具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
為了使本申請的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖1-5及實施例，對本申請進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本申請，并不用于限定本申請。
實施例一
請參閱圖1所示，本發明為一種高效過濾器壽命監測系統，包括采集器、識別ID模塊、集中顯示器、協議轉換器、手抄機和護士站管理主機；
采集器與識別ID模塊配對使用，用于記錄單個過濾器的使用時間，同時預留空氣濾網進、出氣口氣壓差功能；
識別ID模塊與一片空氣濾網唯一對應，用于采集器的工作識別；
集中顯示器為觸摸串口液晶屏，用于實時展示采集器的數據，并對采集器的參數進行設置；
協議轉換器用于與標準工業系統ModBus協議互通互聯；
手抄機具有紅外和/或無線通訊功能，用于遠距離設置或讀取采集器；
護士站管理主機通過網關與協議轉換器連接，用于根據采集的數據進行過濾器壽命的分析。
識別ID模塊包括控制模塊和分別與控制模塊連接的信號采集模塊、A/D轉換模塊、命令解釋模塊、低功耗管理模塊、程序存儲模塊、數據緩存模塊、無線通訊模塊和復位模塊；信號采集模塊用于獲取采集器預留空氣濾網進、出氣口氣壓差，并通過A/D轉換模塊將采集的數據保存；命令解釋模塊用于負責對外部發送的控制命令進行翻譯和解釋，轉換成集中顯示器內部相應的控制系統，并由控制模塊將控制信號執行完成；程序存儲模塊用于存儲系統內部運行需要的所有程序；數據緩存模塊用于緩存節點所采集的數據；無線通訊模塊將采集的數據發送出去。
采集器采集到原始的預留空氣濾網進、出氣口氣壓差數據后，通過無線方式發送至集中顯示器；集中顯示器上運行的數據融合與抽取程序以及壽命預測程序。
采集器的傳感器節點的數據采集通過探頭和A/D轉換電路完成；傳感器節點中內置有14位的A/D轉換電路，采樣精度為1/214
。
傳感器節點中采用8路通道的A/D轉換，并將8路A/D轉換分成兩組；其中，一組測量使用時間，另一組測量預留空氣濾網進、出氣口氣壓差。
手抄機采用射頻通信技術；手抄機采用的通信模式為ShockBust模式，數據發生時將數據緩存在發送Buffer中，并附加上CRC校驗字段提高數據傳輸的可靠性，具體數據發送的流程步驟如下：
步驟S1：啟動數據發送；
步驟S2：封裝數據和地址信息；
步驟S3：計算CRC值，并填充；
步驟S4：判斷是否發送信號；
步驟S5：計算數據包的ID標志，形成完整的數據包；
具體數據接收的流程如下：
步驟J1：監測并接收無線射頻信號；
步驟J2：判斷收到的信號數據ID是否正確；
步驟J3：接收數據和校驗信息；
步驟J4：組成完整的數據幀；
步驟J5：判斷CRD校驗是否正確；
步驟J6：去除ID首部和校驗字段，保留下數據和地址信息；
步驟J7：將數據保證在接收緩存，等待提取。
最大似然估計是一種具有理論性的點估計法，它的基本思想是通過合理的參數估計，使得統計得到的樣本數據發生概率最大，從而提高估計參數的精度。
護士站管理主機通過獲取不同時刻過濾器的性能退化數據，得到樣本；其中，為第i次監測時間，為第j個過濾器在時刻的性能退化量，則：
；
式中，表示樣本個數，表示第j個過濾器在時刻的性能，表示第j個過濾器的平均性能，表示第j個過濾器的平均性能退化量，為的最大估計值，為的最大估計值，和為第j個樣本的特征參數。
其中，性能退化量‌是指產品在長期使用過程中，其性能指標隨時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估通常設置一個門限值，即退化失效標準或故障閾值，當過濾器的性能退化量超過失效閾值時，過濾器就會發生故障；這個性能退化量是在多次實驗過程中測得過濾器性能的退化數據，通過極大似然法來估計退化軌跡，從而建立過濾器退化軌跡模型，來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氣流產生的阻礙作用，通過過濾器的這兩個指標來判斷當前過濾器的‌除塵效率。因此這個性能就是反映當前過濾器的除塵效果的數值，用百分比表示。
平均性能退化量：由于性能退化量每次計算采集容易出現偏差，可能受其他外界因素影響會出現采集不準確的情況，若一次采集結果超過閾值就發出警報很容易出現誤報。因此我們多次采集取平均性能退化量來進行計算，防止出現誤報。
實施例二
參閱圖2-5所示，本發明為一種高效過濾器壽命監測系統，可用于執行完成本發明實施例1系統內容，包括采集器、識別ID 模塊、集中顯示器、協議轉換器和手抄機，其中：
采集器與識別ID模塊配對使用，配對成功后正常工作。用于記錄單個過濾器的使用時間，同時預留采集空氣濾網進、出氣口氣壓差功能，后期可通過該采集值作為評判濾網是否需要更換的依據。以上數據均可在后臺查詢。
技術特性包括：
1、24VDC供電；
2、一路自定義通訊接口，與識別ID交互；
3、一路485通訊接口，作為通訊總線；
4、一路紅外或者無線通訊方式，實現與手抄機的交互；
5、預留三路0～10V輸入接口；
6、預留氣壓差采集，壓差范圍在1000Kpa以內。
識別ID 模塊：一片空氣濾網唯一對應一個識別ID模塊，用于采集器的工作識別，更換或者移除都無法使采集器正常工作。
技術特性包括：
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，用于實時展示采集器的數據，可對采集器的參數進行設置。具有預警或報警功能，當濾網超過設定的閾值范圍未進行更換時，作出相應的提示。該集中顯示器一般安裝于同一個凈化房間的室內，用于隨時查閱和預警所對應的凈化房間的空氣濾網使用情況。
技術特性包括：
1、24VDC供電；
2、一路485通訊接口，作為通訊總線。
協議轉換器：一般工業系統都使用ModBus協議作為數據交互，但其有一定的局限性，為了實現更高效便捷和靈活的系統通訊，本系統采用的是自定義協議，同時考慮到，為了能與標準工業系統ModBus協議互通互連，故增加該協議轉換器。
技術特性包括：
1、24VDC供電；
2、一路485通訊接口，作為系統內總線；
3、一路485通訊接口，作為ModBus端總線。
手抄機：便攜式手抄機，配有1.8或2.4寸液晶屏和操作鍵盤，并具有紅外或者無線通訊功能，可遠距離設置或者讀取采集器。
技術特性包括：
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，上述系統實施例中，所包括的各個單元只是按照功能邏輯進行劃分的，但并不局限于上述的劃分，只要能夠實現相應的功能即可；另外，各功能單元的具體名稱也只是為了便于相互區分，并不用于限制本發明的保護范圍。
另外，本領域普通技術人員可以理解實現上述各實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，相應的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中。
以上公開的本發明優選實施例只是用于幫助闡述本發明。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。