一种高效过滤器寿命监测系统
技术领域
本发明属于过滤器监测技术领域，特别是涉及一种高效过滤器寿命监测系统。

背景技术
在医院、实验室、无尘车间等使用空气滤网进行环境净化的场合，往往很难跟踪滤网的实际使用情况，无法较为正确的制定滤网的更换计划，只能人工方式通过经验和对滤网已使用时间进行预测，经常出现滤网被提早更换，造成浪费，或者被延后更换，影响过滤效果，存在空气污染风险。

发明内容
本发明的目的在于提供一种高效过滤器寿命监测系统，通过对空气滤网的使用时间统计，以及对滤网的过滤效果实时采集，并将此数据在相应的人机交互设备或者远程服务器进行处理展示，解决了现有的空气滤网无法监测、过滤器过滤效果不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种高效过滤器寿命监测系统，包括采集器、识别ID模块、集中显示器、协议转换器、手抄机和护士站管理主机；
所述采集器与识别ID模块配对使用，用于记录单个过滤器的使用时间，同时预留空气滤网进、出气口气压差功能；
所述识别ID模块与一片空气滤网唯一对应，用于采集器的工作识别；
所述集中显示器为触摸串口液晶屏，用于实时展示采集器的数据，并对采集器的参数进行设置；
所述协议转换器用于与标准工业系统ModBus协议互通互联；
所述手抄机具有红外和/或无线通讯功能，用于远距离设置或读取采集器；
所述护士站管理主机通过网关与协议转换器连接，用于根据采集的数据进行过滤器寿命的分析。
作为一种优选的技术方案，所述识别ID模块包括控制模块和分别与控制模块连接的信号采集模块、A/D转换模块、命令解释模块、低功耗管理模块、程序存储模块、数据缓存模块、无线通讯模块和复位模块；所述信号采集模块用于获取采集器预留空气滤网进、出气口气压差，并通过A/D转换模块将采集的数据保存；所述命令解释模块用于负责对外部发送的控制命令进行翻译和解释，转换成集中显示器内部相应的控制系统，并由控制模块将控制信号执行完成；所述程序存储模块用于存储系统内部运行需要的所有程序；所述数据缓存模块用于缓存节点所采集的数据；所述无线通讯模块将采集的数据发送出去。
作为一种优选的技术方案，所述采集器采集到原始的预留空气滤网进、出气口气压差数据后，通过无线方式发送至集中显示器；所述集中显示器上运行的数据融合与抽取程序以及寿命预测程序。
作为一种优选的技术方案，所述采集器的传感器节点的数据采集通过探头和A/D转换电路完成；所述传感器节点中内置有14位的A/D转换电路，采样精度为1/214
。
作为一种优选的技术方案，所述传感器节点中采用8路通道的A/D转换，并将8路A/D转换分成两组；其中，一组测量使用时间，另一组测量预留空气滤网进、出气口气压差。
作为一种优选的技术方案，所述手抄机采用射频通信技术；所述手抄机采用的通信模式为ShockBust模式，数据发生时将数据缓存在发送Buffer中，并附加上CRC校验字段提高数据传输的可靠性，具体数据发送的流程步骤如下：
步骤S1：启动数据发送；
步骤S2：封装数据和地址信息；
步骤S3：计算CRC值，并填充；
步骤S4：判断是否发送信号；
步骤S5：计算数据包的ID标志，形成完整的数据包；
具体数据接收的流程如下：
步骤J1：监测并接收无线射频信号；
步骤J2：判断收到的信号数据ID是否正确；
步骤J3：接收数据和校验信息；
步骤J4：组成完整的数据帧；
步骤J5：判断CRD校验是否正确；
步骤J6：去除ID首部和校验字段，保留下数据和地址信息；
步骤J7：将数据保证在接收缓存，等待提取。
作为一种优选的技术方案，所述护士站管理主机通过获取不同时刻过滤器的性能退化数据，得到样本；其中，为第i次监测时间，为第j个过滤器在时刻的性能退化量，则：
；
式中，表示样本个数，表示第j个过滤器在时刻的性能，表示第j个过滤器的平均性能，表示第j个过滤器的平均性能退化量，为的最大估计值，为的最大估计值，和为第j个样本的特征参数。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过对空气滤网的使用时间统计，以及对滤网的过滤效果实时采集，并将此数据在相应的人机交互设备或者远程服务器进行处理展示，提高空气滤网的监测效率，使空气滤网使用效果最大化，同时降低成本。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种高效过滤器寿命监测系统结构示意图；
图2为采集器接口拓扑图；
图3为译码器接口拓扑图；
图4为集中显示器接口拓扑图；
图5为协议转换器接口拓扑图。

具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-5及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例一
请参阅图1所示，本发明为一种高效过滤器寿命监测系统，包括采集器、识别ID模块、集中显示器、协议转换器、手抄机和护士站管理主机；
采集器与识别ID模块配对使用，用于记录单个过滤器的使用时间，同时预留空气滤网进、出气口气压差功能；
识别ID模块与一片空气滤网唯一对应，用于采集器的工作识别；
集中显示器为触摸串口液晶屏，用于实时展示采集器的数据，并对采集器的参数进行设置；
协议转换器用于与标准工业系统ModBus协议互通互联；
手抄机具有红外和/或无线通讯功能，用于远距离设置或读取采集器；
护士站管理主机通过网关与协议转换器连接，用于根据采集的数据进行过滤器寿命的分析。
识别ID模块包括控制模块和分别与控制模块连接的信号采集模块、A/D转换模块、命令解释模块、低功耗管理模块、程序存储模块、数据缓存模块、无线通讯模块和复位模块；信号采集模块用于获取采集器预留空气滤网进、出气口气压差，并通过A/D转换模块将采集的数据保存；命令解释模块用于负责对外部发送的控制命令进行翻译和解释，转换成集中显示器内部相应的控制系统，并由控制模块将控制信号执行完成；程序存储模块用于存储系统内部运行需要的所有程序；数据缓存模块用于缓存节点所采集的数据；无线通讯模块将采集的数据发送出去。
采集器采集到原始的预留空气滤网进、出气口气压差数据后，通过无线方式发送至集中显示器；集中显示器上运行的数据融合与抽取程序以及寿命预测程序。
采集器的传感器节点的数据采集通过探头和A/D转换电路完成；传感器节点中内置有14位的A/D转换电路，采样精度为1/214
。
传感器节点中采用8路通道的A/D转换，并将8路A/D转换分成两组；其中，一组测量使用时间，另一组测量预留空气滤网进、出气口气压差。
手抄机采用射频通信技术；手抄机采用的通信模式为ShockBust模式，数据发生时将数据缓存在发送Buffer中，并附加上CRC校验字段提高数据传输的可靠性，具体数据发送的流程步骤如下：
步骤S1：启动数据发送；
步骤S2：封装数据和地址信息；
步骤S3：计算CRC值，并填充；
步骤S4：判断是否发送信号；
步骤S5：计算数据包的ID标志，形成完整的数据包；
具体数据接收的流程如下：
步骤J1：监测并接收无线射频信号；
步骤J2：判断收到的信号数据ID是否正确；
步骤J3：接收数据和校验信息；
步骤J4：组成完整的数据帧；
步骤J5：判断CRD校验是否正确；
步骤J6：去除ID首部和校验字段，保留下数据和地址信息；
步骤J7：将数据保证在接收缓存，等待提取。
最大似然估计是一种具有理论性的点估计法，它的基本思想是通过合理的参数估计，使得统计得到的样本数据发生概率最大，从而提高估计参数的精度。
护士站管理主机通过获取不同时刻过滤器的性能退化数据，得到样本；其中，为第i次监测时间，为第j个过滤器在时刻的性能退化量，则：
；
式中，表示样本个数，表示第j个过滤器在时刻的性能，表示第j个过滤器的平均性能，表示第j个过滤器的平均性能退化量，为的最大估计值，为的最大估计值，和为第j个样本的特征参数。
其中，性能退化量‌是指产品在长期使用过程中，其性能指标随时间逐渐下降或恶化的程度，性能退化量是基于退化轨迹理论的可靠性评估通常设置一个门限值，即退化失效标准或故障阈值，当过滤器的性能退化量超过失效阈值时，过滤器就会发生故障；这个性能退化量是在多次实验过程中测得过滤器性能的退化数据，通过极大似然法来估计退化轨迹，从而建立过滤器退化轨迹模型，来确定过滤器的性能退化量的门限值。
过滤器的性能主要包括：包括过滤器的容尘量和过滤器的阻力。
‌过滤器的容尘量‌是指过滤器能够容纳的灰尘量、‌过滤器的阻力‌则是指过滤器在使用过程中对气流产生的阻碍作用，通过过滤器的这两个指标来判断当前过滤器的‌除尘效率。因此这个性能就是反映当前过滤器的除尘效果的数值，用百分比表示。
平均性能退化量：由于性能退化量每次计算采集容易出现偏差，可能受其他外界因素影响会出现采集不准确的情况，若一次采集结果超过阈值就发出警报很容易出现误报。因此我们多次采集取平均性能退化量来进行计算，防止出现误报。
实施例二
参阅图2-5所示，本发明为一种高效过滤器寿命监测系统，可用于执行完成本发明实施例1系统内容，包括采集器、识别ID 模块、集中显示器、协议转换器和手抄机，其中：
采集器与识别ID模块配对使用，配对成功后正常工作。用于记录单个过滤器的使用时间，同时预留采集空气滤网进、出气口气压差功能，后期可通过该采集值作为评判滤网是否需要更换的依据。以上数据均可在后台查询。
技术特性包括：
1、24VDC供电；
2、一路自定义通讯接口，与识别ID交互；
3、一路485通讯接口，作为通讯总线；
4、一路红外或者无线通讯方式，实现与手抄机的交互；
5、预留三路0～10V输入接口；
6、预留气压差采集，压差范围在1000Kpa以内。
识别ID 模块：一片空气滤网唯一对应一个识别ID模块，用于采集器的工作识别，更换或者移除都无法使采集器正常工作。
技术特性包括：
1、24VDC供电；
2、一路自定义通讯接口，与采集器交互；
3、自动生成唯一ID。
集中显示器：配备10寸或7寸触摸串口液晶屏，用于实时展示采集器的数据，可对采集器的参数进行设置。具有预警或报警功能，当滤网超过设定的阈值范围未进行更换时，作出相应的提示。该集中显示器一般安装于同一个净化房间的室内，用于随时查阅和预警所对应的净化房间的空气滤网使用情况。
技术特性包括：
1、24VDC供电；
2、一路485通讯接口，作为通讯总线。
协议转换器：一般工业系统都使用ModBus协议作为数据交互，但其有一定的局限性，为了实现更高效便捷和灵活的系统通讯，本系统采用的是自定义协议，同时考虑到，为了能与标准工业系统ModBus协议互通互连，故增加该协议转换器。
技术特性包括：
1、24VDC供电；
2、一路485通讯接口，作为系统内总线；
3、一路485通讯接口，作为ModBus端总线。
手抄机：便携式手抄机，配有1.8或2.4寸液晶屏和操作键盘，并具有红外或者无线通讯功能，可远距离设置或者读取采集器。
技术特性包括：
1、电池供电；
2、1.8或2.4左右尺寸液晶屏；
3、12或16键操作键盘。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。