一種自組網的空氣質量監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種自組網的空氣質量監測系統，包括監測管理服務器、通過網絡與監測管理服務器互相通訊的數據集中器，還包括用于采集空氣數據的多個空氣質量監測終端，其特征是：所述空氣質量監測終端與數據集中器之間通過無線網絡連接；任一個空氣質量監測終端可為其它空氣質量監測終端與數據集中器之間的數據傳輸提供路由中繼。本實用新型能夠實現各空氣質量監測終端之間的無線組網，進行實時數據采集與傳輸，在進行信息采集及數據傳輸時，不存在通訊線路或路由節點被破壞而影響數據的傳輸的問題。
【專利說明】一種自組網的空氣質量監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于環境監測裝置，具體涉及一種自組網的空氣質量監測系統。
【背景技術】
[0002]隨著國家對空氣質量的不斷重視，以及各社會群體對空氣質量問題的廣泛關注，有關環保部門進一步加大了對環境質量監測的力度，需要在人員密集的建筑物、場所內以及重要空氣影響源等地方安裝大量的空氣質量監測終端。目前，空氣監測的傳感器技術的發展及運用已經很成熟，但是在大規模部署空氣監測裝置時，特別是在一些成熟的社區、較大的工業區等環境比較復雜的地方，其施工難度較大、部署效率慢。
[0003]為了解決上述問題，一些專利提出了解決方案，一定程度上克服了前述缺點，獲得了整體的解決方法和實施系統，而實現整個系統功能的必要條件是各個空氣質量監測必須聯網通訊。從已有的專利上看，基本上采用的是專門的RS485有線網絡通訊方式、W1-FI(Wireless Fidelity，一種基于IEEE 802.11標準的無線網路通信技術品牌)點對點通信方式、Zigbee (—種基于IEEE802.15.4標準的短距離、低功耗的無線組網通信技術)多點到集中器的通訊方式等。
[0004]如CN 102568173 A公開的“基于RS485總線與GPRS網絡的無限組網空氣質量監測系統”，通過RS485總線把空氣質量監測終端連接在一起，各個空氣質量監測終端的數據經RS485總線匯總之后，再通過GPRS衛星網絡傳輸至監控中心計算機進行管理。其缺點是:采用RS485的通訊方式需要在現場進行布線，這樣會大大降低空氣質量監測終端的現場部署效率；而且如果線路被破壞，則系統的監測能力將大打折扣。
[0005]CN 202649194 U公開的“一種無線公共場所空氣質量監測系統”，則進一步提出了具體解決辦法，即把空氣質量監測終端設計為無線通訊方式。每個空氣質量監測終端通過無線的方式與網絡中的W1-Fi路由器進行聯網；W1-Fi路由器通過TCP/IP網絡與監控服務器進行聯網，把空氣質量監測終端的數據傳遞到監控服務器。采用W1-Fi的通訊方式，是一個點對點的通訊模式，所有的空氣質量監測終端都需要各自獨立與W1-Fi路由器進行通訊工作，如果一臺W1-Fi路由器損壞，則與之通訊的多個空氣質量監測終端講無法將數據傳遞至監控中心服務器。而且，W1-Fi路由器的部署會影響整個系統的運行，如果現場某處不能部署W1-Fi路由器，則空氣質量監測終端的數據便無法傳遞到監控中心服務器，這種方式也讓現場部署增加了網絡擴展的難度。
[0006]CN 202351226 U公開的“基于ZigBee的城市空氣質量監測系統”，則進一步通過2.4GHz頻率的Zigbee的無線網絡方式解決了上述采用W1-Fi無線通訊方式監測系統的問題。在這個網絡中包括集成Zigbee模塊的無線空氣質量監測終端、信息轉發的路由節點、信息收集的集中管理器；每個空氣質量監測終端集成Zigbee無線模塊，網絡中把集成Zigbee模塊的裝置進行分組；每組里面的裝置可以點對點與這個組的路由節點進行通訊；而路由節點可以與鄰近的其他組的路由節點進行組網通訊；所有的路由節點在把數據通過網絡傳遞到一個集中管理器；集中管理器再通過GPRS進行聯網，把數據集中傳遞到監控服務器。
[0007]基于Zigbee的監測系統，采用的多個路由節點，類似于讓多個W1-Fi路由器進行了組網工作；再把組網后的信息通過集中控制器進行集中收集，然后傳遞到網絡監控服務器。這種基于Zigbee的監測系統，在一定程度上解決了采用W1-Fi無線通訊方式存在的問題。
[0008]但是，Zigbee也存在部署的容量問題，而且如果某個路由節點損壞，該路由節點下的所有檢測裝置的信息將無法向監測服務器傳遞數據，另外，Zigbee的工作頻率主要集中在2.4GHz，而在監測裝置部署現場，當電磁環境比較復雜時，其通訊距離將大大縮短，而不得不額外增加路由節點，以便對無線信號進行中繼補償，這樣，無形中增加了監測系統的建設成本。
[0009]因此，需要開發一種能夠克服上述缺點的空氣質量監測系統。
【發明內容】
[0010]本實用新型的目的在于提供一種自組網的空氣質量監測系統，其能夠實現各空氣質量監測終端之間的無線組網，進行實時數據采集與傳輸，在進行信息采集及數據傳輸時，不存在通訊線路或路由節點被破壞而影響數據的傳輸的問題。
[0011]本實用新型所述的一種自組網的空氣質量監測系統，包括監測管理服務器、通過網絡與監測管理服務器互相通訊的數據集中器，還包括用于采集空氣數據的多個空氣質量監測終端，其特征是:所述空氣質量監測終端與數據集中器之間通過無線網絡連接；任一個空氣質量監測終端可為其它空氣質量監測終端與數據集中器之間的數據傳輸提供路由中繼。
[0012]所述空氣質量監測終端包括MCU單元，用于控制與之連接的各單元的協調工作；
[0013]還包括與MCU單元連接的地址碼單元，為每個空氣質量監測終端提供唯一識別編碼，以區分空氣質量監測系統中的多個空氣質量監測終端，這樣，各個空氣質量監測終端在發送采集的空氣數據時，將數據與各自的唯一識別編碼對應，便不會導致數據之間的混亂；另外，監測管理服務器通過唯一的識別編碼，能夠準確的控制各個空氣質量監測終端，不會導致將本應該發送給其中一個空氣質量監測終端的控制指令錯誤地發送給其它空氣質量監測終端；
[0014]還包括與MCU單元連接的傳感器單元，用于采集空氣成分數據，本實用新型的傳感器單元含多個不同傳感器，能夠采集多種空氣成分(包括顆粒物)數據；
[0015]還包括與MCU單元連接的無線通訊單元，用于空氣質量監測終端與空氣質量監測終端之間，以及空氣質量監測終端與數據集中器之間的無線通訊；
[0016]還包括與無線通訊單元連接的天線單元，用于無線訊號的發送與接收；
[0017]還包括為空氣質量監測終端的各個單元提供工作電源的主電源供電單元。
[0018]進一步，所述空氣質量監測終端還包括與MCU單元連接的語音單元，用于在設定空氣質量情況下的語音提示作用，比如當空氣中有害氣體成分或者有害顆粒成分超過危害人體標準時，語音單元則開始工作，向周圍的人群發出語音提示以示警，要求人們逃離或避開。
[0019]進一步，所述空氣質量監測終端還包括與MCU單元連接的自檢單元，用于實現空氣質量監測終端的自我檢查；以及與MCU單元連接的故障指示單元，用于實現設備的故障狀態提示作用。
[0020]空氣質量監測終端的自檢單元在MCU單元的控制下，檢查空氣質量監測終端的各個單元的工作狀態，如果沒有異常，則退出自檢工作；如果檢查出某個單元工作異常或停止工作，則故障指示單元會顯示故障，同時，向監測管理服務器發送故障提示信息，以便派出工作人員到現場排除故障。
[0021]進一步，為了在主電源供電單元停止工作時為空氣質量監測終端提供電源，所述空氣質量監測終端還包括備用電源單元。
[0022]進一步，根據建筑物及環境監測現場安裝的要求，比如有的建筑物墻體對無線信號的傳播不利或有屏蔽效果，本實用新型所述空氣質量監測終端還設置了與MCU單元連接的有線通訊單元。
[0023]本實用新型中用以數據集中器與監測管理服務器之間互相通訊的網絡，可采用TCP/IP協議的互聯網絡，也可采用GPRS移動數據網絡。
[0024]本實用新型具有以下優點:
[0025]將具有路由功能的無線通訊單元集成到空氣質量監測終端上，通過各個空氣質量監測終端之間的相互無線組網，各個空氣質量監測終端的之間以雙箭頭方向實現無線網絡連接，一臺空氣質量監測終端可通過另一臺空氣質量監測終端的路由中繼，實現與數據集中器之間的無線網絡連接；
[0026]而當其中一臺空氣質量監測終端無法工作時，其它空氣質量監測終端則跳過無法工作的空氣質量監測終端，進而自由選擇周圍的其他正常工作的空氣質量監測終端進行無線網絡連接，從而將數據傳遞至數據集中器，實現數據的正常傳輸。同時，數據集中器同樣可以實現對正常工作的空氣質量監測終端的控制和管理；
[0027]另外，當需要在某處增加空氣質量監測終端，通過無線組網模式，可以讓該新增加的空氣質量監測終端順利融入系統網絡中，讓空氣質量監測終端的部署簡單化；也可以解決某些時候發生自然災害后，當有線的監測通訊線路被破壞時，空氣質量監測終端無法接受監測管理服務器控制的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為空氣質量監測終端的示意圖；
[0029]圖2為本實用新型的組網連接示意圖；
[0030]圖3為空氣質量監測終端的各單元連接示意圖；
[0031]圖4為當某臺空氣質量監測終端無法工作時的組網連接示意圖；
[0032]圖5為空氣質量監測終端與數據集中器采用有線方式連接的示意圖；
[0033]圖6為本實用新型的工作流程圖；
[0034]圖中:1-空氣質量監測終端，20-傳感器單元，21-天線單元，22-語音單元，23-故障指示單元，24-有線通訊單元,25-地址碼單元,26-無線通訊單元,27-自檢單元,28-備用電源單元，29-主電源供電單元，30-MCU單元，41-數據集中器，42-網絡，43-監測管理服務器。【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0036]如圖1、圖2、圖3以及圖4所示的一種自組網的空氣質量監測系統，包括監測管理服務器43、通過網絡42與監測管理服務器43互相通訊的數據集中器41，還包括用于采集空氣數據的多個空氣質量監測終端1，其特征是:所述空氣質量監測終端I與數據集中器41之間通過無線網絡連接；任一個空氣質量監測終端可為其它空氣質量監測終端與數據集中器之間的數據傳輸提供路由中繼。
[0037]如圖2所示，本實用新型中的各個空氣質量監測終端I的之間以雙箭頭方向實現無線網絡連接，并且任一臺空氣質量監測終端可通過其它空氣質量監測終端的路由中繼，實現與數據集中器41之間的無線網絡連接。
[0038]如圖4所示，當其中一臺空氣質量監測終端無法工作(圖中叉號表示)時，其它空氣質量監測終端則跳過無法工作的空氣質量監測終端，進而自由選擇周圍的其他正常工作的空氣質量監測終端進行無線網絡連接，從而將數據傳遞至數據集中器，實現數據的正常傳輸。同時，數據集中器同樣可以實現對正常工作的空氣質量監測終端的控制和管理。
[0039]如圖3所示，本實用新型所述空氣質量監測終端包括MCU單元30，用于控制與之連接的各單元的協調工作；
[0040]還包括與MCU單元30連接的地址碼單元25,為每個空氣質量監測終端提供唯一識別編碼，以區分空氣質量監測系統中的多個空氣質量監測終端，這樣，各個空氣質量監測終端在發送采集的空氣數據時，將數據與各自的唯一識別編碼對應，便不會導致數據之間的混亂；另外，監測管理服務器43通過唯一的識別編碼，能夠準確的控制各個空氣質量監測終端1，不會導致將本應該發送給其中一個空氣質量監測終端的控制指令錯誤地發送給其它空氣質量監測終端；
[0041]還包括與MCU單元30連接的傳感器單元20，用于采集空氣成分數據，本實用新型的傳感器單元含多個不同種類的傳感器，能夠采集多種空氣成分(包括顆粒物)數據；
[0042]還包括與MCU單元30連接的無線通訊單元26，用于空氣質量監測終端與空氣質量監測終端之間，以及空氣質量監測終端I與數據集中器41之間的無線通訊；
[0043]還包括與無線通訊單元26連接的天線單元21，用于無線訊號的發送與接收；
[0044]還包括為空氣質量監測終端I的各個單元提供工作電源的主電源供電單元29。
[0045]為了在設定空氣質量情況下對人群進行語音提示，所述空氣質量監測終端I設置有與MCU單元30連接的語音單元22。比如，當空氣中有害氣體成分或者有害顆粒成分超過危害人體標準時，語音單元22則開始工作，向周圍的人群發出語音提示以示警，要求人們逃離或避開。
[0046]為了實現空氣質量監測終端的自我檢查，所述空氣質量監測終端I設置有與MCU單元30連接的自檢單元27，以及與MCU單元30連接的故障指示單元，用于實現設備的故障狀態提示作用。空氣質量監測終端I的自檢單元27在MCU單元30的控制下，檢查空氣質量監測終端的各個單元的工作狀態，如果沒有異常，則退出自檢工作；如果檢查出某個單元工作異常或停止工作，則故障指示單元會顯示故障，同時，向監測管理服務器發送故障提示信息，以便派出工作人員到現場排除故障。
[0047]為了在主電源供電單元停止工作時為空氣質量監測終端提供電源，所述空氣質量監測終端I還包括備用電源單元28，該備用電源單元28串接在主電源供電單元29與各個單元之間。
[0048]雖然本實用新型中的空氣質量監測終端采用無線通訊單元進行通訊傳輸，但是根據建筑物及環境監測現場安裝的要求，比如有的建筑物墻體對無線信號的傳播不利或有屏蔽效果，本實用新型所述空氣質量監測終端I還設置了與MCU單元30連接的有線通訊單元24。所述空氣質量監測終端采用有線通訊方式時，其連接關系參見圖5。
[0049]本實用新型中用以數據集中器與監測管理服務器之間互相通訊的網絡42，可采用TCP/IP協議的互聯網絡，也可采用GPRS移動數據網絡。
[0050]如圖6所示，本實用新型所述的空氣質量監測系統的工作流程如下:
[0051]開機:接通空氣質量監測終端的電源，開機；
[0052]初始化:MCU單元進行初始化工作；
[0053]程序運行:MCU單元的主程序運行；
[0054]通訊連接:MCU單元的主程序運行后，向監測管理服務器發送信號嘗試進行通訊連接；
[0055]通訊響應:嘗試接收監測管理服務器的通訊網絡響應，如果接收到網絡響應，則進入下一步進行工作方式的判斷；如果沒有接收到監測管理服務器的通訊網絡響應，則進入上一步繼續嘗試通訊連接；
[0056]工作方式:在上一步，如果接收到監測管理服務器的通訊網絡響應，進入工作指令的判斷，選擇工作方式:
[0057]—是傳感器工作響應指令，則進入傳感器數據采集狀態(如果開啟語音提示功能，將按照設定的標準進行相應的語音信息提示)，程序并循環檢測，直到采集指令結束);
[0058]二是自檢指令，則進入自檢工作狀態，MCU單元將控制自檢單元27檢查空氣質量監測終端的各個單元的工作狀態，如果沒有異常，則退出自檢工作；如果檢查出某個單元工作異常或停止工作，則啟動故障指示單元23顯示故障，同時向監測管理服務器發送故障提示信息，以便派出工作人員到現場排除故障。
【權利要求】
1.一種自組網的空氣質量監測系統，包括監測管理服務器(43)、通過網絡(42)與監測管理服務器(43)互相通訊的數據集中器(41)，還包括用于采集空氣數據的多個空氣質量監測終端(I )，其特征是:所述空氣質量監測終端與數據集中器之間通過無線網絡連接；任一個空氣質量監測終端可為其它空氣質量監測終端與數據集中器之間的數據傳輸提供路由中繼。
2.根據權利要求1所述的一種自組網的空氣質量監測系統，其特征是:所述每個空氣質量監測終端(I)包括MCU單元(30)，用于控制與之連接的各單元的協調工作； 還包括與MCU單元連接的地址碼單元(25)，為每個空氣質量監測終端提供唯一識別編碼，以區分空氣質量監測系統中的多個空氣質量監測終端； 還包括與MCU單元連接的傳感器單元(20 )，用于采集空氣成分數據； 還包括與MCU單元連接的無線通訊單元(26)，用于空氣質量監測終端與空氣質量監測終端之間，以及空氣質量監測終端與數據集中器之間的無線通訊； 還包括與無線通訊單元連接的天線單元(21)，用于無線訊號的發送與接收； 還包括為空氣質量監測終端的各個單元提供工作電源的主電源供電單元(29 )。
3.根據權利要求1或2所述的一種自組網的空氣質量監測系統，其特征是:所述空氣質量監測終端(I)還包括與MCU單元連接的語音單元(22)，用于在設定空氣質量情況下的語音提示。
4.根據權利要求1或2所述的一種自組網的空氣質量監測系統，其特征是:所述空氣質量監測終端(I)還包括與MCU單元連接的自檢單元(27)，用于實現空氣質量監測終端的自我檢查；以及與MCU單元連接的故障指示單元(23)，用于實現設備的故障狀態提示作用。
5.根據權利要求1或2所述的一種自組網的空氣質量監測系統，其特征是:所述空氣質量監測終端(I)還包括備用電源單元(28)，用于在主電源供電單元停止工作時為空氣質量監測終端提供電源。
6.根據權利要求1或2所述的一種自組網的空氣質量監測系統，其特征是:所述空氣質量監測終端(I)還包括與MCU單元(30)連接的有線通訊單元(24)。
7.根據權利要求1或2所述的一種自組網的空氣質量監測系統，其特征是:所述網絡(42)是采用TCP/IP協議的互聯網絡。
8.根據權利要求1或2所述的一種自組網的空氣質量監測系統，其特征是:所述網絡(42)是GPRS移動數據網絡。
【文檔編號】G01N33/00GK203689663SQ201320776548
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】代永義 申請人:代永義