一種智能環境監測儀的制作方法

一種智能環境監測儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能環境監測儀。所述環境監測儀由主機和手持端兩部分組成，所述主機包括人機交互單元、傳感器數據采集單元、數據處理模塊、MCU控制單元、電源轉換單元和無線通信單元；所述手持端包括人機交互單元、傳感器數據采集單元、電源轉換單元，鋰電池管理模塊、數據處理模塊、MCU控制單元和數據交互模塊。所述環境監測儀采用先進的工業儀器級別的傳感器，結合先進的數據校正算法和標準的校正設備，能夠對10個環境監測項目進行精準測量，實現了通過一臺設備對與人們日常生活息息相關的所有項目實施檢測的目的。
【專利說明】
一種智能環境監測儀
技術領域
[0001] 本發明屬于環境監測技術領域，具體涉及一種智能環境監測儀。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟特別是工業的發展，我們賴以生存的環境受到了嚴重的污染，對人民群 眾的身心健康造成不利影響。為了扭轉這種不利局面，國家逐年加大環境治理的力度。環境 監測是環境治理的依據和前提，因此，近年來市場對環境監測設備的需求逐年遞增。
[0003] 為了準確監測環境狀況，為實施環境治理提供科學依據，就必須要求環境監測設 備的檢測項目要盡可能廣泛，覆蓋影響環境質量的主要監測項目，檢測結果要具有高度的 準確性。然而，目前市場上的環境監測設備，難以滿足上述要求。主要存在以下問題： 一是質量參差不齊。質量包括檢測精度和檢測準確度兩方面的內容，檢測精度主要取 決于所選用的傳感器的測量精度和運算芯片的運算精度，目前市面上的大多數空氣檢測設 備采用的都是廉價的傳感器，這直接導致了檢測結果的準確性和精確度不能達到要求。檢 測準確度，需要標準的測試環境和標定設備來保證，目前市面上的大多數空氣檢測設備都 未經過國家標準實驗室的專業設備標定，所以檢測精度難以得到保證。
[0004] 二是檢測項目千差萬別。目前市面上的空氣檢測設備魚龍混雜，檢測的項目也是 千差萬別，絕大多數檢測設備都是以溫度、濕度、TV0C、甲醛為固定組合或者是以PM2.5、溫 度、濕度為固定組合的的形式出現，但是在我們的日常生活當中我們需要關心的環境參數， 絕不止這些，還應包括可燃氣體、一氧化碳、氧氣、電磁輻射、電離輻射這幾個項目，其中可 燃氣體關系著我們的家庭安全問題，可燃氣體的濃度達到一定值后可能引起爆炸。一氧化 碳更是被稱為隱形的殺手，當室內的一氧化碳達到一定濃度后，室內人員會產生中度現象 甚至危及生命。氧氣的重要程度大家不言而喻，但是氧含量過高同樣會使得人的身體產生 不適，所以需要實時監測。電磁輻射和電離輻射是近年來大家比較關心的兩個項目，電磁輻 射是一種復合的電磁波，以相互垂直的電場和磁場隨時間的變化而傳遞能量。人體生命活 動包含一系列的生物電活動，這些生物電對環境的電磁波非常敏感，因此，電磁輻射可以對 人體造成影響和損害。在電輻射作用下，機體的反應程度取決于電離輻射的種類、劑量、照 射條件及機體的敏感性。電離輻射可引起放射病，它是機體的全身性反應，幾乎所有器官、 系統均發生病理改變，但其中以神經系統、造血器官和消化系統的改變最為明顯。電離輻射 對機體的損傷可分為急性放射損傷和慢性放射性損傷。短時間內接受一定劑量的照射，可 引起機體的急性損傷，平時見于核事故和放射治療病人。而較長時間內分散接受一定劑量 的照射，可引起慢性放射性損傷，如皮膚損傷、造血障礙，白細胞減少、生育力受損等。另外， 輻射還可以致癌和引起胎兒的死亡和畸形。所以經過仔細的分析和研究，本發明將關系我 們日常生活的10個參數整合到了一臺設備當中，以保證能夠滿足人們日常生活的需求。

【發明內容】

[0005] 為了解決現有的環境監測設備存在的檢測項目不全，檢測質量不高的問題，本發 明提供一種智能環境監測儀，所述環境監測儀采用先進的工業儀器級別的傳感器，結合先 進的數據校正算法和標準的校正設備，能夠對10個環境監測項目進行精準測量，實現了通 過一臺設備對與人們日常生活息息相關的所有項目實施檢測的目的。
[0006] 為實現上述目標，本發明采用以下技術方案： 一種智能環境監測儀，由主機和手持端兩部分組成。所述主機端包括人機交互單元、傳 感器數據采集單元、數據處理模塊、MCU控制單元、電源轉換單元和無線通信單元，所述電源 轉換單元與所述MCU控制單元雙向連接，與其它各模塊均單向連接，為主機內各模塊提供電 能;所述MCU控制單元與其它各模塊均雙向連接，接收各模塊傳遞的數據，控制各模塊執行 相應的功能。手持端包括人機交互單元、傳感器數據采集單元、電源管理單元，鋰電池管理 模塊、Μ⑶控制單元和藍牙串口通信單元，所述電源管理單元與所述Μ⑶控制單元雙向連接， 與其它各模塊均單向連接，為手持端各模塊提供電能;所述MCU控制單元與其它各模塊均雙 向連接，接收手持端各模塊傳遞的數據，控制手持端各模塊執行相應的功能。
[0007] 所述主機部分和手持端部分之間設有電力供應接口和數據交換接口。主機通過所 述電力供應接口為手持端提供電能，通過數據交換接口與手持端進行雙向的數據交換。
[0008] 所述主機人機交互單元由斷碼液晶顯示屏和兩個按鍵組成，斷碼液晶顯示屏用來 顯示各個項目的檢測結果，兩個按鍵的功能分別是控制開關機和調節背光待機時間。
[0009 ] 所述主機傳感器采集單元包括溫濕度傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、甲醛 傳感器、TV0C傳感器、可燃氣體傳感器和灰塵傳感器，實現對8個檢測項目的原始數據采集 功能。
[0010] 所述主機數據處理模塊包括與各類傳感器配套的模擬信號處理電路和AD轉換電 路，實現對傳感器感知信號的調理和模數轉換功能。
[0011] 所述主機Μ⑶控制單元是微型計算機系統，包括處理器、存儲器和I/O接口模塊，負 責控制整個主機的各個模塊穩定高效的工作，并完成結果校正等各個算法的實現。
[0012] 所述主機電源轉換單元與主機中其他各模塊相連，主要功能是為設備內部的各個 部分提供穩定的電能。
[0013] 所述主機無線通信單元包括主機和手持端的通信模塊、主機和上位機的藍牙通信 模塊以及wifi通信模塊，能夠實現主機與手持段之間、主機與上位機之間以及主機與其他 智能終端之間的信息交互。
[0014] 所述手持端人機交互單元包括顯示屏和顯示控制電路，主要用來顯示手持端的檢 測結果。
[0015] 所述手持端電源轉換單元完成手持端內部各器件的供電工作。
[0016] 所述手持端傳感器數據采集單元包括電磁輻射傳感器和電離輻射傳感器，實現對 電磁輻射和電離輻射2個檢測項目的原始數據采集功能。
[0017] 所述手持端數據處理模塊包括與電磁輻射和電離輻射2個傳感器配套的模擬信號 處理電路和AD轉換電路，實現對傳感器感知信號的調理和模數轉換功能。
[0018] 由于一氧化碳信號比較微弱，所以為了保證結果的穩定性和準確性，我們在針對 一氧化碳的信號處理電路設計上采用了三級放大的電路，保證了輸出信號的準確性和穩定 性。
[0019] 所述手持端MCU控制單元是微型計算機系統，完成手持端各個模塊的控制工作，以 及對電磁輻射和電離輻射兩類數據的計算處理功能。
[0020]所述手持端數據交互模塊由串行通信接口組成，實現與主機的雙向串行數據交互 功能。
[0021 ]所述智能環境監測儀的工作流程包括以下步驟： 主機端工作流程是： 1) 開機； 2) 接通手持端電源并發送開機命令； 3) 主機傳感器初始化； 4) 主機端自檢； 5) 判斷主機自檢是否通過，若通過則繼續，否則報錯； 6) 讀取主機端各個傳感器數據； 7) 通過藍牙串口獲取手持端傳感器數據； 8) 刷新主機IXD顯示屏； 9) 判斷關機鍵是否按下，若按下，則向手持端發送關機指令，并關閉主機，否則，轉到步 驟6〇
[0022]手持端工作流程是： 1) 接到主機發送的開機指令后，手持端傳感器初始化； 2) 手持?而自檢； 3) 判斷自檢是否通過，若通過則繼續，否則報錯； 4) 讀取手持端傳感器數據； 5) 刷新手持端顯示屏； 6) 判斷是否收到主機的數據獲取指令，若收到，則向主機發送數據； 7) 判斷是否收到關機指令，若收到，則關機，否則，返回步驟4。
[0023]本發明的優點和有益效果為： 1) 采用先進的高等級的傳感器，結合先進的數據校正算法和標準的校正設備，實現了 對10類檢測數據的精確測量； 2) 采用主機和手持端相結合的結構，既能夠保持主機端強大的計算處理能力，又能夠 通過手持端的靈活移動，實現對電磁輻射和電離輻射的精確測量。
[0024] 3)通過一臺設備實現了對與人們生活密切相關的主要監測項目的準確檢測。
【附圖說明】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0026]圖1為本發明所述一種智能環境監測儀結構圖。
[0027]圖2為本發明所述一氧化碳信號處理的三級放大電路圖。
[0028]圖3是本發明所述一種智能環境監測儀工作流程圖。
【具體實施方式】 實施例
[0029] 參見附圖1，一種智能環境監測儀，由主機和手持端兩部分組成。所述主機包括人 機交互單元、傳感器數據采集單元、數據處理模塊、MCU控制單元、空氣循環控制模塊、電源 轉換單元和無線通信單元，所述電源轉換單元與所述Μ⑶控制單元雙向連接，與其它各模塊 均單向連接，為主機內各模塊提供電能;所述MCU控制單元與其它各模塊均雙向連接，接收 主機各模塊傳遞的數據，控制主機各模塊執行相應的功能。所述手持端包括人機交互單元、 傳感器數據采集單元、電源轉換單元，鋰電池管理模塊、數據處理模塊、MCU控制單元和數據 交互模塊，所述電源轉換單元與所述MCU控制單元雙向連接，與其它各模塊均單向連接，為 手持端各模塊提供電能;所述MCU控制單元與手持端其它各模塊均雙向連接，接收手持端各 模塊傳遞的數據，控制手持端各模塊執行相應的功能。
[0030] 參見附圖1，所述主機部分和手持端部分之間設有電力供應接口和數據交換接口。 主機通過所述電力供應接口為手持端提供電能，通過數據交換接口與手持端進行雙向的數 據交換。
[0031] 所述主機人機交互單元由斷碼液晶顯示屏和兩個按鍵組成，斷碼液晶顯示屏用來 顯示各個項目的檢測結果，兩個按鍵的功能分別是控制開關機和調節背光待機時間。
[0032 ] 所述主機傳感器采集單元包括溫濕度傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、甲醛 傳感器、TV0C傳感器、可燃氣體傳感器和灰塵傳感器，實現對8個檢測項目的原始數據采集 功能。采用先進的Sensinrion公司的SHT-15作為溫濕度傳感器，采用英國原裝進口的4CM- 氧化碳傳感器，采用KE-50電化學醫用級氧氣傳感器，采用先進的電化學甲醛傳感器，采用 WSP-2110型TV0C傳感器，采用MH-440D型可燃氣體傳感器，采用韓國DSM-501型灰塵傳感器， 結合先進的數據校正算法和標準的校正設備，實現對8個檢測項目的原始數據的靈敏而精 準的采集功能。
[0033]所述主機數據處理模塊包括與各類傳感器配套的模擬信號處理電路和AD轉換電 路，實現對傳感器感知信號的調理和模數轉換功能。
[0034]參見附圖2,由于一氧化碳信號比較微弱，所以為了保證結果的穩定性和準確性， 我們在針對一氧化碳的信號處理電路設計上采用了三級放大的電路，保證了輸出信號的準 確性和穩定性。
[0035]所述主機Μ⑶控制單元是微型計算機系統采用意法半導體的STM32F4系列單片機， 包括處理器、存儲器和I/O接口模塊，負責控制整個主機的各個模塊穩定高效的工作，并完 成結果校正等各個算法的實現。
[0036] 所述主機電源轉換單元與主機中其他各模塊相連，主要功能是為設備內部的各個 部分提供穩定的電能。
[0037] 所述主機無線通信單元包括主機和手持端的通信模塊、主機和上位機的藍牙通信 模塊以及wifi通信模塊，能夠實現主機與手持段之間、主機與上位機之間以及主機與其他 智能終端之間的信息交互。
[0038] 所述手持端人機交互單元包括顯示屏和顯示控制電路，主要用來顯示手持端的檢 測結果。
[0039] 所述手持端電源轉換單元完成手持端內部各器件的供電工作。
[0040] 所述手持端傳感器數據采集單元包括電磁輻射傳感器和電離輻射傳感器，實現對 電磁輻射和電離輻射2個檢測項目的原始數據采集功能。
[0041 ]所述手持端數據處理模塊包括與電磁福射和電離福射2個傳感器配套的模擬信號 處理電路和AD轉換電路，實現對傳感器感知信號的調理和模數轉換功能。
[0042]所述手持端Μ⑶控制單元是微型計算機系統采用意法半導體的STM32F4系列單片 機，完成手持端各個模塊的控制工作，以及對電磁輻射和電離輻射兩類數據的計算處理功 能。
[0043]所述手持端數據交互模塊由串行通信接口組成，實現與主機的雙向串行數據交互 功能。
[0044]各項目的檢測精度及報警條件如表1所示。
[0045]表1檢測精度及報警條件
最后應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對 實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其 它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出 的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【主權項】
1. 一種智能環境監測儀，其特征在于:所述環境監測儀由主機和手持端兩部分組成，所 述主機包括人機交互單元、傳感器數據采集單元、數據處理模塊、Μ⑶控制單元、空氣循環控 制模塊、電源轉換單元和無線通信單元;所述電源轉換單元與所述MCU控制單元雙向連接， 與其它各模塊均單向連接，為主機內各模塊提供電能;所述MCU控制單元與其它各模塊均雙 向連接，接收各模塊傳遞的數據，控制各模塊執行相應的功能;所述手持端包括人機交互單 元、傳感器數據采集單元、電源轉換單元，鋰電池管理模塊、數據處理模塊、MCU控制單元和 數據交互模塊;所述電源轉換單元與所述MCU控制單元雙向連接，與其它各模塊均單向連 接，為手持端各模塊提供電能;所述MCU控制單元與其它各模塊均雙向連接，接收手持端各 模塊傳遞的數據，控制手持端各模塊執行相應的功能。2. 如權利要求1所述的一種智能環境監測儀，其特征在于:所述主機部分和手持端部分 之間設有電力供應接口和數據交換接口，主機通過所述電力供應接口為手持端提供電能， 通過數據交換接口與手持端進行雙向的數據交換。3. 如權利要求1所述的一種智能環境監測儀，其特征在于:所述主機人機交互單元由斷 碼液晶顯示屏和兩個按鍵組成，斷碼液晶顯示屏用來顯示各個項目的檢測結果，兩個按鍵 的功能分別是控制開關機和調節背光待機時間。4. 如權利要求1所述的一種智能環境監測儀，其特征在于:所述主機傳感器采集單元包 括溫濕度傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、甲醛傳感器、TVOC傳感器、可燃氣體傳感器 和灰塵傳感器，實現對8個檢測項目的原始數據采集功能。5. 如權利要求1所述的一種智能環境監測儀，其特征在于:所述主機數據處理模塊包括 與各類傳感器配套的模擬信號處理電路和AD轉換電路，實現對傳感器感知信號的調理和模 數轉換功能。6. 如權利要求1或5所述的一種智能環境監測儀，其特征在于:在針對一氧化碳的信號 處理電路設計上采用了三級放大的電路，保證了輸出信號的準確性和穩定性。7. 如權利要求1所述的一種智能環境監測儀，其特征在于:所述主機無線通信單元包括 主機和手持端的通信模塊、主機和上位機的藍牙通信模塊以及WiFi通信模塊，能夠實現主 機與手持段之間、主機與上位機之間以及主機與智能終端之間的信息交互。8. 如權利要求1所述的一種智能環境監測儀，其特征在于:所述手持端傳感器數據采集 單元包括電磁輻射傳感器和電離輻射傳感器，實現對電磁輻射和電離輻射2個檢測項目的 原始數據采集功能。9. 如權利要求1所述的一種智能環境監測儀，其特征在于，所述環境監測儀的工作流程 包括以下步驟： 主機端工作流程是： 1) 開機； 2) 接通手持端電源并發送開機命令； 3) 主機傳感器初始化； 4) 主機端自檢； 5 )判斷主機自檢是否通過，若通過則繼續，否則報錯； 6 )讀取主機端各個傳感器數據； 7)通過藍牙串口獲取手持端傳感器數據； 8) 刷新主機IXD顯示屏； 9) 判斷關機鍵是否按下，若按下，則向手持端發送關機指令，并關閉主機，否則，轉到步 驟6〇 手持端工作流程是： 1) 接到主機發送的開機指令后，手持端傳感器初始化； 2) 手持?而自檢； 3 )判斷自檢是否通過，若通過則繼續，否則報錯； 4) 讀取手持端傳感器數據； 5) 刷新手持端顯示屏； 6) 判斷是否收到主機的數據獲取指令，若收到，則向主機發送數據； 7) 判斷是否收到關機指令，若收到，則關機，否則，返回步驟4。
【文檔編號】G01N33/00GK105865533SQ201610396766
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】姚世平, 劉光中, 姚洪濤, 丁紹偉, 韓嘯, 馬彪
【申請人】北京倍肯華業科技發展有限公司