一種物聯網霧霾監測儀的制作方法

一種物聯網霧霾監測儀的制作方法
【專利摘要】一種物聯網霧霾監測儀，采用包括機體，由嵌入式智能處理模塊、溫濕度監測模塊、霧霾/PM2.5監測模塊、實時時鐘模塊和連接嵌入式智能處理模塊的電源模塊組成的PCB主板，還包括設置在PCB主板的觸摸屏顯示模塊、WIFI無線數據通信模塊和機體天線，以及使用智能手機與實時監測顯示軟件相結合的應用終端的技術方案；它克服了現有環境監測設備存在無法適應小區域范圍，如農場、校園、小區、醫院等場合的使用的缺陷；特別是手持式設備更無法適應簡便易攜帶的現代無線通信設備的缺陷；它解決了傳統環境監測設備價格昂貴、使用不便、普及率不高、產品無法推廣的難題；適合各種周邊環境監測使用，特別適合各類農場、校園、小區、醫院等小范圍的環境監測使用。
【專利說明】
一種物聯網霧霾監測儀
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種物聯網霧霾監測儀。
【背景技術】
[0002]霧霾、環境污染、全球氣溫變暖等環境問題越來越受到人們的關注；目前對環境監測的設備比較多，但都是政府氣象部門使用的大型監測設備，不但價格昂貴，并且操作也很不方便，只有非常專業的人員才能夠使用；因此，盡管人們對環境的關注程度非常高，而環境監測儀器普及率非常低，目前的環境監測儀大概分為兩類:一類是無法適合小范圍，如農場、校園、小區、醫院等場合使用；另一類是手持式的，無法適應現代無線通信設備以及簡便易攜帶的特點。

【發明內容】

[0003]針對上述情況，本實用新型的目的在于提供一種物聯網霧霾監測儀，既能滿足人們對環境監測的需求，又功能強大;還能利用現代無線通信設備并結合實時監測顯示軟件的擴展與應用;且結構簡單，使用方便，攜帶容易，應用范圍廣，產品投入成本低，性價比高，易于普及推廣，市場前景廣。
[0004]為了實現上述目的，一種物聯網霧霾監測儀，包括機體、PCB主板及天線，所述PCB主板由嵌入式智能處理模塊、溫濕度監測模塊、電源模塊、霧霾/PM2.5監測模塊、實時時鐘模塊和適配的實時監測顯示軟件組成，所述電源模塊與嵌入式智能處理模塊連接，所述PCB主板還包括觸摸屏顯示模塊、WIFI無線數據通信模塊。
[0005]為了實現結構、效果優化，其進一步的措施是。
[0006]所述天線固定于機體的最上端并與PCB主板上的WIFI無線數據通信模塊連接。
[0007]所述的溫濕度監測模塊、觸摸屏顯示模塊、霧霾/PM2.5監測模塊、實時時鐘模塊、WIFI無線數據通信模塊分別與嵌入式智能處理模塊單獨連接并固定于PCB主板上。
[0008]所述觸摸屏顯示模塊設有觸摸屏操作鍵盤，所述的觸摸屏操作鍵盤上設有“菜單”、“加”、“減”、“移動”四個按鍵。
[0009]所述的四個按鍵為“菜單”按鍵、“加”按鍵、“減”按鍵、“移動”按鍵。
[0010]所述機體上設有溫濕度測量進氣格柵和霧霾/PM2.5監測進氣格柵。
[0011]所述電源模塊為鋰電池。
[0012]所述實時監測顯示軟件應用于一款智能手機。
[0013]本實用新型一種物聯網霧霾監測儀，采用包括機體，由嵌入式智能處理模塊、溫濕度監測模塊、霧霾/PM2.5監測模塊、實時時鐘模塊和連接于嵌入式智能處理模塊的電源模塊組成的PCB主板，以及還包括設置在PCB主板的觸摸屏顯示模塊、WIFI無線數據通信模塊和設置機體的天線，以及使用智能手機與實時監測顯示軟件相結合的應用終端的技術方案;它克服了現有環境監測設備存在的無法適應小區域范圍，如農場、校園、小區、醫院等場合的使用的缺陷;特別是手持式設備更無法適應簡便易攜帶的現代無線通信設備的缺陷；它解決了傳統環境監測設備價格昂貴、使用不便、普及率不高、產品無法推廣的難題。
[0014]本實用新型相比現有技術所產生的有益效果:
[0015]1、本實用新型的核心控制模塊采用高性能、高可靠性、低成本、小體積的嵌入式智能處理器，提升了產品的整體智能化功能與可靠的先進技術水平；
[0016]Π、本實用新型采用高精度的霧霾/PM2.5監測傳感器，可有效檢測1μ(10—6) m以上的塵埃顆粒，具有較高的精度和靈敏度；
[0017]m、本實用新型采用高可靠性的溫濕度監測傳感器，監測數據穩定可靠；
[0018]IV、本實用新型采用模塊設計，體積非常小，全部操作由4個觸摸屏控制按鍵完成，使用非常方便;整個產品的成本控制低，價格合理，商業前景可觀；
[0019]V、本實用新型的監測數據不但可以通過現場實時顯示，還可以通過WIFI數據傳輸的方式，在智能手機上進行顯示、分析、存儲，具有數據的分析和保存功能；
[0020]V1、本實用新型構思巧妙，結構緊湊、科學合理，綜合功能多；能有效監測周邊的環境數據并為生產生活提供參考和依據，具有較強的實用價值與市場推廣價值。
[0021]本實用新型廣泛適用于各種周邊環境的監測；特別適合各類農場、校園、小區、醫院等小范圍的環境監測使用。
[0022]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型的結構不意圖。
[0024]圖2為本實用新型硬件設計框圖。
[0025]圖3為本實用新型應用于遠程實時監測終端示意圖。
[0026]圖4為本實用新型運行程序流程框圖。
[0027]圖5為本實用新型電源模塊原理圖。
[0028]圖中:1、機體，2、嵌入式智能處理模塊，3、溫濕度測量進氣格柵，4、溫濕度監測模塊，5、觸摸屏顯示模塊，6、觸摸屏操作鍵盤，61、“加”按鍵，62、“菜單”按鍵，63、“減”按鍵，64、“移動”按鍵，7、PCB主板，8、天線，9、電源模塊，10、霧霾/PM2.5監測進氣格柵，11、霧霾/PM2.5監測模塊，12、智能手機，13、實時監測顯示軟件，14、霧霾監測數據，15、實時時鐘模塊，16、WIFI無線數據通信模塊。
【具體實施方式】
[0029]結合附圖，本實用新型是這樣實現的:一種物聯網霧霾監測儀，采用包括機體I，由嵌入式智能處理模塊2、溫濕度監測模塊4、霧霾/PM2.5監測模塊11、實時時鐘模塊15和連接于嵌入式智能處理模塊2的電源模塊9組成的PCB主板7，以及還包括設置在PCB主板7的觸摸屏顯示模塊5、WIFI無線數據通信模塊16和設置機體的天線8，以及使用智能手機12與實時監測顯示軟件13相結合的應用終端的技術方案;它克服了現有環境監測設備存在的無法適應小區域范圍，如農場、校園、小區、醫院等場合的使用的缺陷;特別是手持式設備更無法適應簡便易攜帶的現代無線通信設備的缺陷；它解決了傳統環境監測設備價格昂貴、使用不便、普及率不高、產品無法推廣的難題。
[0030]參照附圖1、附圖2，本實用新型的天線8固定于機體I的最上端并與PCB主板7上的WIFI無線數據通信模塊16連接；電源模塊9為鋰電池并與嵌入式智能處理模塊2連接;溫濕度監測模塊4、觸摸屏顯示模塊5、霧霾/PM2.5監測模塊11、實時時鐘模塊15、WIFI無線數據通信模塊16分別與嵌入式智能處理模塊2單獨連接并固定于PCB主板7上;機體I上設有溫濕度測量進氣格柵3和霧霾/PM2.5監測進氣格柵10;觸摸屏顯示模塊上設有觸摸屏操作鍵盤6，觸摸屏操作鍵盤6上設有“加”按鍵61、“菜單”按鍵62、“減”按鍵63、“移動”按鍵64四個按鍵;按鍵在調整時間時用，如果監測儀需要調整時間，則首先按“菜單”按鍵62，進入時間設置界面，然后按“移動”按鍵64可以在小時、分鐘、秒三者之間進行切換，最后按“加”按鍵61或者“減”按鍵63，進行相應的調整。
[0031]如圖3所示，基于物聯網的實時監測終端主要由智能手機12與實時監測顯示軟件13組成；智能手機12通過WIFI接收到遠程環境監測數據，經實時監測顯示軟件13進行數據實時顯示，可完成數據存儲與分析功能。
[0032]如圖4所示，本實用新型的工作流程是:首先接通電源，經觸摸屏操作鍵盤6設置時間并確認開始后，溫濕度監測模塊4、霧霾/PM2.5監測模塊11通過溫濕度測量進氣格柵3和霧霾/PM2.5監測進氣格柵10開始采集數據，然后，嵌入式智能處理模塊2對采集的監測數據進行數據處理，將模擬信號轉換為數字信號，并進行數字濾波、數據變換等一系列計算;最后將轉換后的數據以及實時時間在嵌入式智能處理模塊2控制下，送到觸摸屏顯示模塊5和WIFI無線數據通信模塊16，進行實時數據顯示和遠程無線數據傳輸;在整個監測的過程中，如果有按鍵按下，則執行相應的按鍵調整程序，如果沒有按鍵按下，則直接返回，重新進行環境數據的監測;整個監測過程是一個無限循環的結構，保證對外界所有環境數據的變化有及時準確的響應。
[0033]如圖5所示，電源模塊9包括鋰電池及電源適配器，主機電路需要兩種供電電壓，其中，嵌入式智能處理模塊2、溫濕度監測模塊4、觸摸屏顯示模塊5、霧霾/PM2.5監測模塊11等采用DC 5伏電壓供電，遠程WIFI無線數據通信模塊16采用DC 3.3伏電壓供電；因此，鋰電池輸出的DC 7.4伏電壓需要分別經過DC-DC電壓轉換模塊I和DC-DC電壓轉換模塊2轉換為DC3.3伏和DC 5伏，再分別與遠程WIFI無線數據通信模塊16、嵌入式智能處理模塊2及其他模塊相連接;鋰電池的充電由鋰電池充電管理模塊進行管理，當鋰電池無電的時候，連接電源適配器及220伏電壓，通過鋰電池充電管理模塊對鋰電池進行充電，鋰電池電量充滿后，鋰電池充電管理模塊自動切斷充電電流，防止鋰電池過充而受損。
[0034]本實用新型的嵌入式智能處理模塊包含采用低成本、低功耗、高性能的嵌入式處理器STM32F103CBT6，結合使用高性能的ARM? Cortex ? -M3 32位的RISC內核，工作頻率可以達到72MHz;廣泛應用于電機驅動和控制、醫療和手持式設備、PC游戲外設和GPS平臺。
[0035 ] 本實用新型的霧霾/PM2.5監測模塊包含SHARP公司的GP2Y11AUOF霧霾、粉塵顆粒傳感器;該傳感器采用粒子計數原理，可靈敏檢測直徑Iym以上的粒子，內置加熱器可實現自動吸入空氣；并采用直流5伏電壓供電，當插上電源后I秒內會穩定、正常的運行，通過粒子計數原理，計算空氣中的塵埃濃度，并以直流電壓的形式輸出。空氣中的灰塵顆粒越多，輸出的電壓越高，計算的公式如下:輸出電壓值=粉塵濃度(mg/m3)^-10XK(V/0.lmg/m3)+無塵時輸出電壓(其中K為傳感器檢出感度)，輸出的電壓為模擬信號，經過嵌入式處理器的模擬/數字轉換模塊，將模擬信號轉變為數字信號，嵌入式處理器根據傳感器輸出的電壓高低，可以計算出空氣中塵埃的濃度。
[0036]本實用新型的溫濕度監測模塊包含采用DHTll數字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性;傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件;該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點；每個DHT11傳感器都必須在濕度校驗室中進行精確度校準，校準系數以程序的形式儲存OTP中，傳感器內部在檢測型號的處理過程中要調用這些校準系數;該傳感器采用單總線技術，只需要一根總線與嵌入式智能處理器相連接，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇;該傳感器的供電電壓范圍3.3-5.5V DC，濕度測量范圍20-90%RH，測量精度土 5%RH，溫度測量范圍0_50 °C，測量精度±1°C;輸出信號為數字信號，嵌入式智能處理模塊可以直接讀取采樣數據并進行處理。
[0037]本實用新型的實時時鐘模塊包含采用DS1302數字時鐘作為核心控制芯片，DS1302是DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V?5.5V;該芯片采用三線接口與嵌入式智能處理模塊進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據;輸出的信號為數字信號，可以直接被嵌入式智能處理模塊進行數據處理。
[0038]本實用新型的觸摸屏顯示模塊采用TFT觸摸液晶屏，該模塊采用的是“顯尚光電”公司的ST2001PH TFTLCD，DST2001PH的控制器為ILI9320，采用26萬色的TFTLCD屏，分辨率為320X240。該顯示屏與嵌入式智能處理模塊采用16位的并口通信，嵌入式智能處理模塊采集到的溫度、濕度、霧霾以及時間等數據，經過內部處理之后，顯示在液晶屏上，并且可以通過該觸摸屏設置相關參數，省略了操作鍵盤，設計簡潔，使用方便。
[0039]本實用新型的WIFI無線數據通信模塊，包含采用USR-WIFI232-T無線通信模塊，USR-WIFI232-T是一款一體化的低功耗嵌入式WIFI模組，該模組提供了一種將用戶的物理設備連接到WIFI無線網絡上，并提供UART數據傳輸接口的解決方案。通過該模組，傳統的低端串口設備或者MCU控制的設備可以很方便的接入WIFI無線網絡，從而實現物聯網網絡控制與管理。
[0040]嵌入式WIFI模組在硬件上集成了MAC，基頻芯片，射頻收發單元，以及功率放大器。嵌入式的固件則支持WIFI協議和配置，以及組網的TCP/IP協議。USR-WIFI232-T采用業內最低功耗嵌入式結構，并針對智能家居，智能電網，手持式設備，個人醫療，工業控制等這些低流量低頻率的數據傳輸領域的應用。
[0041]智能手機上的實時顯示軟件采用某平臺開發。某平臺是基于Linux平臺的開源手機操作系統，由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟件組成。它涵蓋移動信息設備工作所需的全部軟件，包括操作系統、用戶界面和應用程序。本實用新型是在某開發平臺下，應用Java程序設計語言，設計的APP應用軟件，使霧霾監測信息能夠實時在用戶手機上進行顯不O
【主權項】
1.一種物聯網霧霾監測儀，包括機體(1)、PCB主板(7)及天線(8)，其中， 所述的機體(I)上設有溫濕度測量進氣格柵(3)和霧霾/PM2.5監測進氣格柵(10); 所述的PCB主板(7)由嵌入式智能處理模塊(2)、溫濕度監測模塊(4)、鋰電池電源模塊(9)、霧霾/PM2.5監測模塊(11)和實時時鐘模塊(15)組成； 所述的鋰電池電源模塊(9)與嵌入式智能處理模塊(2)連接； 所述的PCB主板(7)還包括觸摸屏顯示模塊(5)和WIFI無線數據通信模塊(16); 所述的溫濕度監測模塊(4)、觸摸屏顯示模塊(5)、霧霾/PM2.5監測模塊(11 )、實時時鐘模塊(15)和WIFI無線數據通信模塊(16)分別與嵌入式智能處理模塊(2)單獨連接并固定于PCB主板(7)上； 所述的觸摸屏顯示模塊(5)設有觸摸屏操作鍵盤(6); 所述的觸摸屏操作鍵盤(6)上設有“菜單”、“加”、“減”、“移動”四個按鍵，該四個按鍵為“菜單”按鍵(62)、“加”按鍵(61)、“減”按鍵(63)和“移動”按鍵(64); 所述的天線(8)固定于機體(I)的最上端并與PCB主板(7)上的WIFI無線數據通信模塊(16)連接。
【文檔編號】G01N15/06GK205426732SQ201520720934
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年9月18日
【發明人】臧芳
【申請人】湖南電子科技職業學院