本實(shí)用新型涉及測(cè)量與監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，大氣污染已經(jīng)成為城市居民無法逃避的問題，空氣環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測(cè)為生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)與管理提供便捷，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)獲取與分析為環(huán)保部門制定政策、采取措施以減輕污染,保護(hù)人民身體健康提供科學(xué)依據(jù)。然而，由于大多數(shù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)建設(shè)在郊區(qū)、森林和公園，給空氣質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸帶來困難，使相關(guān)工作人員不得不定期到生態(tài)站點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，這不僅消耗了大量人力、物力和時(shí)間，而且所采集的數(shù)據(jù)不具有實(shí)時(shí)性，且異構(gòu)分散，難以進(jìn)行統(tǒng)一管理和后續(xù)的處理分析。另一方面，生態(tài)站點(diǎn)的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備在遇到故障或突發(fā)狀況(如停電)停止工作時(shí)，站點(diǎn)管理人員難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，這可能導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)丟失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于森林生態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，集數(shù)據(jù)采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的終端裝置。為準(zhǔn)確、便捷和實(shí)時(shí)獲取森林生態(tài)空氣質(zhì)量參數(shù)，以及可靠、及時(shí)監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)提供方法，給生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)及科研人員提供便利。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種森林空氣質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸裝置，包括CPU模塊，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換，RS232數(shù)據(jù)采集模塊，GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，日歷時(shí)間產(chǎn)生模塊，溫度采集模塊，電源管理模塊。所述CPU模塊采用NI公司生產(chǎn)的型號(hào)為MSP430F149的單片機(jī)，具有低功耗高可靠性的特點(diǎn)；所述RS232數(shù)據(jù)采集模塊與CPU的UART模塊相連，所述終端裝置通過所述RS232數(shù)據(jù)采集模塊與森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備相連，用于交互命令與數(shù)據(jù)，一方面采集檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)，一方面監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)；所述溫度采集模塊與CPU的I/O模塊相連，用于監(jiān)測(cè)生態(tài)站點(diǎn)的室內(nèi)溫度；所述終端裝置還可通過AD轉(zhuǎn)換模塊采集其它模擬信號(hào)輸出的環(huán)境數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)附上上時(shí)間戳，保存在所述的flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片中；所述GPRS模塊通過排針與主板相連，所述CPU通過串口與GPRS模塊交互數(shù)據(jù)，用于將采集的數(shù)據(jù)和檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)信息無線上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

可選地，所述森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備是指生態(tài)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的常用設(shè)備，包括：美國(guó)Thermo Scientific公司生產(chǎn)的42i型NO-NO₂-NO_x分析儀，43i型SO₂分析儀，48i型CO分析儀，49i型O₃分析儀，410i型CO₂分析儀，以及國(guó)產(chǎn)藍(lán)盾光電子有限公司生產(chǎn)的大氣顆粒物PM2.5分析儀和大氣顆粒物PM10分析儀。

可選地，所述終端裝置可采集和傳輸?shù)沫h(huán)境空氣質(zhì)量參數(shù)包括：NO、NO₂、NO_x、SO₂、CO、O₃、CO₂、PM2.5以及PM10等在空氣中的含量。

可選地，所述單片機(jī)的控制功能包括：

數(shù)據(jù)采集功能，通過所述RS232功能模塊和所述森林空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備通信，一方面發(fā)送指令以獲取檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)，另一方面，當(dāng)3次發(fā)送指令而沒有收到檢測(cè)設(shè)備應(yīng)答時(shí)，判定檢測(cè)設(shè)備故障，生成檢測(cè)設(shè)備故障的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)無線傳輸功能，通過所述單片機(jī)的UART0功能模塊和所述GPRS模塊通信，控制所述GPRS模塊無線傳輸采集到的空氣質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)和檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

傳輸裝置自身狀態(tài)報(bào)告功能，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置定時(shí)向服務(wù)器發(fā)送自身工作狀態(tài)信息，方便遠(yuǎn)端監(jiān)控人員在不能正確接收測(cè)量數(shù)據(jù)的情況下判斷故障源。

可選地，所述GPRS模塊采用獨(dú)立的功能模塊，用排針和主板相連，便于替換和錯(cuò)誤調(diào)試。

可選地，所述GPRS模塊采用緊湊型、高可靠性的雙頻GSM/GPRS無線模塊SIM900a作為主芯片。

可選地，所述溫度采集模塊采用型號(hào)為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小，成本低，精度高的特點(diǎn)。

所述溫度采集模塊用于采集野外生態(tài)站室內(nèi)溫度，起到監(jiān)測(cè)生態(tài)站室內(nèi)空調(diào)工作狀態(tài)，保障檢測(cè)設(shè)備工作在適宜的環(huán)境溫度，避免因溫度過高而導(dǎo)致檢測(cè)設(shè)備損壞。

可選地，所述模數(shù)AD轉(zhuǎn)換模塊可采集8路模擬信號(hào)輸出的生態(tài)環(huán)境參數(shù)。

可選地，所述日歷時(shí)間產(chǎn)生模塊為采集的生態(tài)環(huán)境參數(shù)打上時(shí)間戳。

可選地，所述flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)采集的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，超出容量的數(shù)據(jù)將覆蓋早先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

通過采用高可靠性的雙頻GSM/GPRS無線模塊實(shí)時(shí)上傳生態(tài)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采集的環(huán)境空氣質(zhì)量參數(shù)信息，極大節(jié)省了相關(guān)從業(yè)者的人力、物力和時(shí)間，降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)的概率，提高了數(shù)據(jù)的可管理性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)展示提供方便；

通過監(jiān)測(cè)環(huán)境檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)上傳給服務(wù)器端，有利于監(jiān)控人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)檢測(cè)設(shè)備的故障問題，避免因故障無法測(cè)量導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)丟失；

通過監(jiān)測(cè)森林生態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)室內(nèi)溫度，并實(shí)時(shí)上傳給服務(wù)器端，有利于監(jiān)控人員掌握生態(tài)站點(diǎn)室內(nèi)的空調(diào)工作狀態(tài)，避免因工作環(huán)境溫度過高而導(dǎo)致檢測(cè)設(shè)備損壞。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的工作流程框圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的應(yīng)用場(chǎng)景圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

相反，本實(shí)用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實(shí)用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

本實(shí)用新型所提供的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的一種具體實(shí)施方式如圖1所示，該系統(tǒng)包括CPU模塊101，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，I/O模塊103，串行通信UART0模塊104和UART1模塊105，GPRS無線傳輸模塊106，RS232串口電平轉(zhuǎn)換模塊107，外接的空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備108，裝置供電電源模塊109，CPU復(fù)位電路110，LED指示燈111，數(shù)字溫度傳感器112，flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊113，日歷時(shí)間產(chǎn)生模塊114。其中CPU模塊101采用NI公司生產(chǎn)的型號(hào)為MSP430F149的單片機(jī)，具有豐富內(nèi)部資源、低功耗和高可靠性的特點(diǎn)；AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，I/O模塊103，UART0 104和UART1 105均為CPU模塊101的內(nèi)部資源，對(duì)其添加簡(jiǎn)單外圍電路便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。UART1模塊105通過串口電平轉(zhuǎn)換模塊107將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，與森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備108相連，用于交互命令與數(shù)據(jù)，一方面采集檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)，一方面監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)。GPRS模塊106通過排針與主板相連，通過UART0模塊104與CPU交互數(shù)據(jù)，用于將數(shù)據(jù)無線上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。電源模塊109用于電壓適配，將12V輸入電壓轉(zhuǎn)換成3.3V給CPU供電，以及轉(zhuǎn)換成5V給GPRS模塊供電。CPU的I/O模塊103控制兩個(gè)LED指示燈111，其中一個(gè)用于指示GPRS狀態(tài)信號(hào)，另一個(gè)用于指示數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功時(shí)指示燈快速閃爍。溫度傳感器113直接焊接在電路板上，型號(hào)為DS18B20，具有體積小，硬件開銷低，精度高的特 點(diǎn)，用于測(cè)量生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站室內(nèi)溫度，并通過GPRS模塊106及時(shí)上傳給服務(wù)器，遠(yuǎn)端監(jiān)控人員可通過室內(nèi)溫度判斷檢測(cè)設(shè)備的工作環(huán)境，溫度過高會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)設(shè)備損壞；時(shí)鐘電路114采用DS1302低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，與CPU交互當(dāng)前時(shí)間并給采集的數(shù)據(jù)添加時(shí)間戳，形成數(shù)據(jù)條目，存儲(chǔ)在flash存儲(chǔ)器113中。存儲(chǔ)器113采用型號(hào)為AT45DB081D的芯片，容量大小為8M，用于備份測(cè)量數(shù)據(jù)，當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)超過存儲(chǔ)容量時(shí)，新數(shù)據(jù)將覆蓋早先存儲(chǔ)的舊數(shù)據(jù)。8路AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和電平轉(zhuǎn)換電路115用于功能擴(kuò)展，可用于采集其它模擬信號(hào)輸出的環(huán)境參數(shù)，電平轉(zhuǎn)換電路115將模擬信號(hào)調(diào)整到適宜單片機(jī)采集的范圍。

以上實(shí)施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置，其中GPRS模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)，采用插針的方式與CPU模塊所在主板相連，方便GPRS模塊的功能調(diào)試、替換和維護(hù)。

在一具體的應(yīng)用實(shí)施例中，圖2給出了本實(shí)施例森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸裝置(以下稱數(shù)傳裝置)的工作過程：

步驟1：初始化，MSP430F149單片機(jī)關(guān)閉看門狗，初始化COM口、I/O模塊，并設(shè)置兩個(gè)計(jì)時(shí)器分別用于計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)采集間隔和發(fā)送?；畎g隔。森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備(包括美國(guó)Thermo Scientific設(shè)備和國(guó)產(chǎn)藍(lán)盾設(shè)備)每隔1小時(shí)采樣一次，因此數(shù)傳裝置每隔m分鐘(m<60)向檢測(cè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令即可保證數(shù)據(jù)不丟失。保活包用于數(shù)傳裝置向服務(wù)器端報(bào)告自身工作狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器端接收不到數(shù)據(jù)時(shí)，?；畎蓭椭治龉收显颍；畎g隔設(shè)置為每半小時(shí)一次。

初始化完成后，CPU同時(shí)監(jiān)測(cè)兩個(gè)計(jì)時(shí)器狀態(tài)，工作流程分兩條支路同時(shí)進(jìn)行，對(duì)于支路1：

步驟2：當(dāng)數(shù)據(jù)采集計(jì)時(shí)器溢出時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，重新開始計(jì)時(shí)，同時(shí)數(shù)傳裝置向森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備發(fā)送命令請(qǐng)求測(cè)量的數(shù)據(jù)；

步驟3：判斷數(shù)傳裝置是否收到檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)應(yīng)答，若沒有，則重復(fù)發(fā)送請(qǐng)求命令，如果發(fā)送命令次數(shù)n>＝3，還未收到檢測(cè)設(shè)備應(yīng)答，則判定檢測(cè)設(shè)備故障，同時(shí)生成檢測(cè)設(shè)備故障的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。若收到檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)應(yīng)答，則接收數(shù)據(jù)；

步驟4：采集數(shù)字溫度傳感器輸出的溫度數(shù)據(jù)，同時(shí)，可選地，啟動(dòng)8路AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，采集其它模擬信號(hào)輸出的環(huán)境參數(shù)；

步驟5：讀取時(shí)鐘電路的當(dāng)前時(shí)間，并將第2-4步獲取的數(shù)據(jù)以特定格式形成一條完整數(shù)據(jù)，附上時(shí)間戳并將其保存在flash芯片中；

步驟6：通過GPRS模塊向遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)送步驟5形成的數(shù)據(jù)，發(fā)送完成后返回步驟2等待執(zhí)行下次數(shù)據(jù)采集。

對(duì)于支路2：

步驟2：當(dāng)保活計(jì)時(shí)器溢出時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，重新開始計(jì)時(shí)，同時(shí)生成?；顢?shù)據(jù)包。

步驟3：通過GPRS模塊向遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)送?；畎瑘?bào)告數(shù)傳裝置的工作狀態(tài)。發(fā)送完成后返回步驟2等待執(zhí)行下次保活包發(fā)送。

參見圖3，為本實(shí)用新型實(shí)施例森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸終端的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景圖。數(shù)傳裝置32與森林生態(tài)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的空氣質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備31相連，采集數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)無線傳輸進(jìn)GPRS網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)Internet傳送到數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器33，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后便可可通過終端34實(shí)時(shí)顯示空氣質(zhì)量信息。

本實(shí)用新型所提供的森林環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的特點(diǎn)是：

1.集森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸于一體，提高了相關(guān)從業(yè)者在數(shù)據(jù)獲取方面的技術(shù)手段，極大節(jié)省了從業(yè)者的人力、物力和時(shí)間，同時(shí)降低了數(shù)據(jù)出錯(cuò)的概率，提高了數(shù)據(jù)的可管理性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)展示提供方便；

2.采集環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的同時(shí)，監(jiān)測(cè)檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)上傳服務(wù)器，有利于監(jiān)控人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)檢測(cè)設(shè)備的故障問題，避免因故障無法測(cè)量導(dǎo)致的長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)丟失；

3.同時(shí)采集森林生態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)站室內(nèi)溫度，有利于監(jiān)控人員掌握生態(tài)站室內(nèi)空調(diào)的工作狀態(tài)，避免因工作環(huán)境溫度過高而導(dǎo)致檢測(cè)設(shè)備損壞。

上述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn) 行限定。在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。