專利名稱：一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及大氣環(huán)境監(jiān)測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
大氣環(huán)境監(jiān)測是對大氣環(huán)境中污染物的濃度,觀察、分析其變化和對環(huán)境影響的測定過程，中國規(guī)定的大氣質(zhì)量監(jiān)測項(xiàng)目有二氧化硫、氮氧化物、總懸浮顆粒物、一氧化碳和降塵。此外，還可根據(jù)區(qū)域大氣污染的不同特點(diǎn)，增加碳?xì)浠衔?、總氧化劑、可吸入顆粒物、二氧化氮、氟化物、鉛等特征污染物的監(jiān)測。另外，通常在實(shí)際進(jìn)行布點(diǎn)采樣時(shí)，還將環(huán)境噪聲監(jiān)測與大氣環(huán)境監(jiān)測合并在一起作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測。目前，國內(nèi)市場上的大氣環(huán)境監(jiān)測設(shè)備大多只能監(jiān)測單一參數(shù)，在進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測多個(gè)大氣環(huán)境參數(shù)的綜合性監(jiān)測時(shí)，需多個(gè)設(shè)備協(xié)同工作，而這些設(shè)備的組成主要為一個(gè)環(huán)境監(jiān)測傳感器單元及數(shù)據(jù)處理單元，沒有相應(yīng)的通信模塊，故此監(jiān)測方式大多為手持式或者現(xiàn)場檢測式，監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)需要現(xiàn)場讀取或者后臺對應(yīng)軟件讀取，無法遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。另外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是近些年得到大力推廣的新興技術(shù)，其定義為通過各種信息傳感設(shè)備，如傳感器、射頻識別(RFID)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合是大氣環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢，但目前尚無一種可應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型實(shí)施例的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的空白，提出一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，通過應(yīng)用集成技術(shù)，把多個(gè)大氣環(huán)境監(jiān)測傳感器進(jìn)行集成，并通過中央處理器與通信模塊相結(jié)合，構(gòu)建一種物聯(lián)網(wǎng)大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)大氣環(huán)境參數(shù)的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。為了達(dá)到上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提出的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述節(jié)點(diǎn)包括微處理器、多個(gè)通用接口、多個(gè)傳感器、無線通訊模組以及為各負(fù)載提供電能的供電模塊；其中，所述的傳感器通過所述通用接口與所述微處理器雙向連接；所述無線通訊模組包括分別與所述微處理器雙向連接的wifi模塊、zigbee模塊和gprs模塊；所述的多個(gè)傳感器包括氣體濃度傳感器、噪音傳感器以及粉塵濃度傳感器。所述通用接口包括通用數(shù)字接口以及通過A/D轉(zhuǎn)換器與所述微處理器連接的模擬接口。所述通用數(shù)字接口為通用串行總線數(shù)字接口，包括RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口、SPI接口以及I2C總線接口中的一種或多種。所述氣體濃度傳感器經(jīng)信號放大電路與所述模擬接口電氣連接。所述信號放大電路為二級運(yùn)算放大器共模反饋電路。所述供電模塊包括蓄電池、連接市電的整流器、太陽能電池板以及與所述太陽能電池板連接的太陽能控制器，且所述整流器、太陽能控制器以及蓄電池均匯接在供電線路上，所述負(fù)載直接或間接的與所述供電線路電氣連接。所述整流器的浮充電壓小于或等于所述太陽能控制器的浮充電壓的下限，所述整流器的均充電壓等于所述太陽能控制器的均充電壓。所述供電模塊還包括串接在所述供電線路上的穩(wěn)壓電源模塊和過壓保護(hù)電路；所述太陽能控制器通過防反灌電路匯接到所述供電線路上，所述整流器通過反向逆止二極管匯接到所述供電線路上，所述太陽能電池板通過防反沖二極管與所述太陽能控制器連接。所述大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)還包括GPS定位模塊以及僅為所述GPS定位模塊供電的電池。所述無線通訊模組還包括與所述微處理器、wifi模塊、zigbee模塊和gprs模塊分別連接的RSSI檢測模電路。本實(shí)用新型所提出了一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)大氣環(huán)境監(jiān)測傳感器單元與單個(gè)數(shù)據(jù)處理單元的集成，在一臺設(shè)備上實(shí)現(xiàn)氣體濃度、粉塵濃度、噪音環(huán)境的綜合監(jiān)測，并通過集成通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線傳輸，實(shí)現(xiàn)多個(gè)大氣環(huán)境參數(shù)的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。本實(shí)用新型技術(shù)方案通過有效的集成，實(shí)現(xiàn)多種大氣環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線獲取，在構(gòu)建大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，有效的降低設(shè)備成本，提高系統(tǒng)的工作效率，節(jié)省施工時(shí)間。

通過
以下結(jié)合附圖對其示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本實(shí)用新型上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚和容易理解。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例整體原理示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例供電模塊部分的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解如圖1-2所示，標(biāo)號分別表示微處理器1、供電模塊2、無線通訊模組3、通用接口4。參見圖1-2，本實(shí)用新型實(shí)施例提出一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)主要由微處理器1、多個(gè)通用接口、多個(gè)傳感器、無線通訊模組3以及為各負(fù)載提供電能的供電模塊2組成。其中微處理器I選用ARM處理器或者DSP處理器。通用接口 4包括通用數(shù)字接口和通過A/D轉(zhuǎn)換器與所述微處理器I連接的模擬接口兩種接口，分別用于和輸出信號為數(shù)字信號的傳感器以及輸出信號為模擬信號的傳感器連接。優(yōu)選的，所述通用數(shù)字接口為通用串行總線數(shù)字接口，且包括RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口、SPI接口以及I2C總線接口中的一種或多種。在本實(shí)施例的具體實(shí)施方式
中，傳感器包括氣體濃度傳感器、噪音傳感器以及粉塵濃度傳感器。微處理器I連接有20路A/D轉(zhuǎn)換器，這20路A/D轉(zhuǎn)換器各自形成有模擬接口，另外，還設(shè)計(jì)有與微處理器I連接的RS-232接口、RS-485接口、SPI接口以及I2C總線接口。傳感器包括氣體濃度傳感器、噪音傳感器以及粉塵濃度傳感器，16路A/D轉(zhuǎn)換器用于連接氣體濃度傳感器(如CO，C02, N02等等)，實(shí)現(xiàn)16路氣體濃度傳感器的集成，而噪音傳感器以及粉塵濃度傳感器則根據(jù)其輸出信號以及輸出接口有選擇的安裝在另外4路A/D轉(zhuǎn)換器以及各通用串行總線數(shù)字接口上，其它多余的接口作為冗余備用。其中，氣體濃度傳感器選用電化學(xué)傳感器探頭，把納安(na)級別的信號通過二級運(yùn)算放大器共模反饋電路線性放大，放大電路中的反饋電路抑制信號傳輸過程過的非線性波動，穩(wěn)壓濾波電路減少用于穩(wěn)定電源電壓，濾除電源信號中噪聲，提高輸出信號的信噪t匕。最終整個(gè)氣體濃度傳感器模塊輸出4-20毫安(ma)的線性信號。無線通訊模組3包括分別與所述微處理器I雙向連接的wifi模塊、zigbee模塊和gprs模塊，這3種不同的通信模塊分別用于不同的通信環(huán)境中。系統(tǒng)上電初始化后先進(jìn)通信環(huán)境檢測，根據(jù)wifi模塊、zigbee模塊、gprs模塊的信號強(qiáng)度信息,選擇當(dāng)前環(huán)境下的通信方式。信號強(qiáng)度信息可通過RSSI檢測模電路檢測獲得。RSSI檢測模電路分別和wifi模塊、zigbee模塊、gprs模塊以及微控制器連接。所述供電模塊2主要由蓄電池、市電供電系統(tǒng)和太陽能供電系統(tǒng)三部分組成，其中市電供電系統(tǒng)為連接市電的整流器，優(yōu)選的采用高頻開關(guān)電源；太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池板和太陽能控制器相連接組成。所述太陽能控制器通過防反灌電路匯接到供電線路上，所述整流器通過反向逆止二極管匯接到供電線路上，所述太陽能電池板通過防反沖二極管與太陽能控制器連接。所述供電線路上還串接有穩(wěn)壓電源模塊和過壓保護(hù)電路。用來防止任一供電電源提供過高的電壓給電子元件太陽能控制器的均充電壓設(shè)置在55. 2V-56.4V，浮充電壓設(shè)置在53. 6V-54. 6V,整流器設(shè)置的浮充電壓值略低于太陽能控制器浮充電壓，如52V，整流器的均充電壓值等于太陽能控制器的浮充電壓。由上述結(jié)構(gòu)可知，供電模塊2的工作機(jī)理如下①日照良好的情況下，由于太陽能供電系統(tǒng)的輸出電壓高于市電供電系統(tǒng)的輸出電壓，此時(shí)完全由太陽能系統(tǒng)為負(fù)載供電，并為蓄電池充電。②日照不充足或無日照，蓄電池組電壓會很快降至高頻開關(guān)電源設(shè)置的浮充電壓值。若此時(shí)市電正常，就轉(zhuǎn)到市電供電系統(tǒng)，由市電供電系統(tǒng)為負(fù)載供電，并為蓄電池充電。③日照不充足或無日照，同時(shí)又無市電的情況下，蓄電池組放電為負(fù)載提供電能。由此，太陽能供電系統(tǒng)和市電供電系統(tǒng)共同為蓄電池和負(fù)載提供電能。至于哪個(gè)系統(tǒng)輸出電流，取決于其輸出電壓相對于另一個(gè)系統(tǒng)的壓差。兩個(gè)系統(tǒng)的輸出電壓相等，則都輸出電流，且電流均分，太陽能供電系統(tǒng)的輸出電壓高于市電供電系統(tǒng)的輸出電壓，則太陽能供電系統(tǒng)頭輸出電流，反之亦然。由于太陽能電池具有防反沖二極管、太陽能控制器具有防反灌電路、高頻開關(guān)電源整流模塊具有反向逆止二極管，使得太陽能供電系統(tǒng)和市電供電系統(tǒng)的輸出電壓即使不相等也不會形成環(huán)流，損壞設(shè)備。另外，由于大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)通常以箱式結(jié)構(gòu)設(shè)置在室外，容易引起不法分子的窺探，故此大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)還包括GPS定位模塊以及僅為該GPS定位模塊供電的干電池。在大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)被斷電竊取之后，干電池供電，GPS定位模塊對于儀器箱進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，保證該儀器箱的安全。本實(shí)用新型所提出了一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)大氣環(huán)境監(jiān)測傳感器單元與單個(gè)數(shù)據(jù)處理單元的集成，在一臺設(shè)備上實(shí)現(xiàn)氣體濃度、粉塵濃度、噪音環(huán)境的綜合監(jiān)測，并通過集成通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線傳輸，實(shí)現(xiàn)多個(gè)大氣環(huán)境參數(shù)的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。本實(shí)用新型技術(shù)方案通過有效的集成，實(shí)現(xiàn)多種大氣環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線獲取，在構(gòu)建大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，有效的降低設(shè)備成本，提高系統(tǒng)的工作效率，節(jié)省施工時(shí)間。本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以理解，本實(shí)用新型以上實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例之一，為篇幅限制，這里不能逐一列舉所有實(shí)施方式，任何可以體現(xiàn)本實(shí)用新型權(quán)利要求技術(shù)方案的實(shí)施，都在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。需要注意的是，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
僅限于此，在上述實(shí)施例的指導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述節(jié)點(diǎn)包括微處理器、多個(gè)通用接口、多個(gè)傳感器、無線通訊模組以及為各負(fù)載提供電能的供電模塊；其中，所述的傳感器通過所述通用接口與所述微處理器雙向連接；所述無線通訊模組包括分別與所述微處理器雙向連接的wifi模塊、zigbee模塊和gprs模塊；所述的多個(gè)傳感器包括氣體濃度傳感器、噪音傳感器以及粉塵濃度傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述通用接口包括通用數(shù)字接口以及通過A/D轉(zhuǎn)換器與所述微處理器連接的模擬接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述通用數(shù)字接口為通用串行總線數(shù)字接口，包括RS-232接口、RS-422接口、RS-485接口、SPI接口以及I2C總線接口中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述氣體濃度傳感器經(jīng)信號放大電路與所述模擬接口電氣連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述信號放大電路為二級運(yùn)算放大器共模反饋電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述供電模塊包括蓄電池、連接市電的整流器、太陽能電池板以及與所述太陽能電池板連接的太陽能控制器，且所述整流器、太陽能控制器以及蓄電池均匯接在供電線路上，所述負(fù)載直接或間接的與所述供電線路電氣連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述整流器的浮充電壓小于或等于所述太陽能控制器的浮充電壓的下限，所述整流器的均充電壓等于所述太陽能控制器的均充電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述供電模塊還包括串接在所述供電線路上的穩(wěn)壓電源模塊和過壓保護(hù)電路；所述太陽能控制器通過防反灌電路匯接到所述供電線路上，所述整流器通過反向逆止二極管匯接到所述供電線路上，所述太陽能電池板通過防反沖二極管與所述太陽能控制器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)還包括GPS定位模塊以及僅為所述GPS定位模塊供電的電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，其特征在于所述無線通訊模組還包括與所述微處理器、wifi模塊、zigbee模塊和gprs模塊分別連接的RSSI檢測模電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大氣環(huán)境感知節(jié)點(diǎn)，包括微處理器、多個(gè)通用接口、多個(gè)傳感器、無線通訊模組以及為各負(fù)載提供電能的供電模塊；其中，所述的傳感器通過所述通用接口與所述微處理器雙向連接；所述無線通訊模組包括分別與所述微處理器雙向連接的wifi模塊、zigbee模塊和gprs模塊；所述的多個(gè)傳感器包括氣體濃度傳感器、噪音傳感器以及粉塵濃度傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是通過有效的集成，實(shí)現(xiàn)多種大氣環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線獲取，在構(gòu)建大氣環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，有效的降低設(shè)備成本，提高系統(tǒng)的工作效率，節(jié)省施工時(shí)間。
文檔編號G08C17/02GK202871071SQ20122057638
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者曹帥, 江建榮, 倪亮亮, 李 瑞 申請人:上海鴻維物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)工程有限公司, 上海鴻維信息技術(shù)有限公司