專利名稱：復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
地球變暖問(wèn)題已引起全球的密切關(guān)注，二氧化碳是最重要的溫室氣體亦是全球變暖的主要原因，其含量自1000年前的^Oppm持續(xù)上升，尤其自1860年第二次工業(yè)革命以來(lái)，其上升曲線已幾乎成直線趨勢(shì)，2009年度二氧化碳濃度變化已經(jīng)上升至387. 35ppm,升幅高達(dá)38. 3%。基于對(duì)空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，本發(fā)明針對(duì)溫室氣體二氧化碳濃度與空氣環(huán)境的溫度、濕度和光照強(qiáng)度有著重要關(guān)聯(lián)的特點(diǎn)，綜合利用多種傳感器和GPRS (General packet radio service)技術(shù)，自主創(chuàng)新開發(fā)了一種復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法，利用空氣環(huán)境傳感器組實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)前空氣環(huán)境的二氧化碳濃度、溫度、濕度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，采用GPS接收模塊獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位信息和授時(shí)信息，通過(guò)SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊和GPRS無(wú)線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、定位信息和授時(shí)信息的自動(dòng)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示和無(wú)線連續(xù)傳輸。該監(jiān)測(cè)裝置及方法能夠提供安全可靠、快速直讀、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)、連續(xù)工作的二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)，為復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供有效手段。專利號(hào)為ZL200920032233. 4公開了一種二氧化碳遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，該裝置由MCU主控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、GPS定位模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、GSM短信報(bào)警模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊、 液晶顯示模塊和電源模塊組成。該裝置是以MCU為核心控制器，數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)采集二氧化碳濃度，液晶顯示模塊顯示煙 排放二氧化碳濃度、檢測(cè)時(shí)間、煙 經(jīng)緯度等信息，采用GPS模塊定位廠礦煙 的具體位置，采用GSM無(wú)線短信傳輸方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警，所有有效數(shù)據(jù)均備份到SD存儲(chǔ)卡中，可以幫助環(huán)保部門準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程獲取廠礦煙囪的二氧化碳排放情況。但是該裝置主要是針對(duì)廠礦煙 的二氧化碳排放進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并沒有考慮到二氧化碳濃度與復(fù)雜的空氣環(huán)境存在的重要關(guān)聯(lián)，沒有在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)二氧化碳濃度的同時(shí)，采集相應(yīng)空氣環(huán)境的溫度、濕度和光照強(qiáng)度信息；另外該裝置僅在二氧化碳濃度達(dá)到閥值時(shí)通過(guò)GSM無(wú)線短信傳輸方式實(shí)現(xiàn)報(bào)警，不能實(shí)現(xiàn)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊，因此無(wú)法將二氧化碳濃度及其他實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線連續(xù)傳輸，難以滿足對(duì)二氧化碳濃度遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)的需要。在實(shí)際推廣到復(fù)雜空氣環(huán)境下的室外二氧化碳排放場(chǎng)所時(shí)受到限制，可操作性不強(qiáng)， 難以對(duì)復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳?xì)怏w泄漏、擴(kuò)散和遷移過(guò)程進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)采集、無(wú)線連續(xù)傳輸和動(dòng)態(tài)移動(dòng)式定位。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可操作性強(qiáng)的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法，該裝置利用現(xiàn)有的多種傳感器和GPRS 技術(shù)，能夠支持復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程連續(xù)傳輸。
技術(shù)方案本發(fā)明的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括中央處理單元、分別與中央處理單元相連接的GPS接收模塊、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、IXD顯示模塊， 還包括分別與中央處理單元相連接的空氣環(huán)境傳感器組和GPRS無(wú)線傳輸模塊，空氣環(huán)境傳感器組由二氧化碳傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和光照強(qiáng)度傳感器并聯(lián)構(gòu)成；所述的中央處理單元為32位ARM微控制器；所述的中央處理單元通過(guò)兩線式串行總線I2C連接二氧化碳傳感器、通過(guò)單總線連I-Wire接溫度傳感器、通過(guò)電容頻率轉(zhuǎn)換方式獲取濕度傳感器數(shù)據(jù)、通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取光照強(qiáng)度傳感器和電源電壓數(shù)據(jù)；所述的GPRS無(wú)線傳輸模塊采用支持GSM/GPRS雙頻無(wú)線模塊，以國(guó)際移動(dòng)設(shè)備身份碼IMEI作為唯一識(shí)別標(biāo)識(shí)；中央處理單元通過(guò)通用異步收發(fā)器UART連接GPRS無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的無(wú)線收發(fā)。所述的二氧化碳傳感器U7的第1腳和第3腳與電壓+V5. 0相連，第4腳、第5腳和第9腳與地相連，第7腳與ARM微處理器Ul的第M腳和電阻R76的一端相連，電阻R76 的另一端與電壓VCC相連，第8腳與ARM微處理器Ul的第25腳和電阻R77的一端相連，電阻R77的一端與電壓VCC相連；濕度傳感器U8的第1腳與地相連，第2腳和第6腳與電阻 R42的一端和可變電容C40的一端相連，電阻R42的另一端與第7腳相連，可變電容C40的另一端與地相連，第3腳與電阻R43的一端相連，電阻R43的另一端與ARM微處理器Ul的第79腳相連，第4腳、第8腳與電壓+V5. 0和電阻R41的一端相連，電阻R41的另一端與第 7腳相連，第5腳與電阻R44的一端相連，電阻R44的另一端與地相連；溫度傳感器U9的第 1腳與地相連，第2腳與ARM微處理器Ul的第36腳和電阻R45的一端相連，電阻R45的另一端與電壓VCC相連，第3腳與電容C98的一端相連，電容C98的另一端與地相連。所述的光照強(qiáng)度傳感器包括電阻R93、電阻R94、電阻R95、電容C96和電壓NSSA， 其中ARM微處理器Ul的第四腳與電阻R94的一端和電容C96的一端相連，電阻R94的另一端與電阻R93的第2腳相連，電阻R93的第1腳與電阻R95的一端相連，電阻R95的另一端與電壓VDDA相連，電阻R93的第3腳與電容C96的另一端相連與電壓VSSA相連。所述的GSM/GPRS雙頻無(wú)線模塊U2的第1腳與三極管Q20的C極相連，三極管Q20 的B極與電阻R33的一端和電阻R32的一端相連，電阻R33的另一端和三極管Q20的E極與地相連，電阻R32的另一端與ARM微處理器Ul的第39腳相連，第9腳與ARM微處理器Ul 的第74腳相連，第10腳與ARM微處理器Ul的第75腳相連，第16腳與ARM微處理器Ul的第40腳和電容C92的一端相連，電容C92的另一端與地相連，第17腳、第18腳、第四腳、第 45腳、第46腳、第53腳、第54腳、第58腳、第59腳、第61腳、第62腳、第63腳、第64腳和第65腳與地相連，第30腳與SIM卡插座J2的第1腳和電容C60的一端相連，電容C60的另一端與地相連，第31腳與電容C61的一端和電阻R62的一端相連，電容C61的另一端與地相連，電阻R62的另一端與SIM卡插座SIM卡插座J2的第6腳相連，第32腳與電阻R61 的一端相連，電阻R61的另一端與SIM卡插座J2的第4腳相連，第33腳與電阻R60的一端相連，電阻R60的另一端與SIM卡插座J2的第2腳相連，SIM卡插座J2的第4腳與地相連； 第52腳與ARM微處理器Ul的第51腳和電阻R63的一端相連，電阻R63的另一端與三極管 Ql的B極和電阻R65的一端相連，電阻R65的另一端和三極管Ql的E極與地相連，三極管 Ql的C極與發(fā)光二極管LED4的一端相連，發(fā)光二極管LED4的另一端與電阻R64的一端相連，電阻R64的另一端與電壓+V4. 0相連；第55腳、第56腳和第57腳與電壓+V4. 0、電容 C91的一端和電容C93的一端相連，電容C91的另一端和電容C93的另一端與地相連，第60腳與GPRS天線Jl的第1腳相連，GPRS天線Jl的第2腳、第3腳、第4腳和第5腳與地相連，第66腳與ARM微處理器Ul的第38腳相連。本發(fā)明的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法包括以下步驟a.將中央處理單元接通電源對(duì)各模塊電路進(jìn)行初始化處理，定時(shí)給出控制信號(hào)， 實(shí)時(shí)監(jiān)控各模塊的運(yùn)行狀態(tài)；b.通過(guò)空氣環(huán)境傳感器組分別采集空氣二氧化碳濃度、溫度、濕度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)；c.由GPS接受模塊獲取當(dāng)前的定位信息和授時(shí)信息，定位信息包括當(dāng)前位置的經(jīng)度、緯度和高程，授時(shí)信息以格林尼治時(shí)間(世界時(shí))表示；d.判斷步驟b和c數(shù)據(jù)采集過(guò)程是否完畢，未完畢則重復(fù)執(zhí)行步驟b和c ；e.將采集完畢的二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、定位信息和授時(shí)信息自動(dòng)連續(xù)儲(chǔ)存到SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；f.將當(dāng)前的二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、定位信息、授時(shí)信息、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)以及電源信息數(shù)據(jù)在LCD顯示模塊上實(shí)時(shí)顯示；g. GPRS無(wú)線傳輸模塊連接無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，將采集到的二氧化碳濃度、溫度、濕度、 光照強(qiáng)度、定位信息和授時(shí)信息無(wú)線傳輸?shù)椒?wù)器。所述的采集數(shù)據(jù)的GPRS無(wú)線連續(xù)傳輸過(guò)程，包括如下步驟a.中央處理單元初始化傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議TCP/IP協(xié)議棧，初始化通用異步收發(fā)器UART，發(fā)送命令A(yù)T并初始化GPRS無(wú)線傳輸模塊；b.中央處理單元發(fā)送命令A(yù)TD*97#給GPRS無(wú)線傳輸模塊，GPRS無(wú)線傳輸模塊撥號(hào)成功后上線；c.中央處理單元啟用點(diǎn)到點(diǎn)PPP協(xié)議和傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議TCP/IP 協(xié)議棧，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊連接域名系統(tǒng)DNS服務(wù)器，解析服務(wù)器域名后連接服務(wù)器， 從而與遠(yuǎn)端移動(dòng)網(wǎng)握手實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；d.等待空氣環(huán)境傳感器組和GPS接收模塊采集數(shù)據(jù)；e.采集完畢后，中央處理單元將采集到的數(shù)據(jù)存入SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；f.在達(dá)到傳輸時(shí)間間隔時(shí)，將SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議UDP 封包無(wú)線傳輸發(fā)送。有益效果本發(fā)明采用空氣環(huán)境傳感器組和GPS接收模塊遠(yuǎn)程采集當(dāng)前二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度和GPS定位授時(shí)信息，通過(guò)SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊和 GPRS無(wú)線傳輸模塊分別進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示和無(wú)線傳輸。為進(jìn)一步開展復(fù)雜空氣環(huán)境下空間尺度和時(shí)間尺度上的二氧化碳?xì)怏w泄漏、擴(kuò)散和遷移過(guò)程的定量化分析和預(yù)測(cè)模型的動(dòng)態(tài)模擬提供有效的監(jiān)測(cè)手段。具有監(jiān)控布點(diǎn)靈活、可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、自動(dòng)存儲(chǔ)、 實(shí)時(shí)顯示和無(wú)線連續(xù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，攜帶方便，使用效果好，主要優(yōu)點(diǎn)有1、能夠兼顧二氧化碳?xì)怏w濃度與空氣環(huán)境中溫度、濕度和光照強(qiáng)度存在的重要關(guān)聯(lián)，在采集二氧化碳濃度時(shí)，同時(shí)采集相應(yīng)復(fù)雜空氣環(huán)境中對(duì)應(yīng)的溫度、濕度和光照強(qiáng)度信肩、ο2、能夠利用GPRS模塊連接無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，將空氣環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化
6無(wú)線連續(xù)傳輸?shù)椒?wù)器，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不通暢時(shí)將實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)緩存至SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊， 待無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通暢時(shí)將緩存的采集數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸至服務(wù)器，保證了采集數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的連續(xù)性。3、實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、GPS定位信息和授時(shí)信息的動(dòng)態(tài)完美融合，可為基于時(shí)空尺度的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳?xì)怏w泄漏、擴(kuò)散和遷移過(guò)程和規(guī)律的進(jìn)一步研究提供良好的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段。


圖1是本發(fā)明復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的模塊連接圖。圖3是本發(fā)明空氣環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集傳感器組與中央處理單元的電路連接圖。圖4是本發(fā)明GPRS數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊的電路圖。圖5是本發(fā)明復(fù)雜空氣環(huán)境的二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法的流程圖。圖6是本發(fā)明GPRS數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行采集數(shù)據(jù)無(wú)線連續(xù)傳輸過(guò)程的流程圖。圖中1-空氣環(huán)境傳感器組，2-GPS接收模塊，3-SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，4-IXD顯示模塊，5-GPRS無(wú)線傳輸模塊，6-中央處理單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步描述如圖1所示，本發(fā)明的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，主要由空氣環(huán)境傳感器組1、GPS接收模塊2、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊3、IXD顯示模塊4、GPRS無(wú)線傳輸模塊5和中央處理單元6構(gòu)成，其中空氣環(huán)境傳感器組1和GPS接收模塊2的輸出端與中央處理單元6的輸入端相連，中央處理單元6的輸出端分別與SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊3、LCD 顯示模塊4和GPRS無(wú)線傳輸模塊5的輸入端相連。如圖2所示，中央處理單元6采用32位ARM微控制器，ARM微處理器內(nèi)置56KBSRAM 和512KB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，具有系統(tǒng)編程ISP和應(yīng)用編程IAP功能，并集成了 A/D 轉(zhuǎn)換、高速UART串口、CAN2. OB通道等功能部件，其總線數(shù)據(jù)波特率可達(dá)IMbps ；中央處理單元6分別連接并控制空氣環(huán)境傳感器組1、GPS接收模塊2、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊3、IXD顯示模塊4和GPRS無(wú)線傳輸模塊5 ；空氣環(huán)境傳感器組1由二氧化碳傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和光照強(qiáng)度傳感器并聯(lián)構(gòu)成；中央處理單元6分別通過(guò)兩線式串行總線I2C連接二氧化碳傳感器、通過(guò)單總線I-Wire連接溫度傳感器、通過(guò)電容頻率轉(zhuǎn)換方式獲取濕度傳感器數(shù)據(jù)、通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取光照強(qiáng)度傳感器和電源電壓數(shù)據(jù)；GPS接收模塊2向中央處理單元6提供獲取到的GPS定位信息和授時(shí)信息，中央處理單元6與GPS接收模塊2間的通信是標(biāo)準(zhǔn)的NEMA格式串行數(shù)據(jù)，從GPGGA包內(nèi)解析出時(shí)間、經(jīng)緯度、衛(wèi)星顆數(shù)和高度信息的同時(shí)，也從GPRMC包內(nèi)解析出速度和日期信息；中央處理單元6讀寫SD卡存儲(chǔ)模塊3，將采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SD卡上；中央處理單元6通過(guò)IXD顯示模塊4顯示實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)；中央處理單元6通過(guò)通用異步收發(fā)器UART連接GPRS無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的無(wú)線收發(fā)， GPRS無(wú)線傳輸模塊5采用GSM/GPRS雙頻無(wú)線模塊，以國(guó)際移動(dòng)設(shè)備身份碼IMEI作為唯一識(shí)別標(biāo)識(shí)。如圖3所示，二氧化碳傳感器U7的第1腳和第3腳與電壓+V5. 0相連，第4腳、第5腳和第9腳與地相連，第7腳與ARM微處理器Ul的第M腳和電阻R76的一端相連，電阻 R76的另一端與電壓VCC相連，第8腳與ARM微處理器Ul的第25腳和電阻R77的一端相連，電阻R77的一端與電壓VCC相連；濕度傳感器U8的第1腳與地相連，第2腳和第6腳與電阻R42的一端和可變電容C40的一端相連，電阻R42的另一端與第7腳相連，可變電容 C40的另一端與地相連，第3腳與電阻R43的一端相連，電阻R43的另一端與ARM微處理器 Ul的第79腳相連，第4腳、第8腳與電壓+V5.0和電阻R41的一端相連，電阻R41的另一端與第7腳相連，第5腳與電阻R44的一端相連，電阻R44的另一端與地相連；溫度傳感器U9 的第1腳與地相連，第2腳與ARM微處理器Ul的第36腳和電阻R45的一端相連，電阻R45 的另一端與電壓VCC相連，第3腳與電容C98的一端相連，電容C98的另一端與地相連；光照強(qiáng)度傳感器由電阻R93、電阻R94、電阻R95、電容C96和電壓VSSA組成，ARM微處理器Ul 的第四腳與電阻R94的一端和電容C96的一端相連，電阻R94的另一端與電阻R93的第2 腳相連，電阻R93的第1腳與電阻R95的一端相連，電阻R95的另一端與電壓VDDA相連，電阻R93的第3腳與電容C96的另一端相連與電壓VSSA相連。如圖4所示，GSM/GPRS雙頻無(wú)線模塊U2的第1腳與三極管Q20的C極相連，三極管Q20的B極與電阻R33的一端和電阻R32的一端相連，電阻R33的另一端和三極管Q20的 E極與地相連，電阻R32的另一端與ARM微處理器Ul的第39腳相連，第9腳與ARM微處理器Ul的第74腳相連，第10腳與ARM微處理器Ul的第75腳相連，第16腳與ARM微處理器 Ul的第40腳和電容C92的一端相連，電容C92的另一端與地相連，第17腳、第18腳、第四腳、第45腳、第46腳、第53腳、第54腳、第58腳、第59腳、第61腳、第62腳、第63腳、第 64腳和第65腳與地相連，第30腳與SIM卡插座J2的第1腳和電容C60的一端相連，電容 C60的另一端與地相連，第31腳與電容C61的一端和電阻R62的一端相連，電容C61的另一端與地相連，電阻R62的另一端與SIM卡插座SIM卡插座J2的第6腳相連，第32腳與電阻 R61的一端相連，電阻R61的另一端與SIM卡插座J2的第4腳相連，第33腳與電阻R60的一端相連，電阻R60的另一端與SIM卡插座J2的第2腳相連，SIM卡插座J2的第4腳與地相連；第52腳與ARM微處理器Ul的第51腳和電阻R63的一端相連，電阻R63的另一端與三極管Ql的B極和電阻R65的一端相連，電阻R65的另一端和三極管Ql的E極與地相連， 三極管Ql的C極與發(fā)光二極管LED4的一端相連，發(fā)光二極管LED4的另一端與電阻R64的一端相連，電阻R64的另一端與電壓+V4. 0相連；第55腳、第56腳和第57腳與電壓+V4. 0、 電容C91的一端和電容C93的一端相連，電容C91的另一端和電容C93的另一端與地相連， 第60腳與GPRS天線Jl的第1腳相連，GPRS天線Jl的第2腳、第3腳、第4腳和第5腳與地相連，第66腳與ARM微處理器Ul的第38腳相連。如圖5所示，本發(fā)明的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，主要包括數(shù)據(jù)采集和無(wú)線傳輸兩個(gè)部分，包括以下步驟a.將中央處理單元6接通電源對(duì)空氣環(huán)境傳感器組1、GPS接收模塊2、SD卡存儲(chǔ)模塊3、LCD顯示模塊4和GPRS無(wú)線傳輸模塊5電路進(jìn)行初始化處理，定時(shí)(間隔1秒)給出控制信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各模塊的運(yùn)行狀態(tài)；b.通過(guò)空氣環(huán)境傳感器組1分別采集當(dāng)前空氣環(huán)境中的二氧化碳濃度、溫度、濕度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)；c.由GPS接受模塊2獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位信息和授時(shí)信息，定位信息包括當(dāng)前位置的經(jīng)度、緯度和高程，授時(shí)信息以格林尼治時(shí)間(世界時(shí))表示；d.判斷步驟b和c數(shù)據(jù)采集過(guò)程是否完畢，未完畢則重復(fù)執(zhí)行步驟b和c ；e.將實(shí)時(shí)采集完畢的二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、定位信息和授時(shí)信息自動(dòng)連續(xù)儲(chǔ)存到SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊3中；f.將當(dāng)前的二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、定位信息、授時(shí)信息、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)以及電源信息數(shù)據(jù)在LCD顯示模塊4上實(shí)時(shí)顯示；g. GPRS無(wú)線傳輸模塊連接無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)達(dá)到用戶定制的無(wú)線傳輸時(shí)間間隔時(shí) (間隔時(shí)間為1秒 30分鐘)，GPRS無(wú)線傳輸模塊5接收來(lái)自服務(wù)器的請(qǐng)求，將采集到的二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、定位信息和授時(shí)信息無(wú)線連續(xù)傳輸?shù)椒?wù)器。如圖6所示，GPRS數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸模塊5進(jìn)行采集數(shù)據(jù)無(wú)線連續(xù)傳輸過(guò)程，包括以下步驟a.中央處理單元6初始化傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議TCP/IP協(xié)議棧，初始化通用異步收發(fā)器UART，發(fā)送命令A(yù)T并初始化GPRS無(wú)線傳輸模塊5 ；b.中央處理單元6發(fā)送命令A(yù)TD*97#給GPRS無(wú)線傳輸模塊5，GPRS無(wú)線傳輸模塊5撥號(hào)成功后上線；c.中央處理單元6啟用點(diǎn)到點(diǎn)PPP協(xié)議和傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議TCP/ IP協(xié)議棧，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊5連接域名系統(tǒng)DNS服務(wù)器，解析服務(wù)器域名后連接服務(wù)器，從而與遠(yuǎn)端移動(dòng)網(wǎng)握手實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；d.等待空氣環(huán)境傳感器組1和GPS接收模塊2采集數(shù)據(jù)；e.采集完畢后，中央處理單元6將采集到的數(shù)據(jù)存入SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊3中；f.在達(dá)到用戶定制的傳輸時(shí)間間隔時(shí)(間隔時(shí)間為1秒 30分鐘)，將SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊3中數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議UDP封包無(wú)線傳輸發(fā)送。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括中央處理單元(6)、分別與中央處理單元(6)相連接的GPS接收模塊( 、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊( 、IXD顯示模塊 G)，其特征在于還包括分別與中央處理單元(6)相連接的空氣環(huán)境傳感器組(1)和GPRS 無(wú)線傳輸模塊(5)，空氣環(huán)境傳感器組(1)由二氧化碳傳感器U7、溫度傳感器U9、濕度傳感器U8和光照強(qiáng)度傳感器并聯(lián)構(gòu)成；所述的中央處理單元(6)為32位ARM微控制器Ul ；所述的中央處理單元(6)通過(guò)兩線式串行總線I2C連接二氧化碳傳感器U7、通過(guò)單總線I-Wire 連接溫度傳感器U9、通過(guò)電容頻率轉(zhuǎn)換方式獲取濕度傳感器U8數(shù)據(jù)、通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取光照強(qiáng)度傳感器和電源電壓數(shù)據(jù)；所述的GPRS無(wú)線傳輸模塊(5)采用支持全球移動(dòng)通信系統(tǒng)/通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GSM/GPRS雙頻無(wú)線模塊U2，以國(guó)際移動(dòng)設(shè)備身份碼IMEI作為唯一識(shí)別標(biāo)識(shí)；中央處理單元(6)采用通用異步收發(fā)器UART連接GPRS無(wú)線傳輸模塊( 進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的無(wú)線收發(fā)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的二氧化碳傳感器U7的第1腳和第3腳與電壓+V5. 0相連，第4腳、第5腳和第9 腳與地相連，第7腳與ARM微處理器Ul的第M腳和電阻R76的一端相連，電阻R76的另一端與電壓VCC相連，第8腳與ARM微處理器Ul的第25腳和電阻R77的一端相連，電阻R77 的一端與電壓VCC相連；溫度傳感器U9的第1腳與地相連，第2腳與ARM微處理器Ul的第 36腳和電阻R45的一端相連，電阻R45的另一端與電壓VCC相連，第3腳與電容C98的一端相連，電容C98的另一端與地相連；濕度傳感器U8的第1腳與地相連，第2腳和第6腳與電阻R42的一端和可變電容C40的一端相連，電阻R42的另一端與第7腳相連，可變電容C40 的另一端與地相連，第3腳與電阻R43的一端相連，電阻R43的另一端與ARM微處理器Ul 的第79腳相連，第4腳、第8腳與電壓+V5. 0和電阻R41的一端相連，電阻R41的另一端與第7腳相連，第5腳與電阻R44的一端相連，電阻R44的另一端與地相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的光照強(qiáng)度傳感器由電阻R93、電阻R94、電阻R95、電容C96和電壓VSSA構(gòu)成，其中ARM微處理器Ul的第四腳與電阻R94的一端和電容C96的一端相連，電阻R94的另一端與電阻R93的第2腳相連，電阻R93的第1腳與電阻R95的一端相連，電阻R95的另一端與電壓VDDA相連，電阻R93的第3腳與電容C96的另一端相連與電壓VSSA相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的GSM/GPRS雙頻無(wú)線模塊U2的第1腳與三極管Q20的C極相連，三極管Q20的B 極與電阻R33的一端和電阻R32的一端相連，電阻R33的另一端和三極管Q20的E極與地相連，電阻R32的另一端與ARM微處理器Ul的第39腳相連，第9腳與ARM微處理器Ul的第74腳相連，第10腳與ARM微處理器Ul的第75腳相連，第16腳與ARM微處理器Ul的第 40腳和電容C92的一端相連，電容C92的另一端與地相連，第17腳、第18腳、第四腳、第 45腳、第46腳、第53腳、第54腳、第58腳、第59腳、第61腳、第62腳、第63腳、第64腳和第65腳與地相連，第30腳與SIM卡插座J2的第1腳和電容C60的一端相連，電容C60的另一端與地相連，第31腳與電容C61的一端和電阻R62的一端相連，電容C61的另一端與地相連，電阻R62的另一端與SIM卡插座SIM卡插座J2的第6腳相連，第32腳與電阻R61 的一端相連，電阻R61的另一端與SIM卡插座J2的第4腳相連，第33腳與電阻R60的一端相連，電阻R60的另一端與SIM卡插座J2的第2腳相連，SIM卡插座J2的第4腳與地相連；第52腳與ARM微處理器Ul的第51腳和電阻R63的一端相連，電阻R63的另一端與三極管 Ql的B極和電阻R65的一端相連，電阻R65的另一端和三極管Ql的E極與地相連，三極管 Ql的C極與發(fā)光二極管LED4的一端相連，發(fā)光二極管LED4的另一端與電阻R64的一端相連，電阻R64的另一端與電壓+V4. 0相連；第55腳、第56腳和第57腳與電壓+V4. 0、電容 C91的一端和電容C93的一端相連，電容C91的另一端和電容C93的另一端與地相連，第60 腳與GPRS天線Jl的第1腳相連，GPRS天線Jl的第2腳、第3腳、第4腳和第5腳與地相連，第66腳與ARM微處理器Ul的第38腳相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述裝置的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟a.將中央處理單元(6)接通電源對(duì)各模塊電路進(jìn)行初始化處理，定時(shí)給出控制信號(hào)， 實(shí)時(shí)監(jiān)控各模塊的運(yùn)行狀態(tài)；b.通過(guò)空氣環(huán)境傳感器組(1)分別采集空氣二氧化碳濃度、溫度、濕度和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)；c.由GPS接受模塊( 獲取當(dāng)前的定位信息和授時(shí)信息，定位信息包括當(dāng)前位置的經(jīng)度、緯度和高程，授時(shí)信息以格林尼治時(shí)間(世界時(shí))表示；d.判斷步驟b和C數(shù)據(jù)采集過(guò)程是否完畢，未完畢則重復(fù)執(zhí)行步驟b和C；e.將采集完畢的二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、定位信息和授時(shí)信息自動(dòng)連續(xù)儲(chǔ)存到SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(3)中；f.將當(dāng)前的二氧化碳濃度、溫度、濕度、光照強(qiáng)度、定位信息、授時(shí)信息、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)以及電源信息數(shù)據(jù)在LCD顯示模塊(4)上實(shí)時(shí)顯示；g.GPRS無(wú)線傳輸模塊( 連接無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，將采集到的二氧化碳濃度、溫度、濕度、 光照強(qiáng)度、定位信息和授時(shí)信息無(wú)線連續(xù)傳輸?shù)椒?wù)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述的采集數(shù)據(jù)的GPRS無(wú)線連續(xù)傳輸過(guò)程，包括如下步驟a.中央處理單元(6)初始化傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議TCP/IP協(xié)議棧，初始化通用異步收發(fā)器UART，發(fā)送命令A(yù)T并初始化GPRS無(wú)線傳輸模塊(5)；b.中央處理單元(6)發(fā)送命令A(yù)TD*97i^^^GPRS無(wú)線傳輸模塊(5)，GPRS無(wú)線傳輸模塊(5)撥號(hào)成功后上線；c.中央處理單元(6)啟用點(diǎn)到點(diǎn)PPP協(xié)議和傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議TCP/IP 協(xié)議棧，通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸模塊( 連接域名系統(tǒng)DNS服務(wù)器，解析服務(wù)器域名后連接服務(wù)器，從而與遠(yuǎn)端移動(dòng)網(wǎng)握手實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；d.等待空氣環(huán)境傳感器組(1)和GPS接收模塊( 采集數(shù)據(jù)；e.采集完畢后，中央處理單元(6)將采集到的數(shù)據(jù)存入SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(3)中；f.在達(dá)到用戶定制的傳輸時(shí)間間隔時(shí)，將SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊C3)中數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議UDP封包無(wú)線傳輸發(fā)送。
全文摘要
一種復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法，裝置包括中央處理單元、分別與中央處理單元相連接的空氣環(huán)境傳感器組、GPS接收模塊、SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、LCD顯示模塊、GPRS無(wú)線傳輸模塊；空氣環(huán)境傳感器組包括二氧化碳傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和光照強(qiáng)度傳感器；GPS接收模塊遠(yuǎn)程采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位信息和授時(shí)信息；SD卡數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊自動(dòng)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)、定位和授時(shí)信息；LCD顯示模塊實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)及電源信息；GPRS無(wú)線傳輸模塊將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線連續(xù)傳輸。本發(fā)明適用于對(duì)復(fù)雜空氣環(huán)境下二氧化碳濃度進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、監(jiān)控布點(diǎn)靈活、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、自動(dòng)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)顯示和無(wú)線連續(xù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102353752SQ201110177499
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者慈慧, 楊慧, 秦勇, 酆格斐 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)