室外環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】室外環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，本系統(tǒng)由基于ZigBee的無線傳感器網絡、GSM通信模塊、紅外報警模塊三大部分組成，所述GSM通信模塊、紅外報警模塊均通過無線射頻連接到ZigBee的無線傳感器網絡，所述基于ZigBee的無線傳感器網絡包括ZigBee無線組網、數(shù)據(jù)采集模塊，所述ZigBee無線組網是由若干個節(jié)點組成的無線網絡，所述ZigBee無線組網各節(jié)點與數(shù)據(jù)采集模塊相連接。本實用新型采用ZigBee技術對傳感器模塊進行自組網，實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點間的相互通信，可布放多個傳感器網節(jié)點，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，同時可對家電實現(xiàn)遠程控制，解決數(shù)據(jù)的實時傳遞、共享以及遠程控制等問題，實現(xiàn)低功耗、低成本的運作。
【專利說明】 室外環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)
[0001]【技術領域】:
[0002]本實用新型涉及空氣檢測【技術領域】，具體涉及一種室外環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)。
[0003]【背景技術】:
[0004]目前，我國正在運行的空氣質量自動監(jiān)測系統(tǒng)主要以干法儀器為主，一臺設備測量一個或最多兩個參數(shù)的引進設備。近年來，國內部分城市引進了國外的基于差分光譜法(也稱長光程法)原理的設備，對S02、N02、03等參數(shù)進行測量。DOAS大氣環(huán)境質量監(jiān)測系統(tǒng)是一種長光程空氣質量監(jiān)測技術，在出射狹縫處用光電倍增管探測，得到吸收光譜，吸收光譜包含了大量來自大氣分子、氣溶膠的散射，通過對吸收光譜進行高階多項式擬合，將差分吸收光譜與實驗室獲得的吸收分子的標準濃度的參考光譜進行擬合，計算出濃度。由于該系統(tǒng)采用線采樣，采樣代表性較傳統(tǒng)的點式有較大的改善。DOAS廣泛用在紫外和可見波段范圍，監(jiān)測標準污染物S02、N02、03和苯系物等，但測量的種類僅限于對該波段的窄吸收光譜線的氣體成分，其監(jiān)測中受水汽和氣溶膠影響較大，而且其主要缺點在于監(jiān)測形式單一，在人口集中等區(qū)域，需要較大的資金投入來布置大量檢測設備，且功耗大。
[0005]實用新型內容:
[0006]為了解決【背景技術】所存在的問題，本實用新型是采用以下技術方案:本系統(tǒng)由基于ZigBee的無線傳感器網絡、GSM通信模塊、紅外報警模塊三大部分組成，所述GSM通信模塊、紅外報警模塊均通過無線射頻連接到ZigBee的無線傳感器網絡，所述基于ZigBee的無線傳感器網絡包括ZigBee無線組網、數(shù)據(jù)采集模塊，所述ZigBee無線組網是由若干個節(jié)點組成的無線網絡，所述ZigBee無線組網各節(jié)點與數(shù)據(jù)采集模塊相連接。
[0007]優(yōu)選的，所述GSM通信模塊通過單片機上的無線射頻裝置與ZigBee的無線傳感器網絡無線連接。
[0008]優(yōu)選的，所述紅外報警模塊通過單片機上的無線射頻裝置與ZigBee的無線傳感器網絡無線連接。
[0009]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊通過通用接口將數(shù)據(jù)傳到微處理模塊，再經ZigBee無線通信模塊傳輸?shù)礁鹘K端，各節(jié)點通用接口、微處理模塊、無線通信模塊均采用電池供電。
[0010]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、紅外熱釋電傳感器。
[0011]優(yōu)選的，所述溫濕度傳感器采用DHT11。
[0012]優(yōu)選的,所述氣體傳感器米用MQ135。
[0013]本實用新型針對目前人們對環(huán)境安全的關注程度，特別是在人口集中的小區(qū)等，采用ZigBee技術對傳感器模塊進行自組網，實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點與主節(jié)點之間的相互通信，可布放多個基于ZigBee的無線傳感器網節(jié)點，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，同時可利用GSM無線通信技術對家電實現(xiàn)遠程控制，解決了環(huán)境數(shù)據(jù)的實時傳遞、共享以及遠程控制家電設備等技術問題，同時實現(xiàn)低功耗、低成本的運作。
[0014]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0015]圖1是本系統(tǒng)的結構示意圖；
[0016]圖2為ZigBee無線組網各節(jié)點與數(shù)據(jù)采集模塊的連接示意圖；
[0017]圖3為溫濕度傳感器與單片機的連接電路圖；
[0018]圖4為GSM模塊與單片機連接電路圖；
[0019]圖5為紅外報警模塊的電路連接圖。
[0020]【具體實施方式】:
[0021]參見圖1，本系統(tǒng)由三大部分組成:基于ZigBee的無線傳感器網絡、GSM通信模塊、紅外報警模塊。
[0022]一、基于ZigBee的無線傳感器網絡。
[0023]基于ZigBee的無線傳感器網絡包括ZigBee無線組網、數(shù)據(jù)采集模塊，所述ZigBee無線組網是組成整個系統(tǒng)的重點部分，該部分的主要功能是組建一個由若干個節(jié)點組成的無線網絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時無線傳輸，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、紅外熱釋電等傳感器，所述ZigBee無線組網各節(jié)點根據(jù)需要連接相應的傳感器，基于ZigBee的無線傳感器網絡的構建根據(jù)以下原理進行:
[0024]1、2丨8866核心模塊采用的芯片0:2530是用于2.4-6取IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，它能夠以非常低的材料成本建立強大的網絡節(jié)點，CC2530結合了領先RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，內部集成了業(yè)界標準的增強型8051CPU、8-KB RAM和許多其它強大的功能，CC2530具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)，運行模式之間的轉換時間較短，進一步確保了低能源消耗，組建一個完整的ZigBee無線組網包括兩個步驟:網絡初始化、節(jié)點加入網絡。其中節(jié)點加入網絡又包括兩個步驟:通過與協(xié)調器連接入網和通過已有父節(jié)點入網。
[0025]2、傳感器數(shù)據(jù)采集
[0026]數(shù)據(jù)采集模塊主要采集環(huán)境溫濕度和主要空氣污染物。
[0027]參見圖3，溫濕度傳感器采用DHTlI，DHTll是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數(shù)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與卓越的長期穩(wěn)定性，傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，DHTll傳感器與單片機的連接電路圖如圖3所示。
[0028]基于ZigBee的溫濕度數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn)主要分三個步驟:
[0029]在裸機上完成對DHTll的驅動；
[0030]將程序添加到協(xié)議棧代碼中；
[0031]將數(shù)據(jù)打包并按照指定的方式發(fā)送給指定的設備。
[0032]氣體傳感器采用MQ135，MQ135所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的二氧化錫(Sn02)，當傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時，傳感器的電導率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大，使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ135氣體傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害氣體的監(jiān)測也很理想，這種傳感器可檢測多種有害氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器。
[0033]氣體傳感器的數(shù)據(jù)采集功能的實現(xiàn)功能與溫濕度傳感器相似。
[0034]3、參見圖2，本實用新型ZigBee無線組網各節(jié)點與數(shù)據(jù)采集模塊的連接和工作方式是通過溫濕度傳感器、氣體傳感器采集空氣中的溫濕度和硫化物、氮化物等有害氣體的濃度，通過熱釋電紅外傳感器探測人體輻射，數(shù)據(jù)由通用接口傳到微處理模塊進行相應的處理，處理后的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信模塊傳輸?shù)礁鹘K端(顯示屏)，各節(jié)點通用接口、微處理模塊、無線通信模塊均采用電池供電，使傳感器的體積變小，應用起來更加小巧靈活。
[0035]二、紅外報警模塊
[0036]參見圖5，所述紅外報警模塊包括單片機、蜂鳴器，在傳感器數(shù)據(jù)采集的程序中預先設定環(huán)境參數(shù)閾值，當采集的數(shù)據(jù)超過閾值時啟動紅外報警模塊，熱釋電紅外傳感器探測到有人靠近時，設置在監(jiān)測點上的紅外探頭將人體輻射的紅外光譜轉變成電信號，經基于ZigBee的無線傳感器網絡發(fā)送至AT89C51單片機上的無線射頻裝置，經單片機處理運算后驅動執(zhí)行報警電路使蜂鳴器發(fā)出響聲，從而警示人群該區(qū)域的有害氣體濃度較大，小心接近。
[0037]三、GSM通信模塊
[0038]參見圖4，所述GSM通信模塊包括單片機、GSM模塊，傳感器采集到的數(shù)據(jù)經ZigBee無線通信模塊傳輸?shù)?1單片機上的無線射頻裝置，再經GSM模塊發(fā)送至用戶手機終端，另外還將所要控制的家電的兩條線連到單片機控制的繼電器上，當環(huán)境參數(shù)達到設定的閾值時，人們可通過手機終端發(fā)送指令(短信或者電話)到GSM模塊，再通過單片機控制的繼電器實現(xiàn)對家電的遠程控制，如關閉窗戶，打開排氣扇，防止有害氣體在屋內聚積，最大程度的減小對人體的傷害。
【權利要求】
1.室外環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)由基于ZigBee的無線傳感器網絡、GSM通信模塊、紅外報警模塊三大部分組成，所述GSM通信模塊、紅外報警模塊均通過無線射頻連接到ZigBee的無線傳感器網絡，所述基于ZigBee的無線傳感器網絡包括ZigBee無線組網、數(shù)據(jù)采集模塊，所述ZigBee無線組網是由若干個節(jié)點組成的無線網絡，所述ZigBee無線組網各節(jié)點與數(shù)據(jù)采集模塊相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述GSM通信模塊通過單片機上的無線射頻裝置與ZigBee的無線傳感器網絡無線連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外報警模塊通過單片機上的無線射頻裝置與ZigBee的無線傳感器網絡無線連接。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊通過通用接口將數(shù)據(jù)傳到微處理模塊，再經ZigBee無線通信模塊傳輸?shù)礁鹘K端，各節(jié)點通用接口、微處理模塊、無線通信模塊均采用電池供電。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、紅外熱釋電傳感器。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述溫濕度傳感器采用DHT11。
7.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體傳感器采用MQ135。
【文檔編號】G01D21/02GK204178541SQ201420651381
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權日:2014年11月4日
【發(fā)明者】劉桂江, 石冬冬, 張超 申請人:劉桂江