本實用新型涉及空氣質(zhì)量參數(shù)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能空氣質(zhì)量檢測裝置。

背景技術(shù)：

在社會經(jīng)濟快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高的同時，日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程中所產(chǎn)生的殘留物也被大量的排放到空氣中，這些殘留物大多為含有重金屬等有毒物質(zhì)的顆粒物，這些顆粒物所引起的霧霾嚴重影響了空氣的質(zhì)量。PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，由于PM2.5可以無阻礙的進入人體的肺并引起一系列的呼吸系統(tǒng)疾病，因此PM2.5濃度成為了判斷空氣質(zhì)量的重要指標之一。

目前常用的檢測空氣中PM2.5濃度的裝置主要是基于β射線法PM2.5檢測裝置。任環(huán)、尤逢堯等人提出了一種PM2.5檢測裝置（CN201420117903），該裝置包括光散射粉塵傳感器，用于測量大氣中的粉塵顆粒的參數(shù)；β射線傳感器，用于測量大氣中的β粒子記數(shù)值；計算機與光散射粉塵傳感器和β射線粉塵傳感器連接，獲取所述粉塵顆粒的參數(shù)和β粒子記數(shù)值并進行分析和計算，從而得出大氣中PM2.5的濃度值。這種檢測方法在潮濕高溫區(qū)域所得檢測濃度會產(chǎn)生很大偏差，并且該種裝置具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一、不利于攜帶等缺點。因此設(shè)計出一套結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶，人性化的PM2.5檢測裝置將會有很大市場前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了多功能空氣質(zhì)量檢測裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種多功能空氣質(zhì)量檢測裝置，包括PM2.5傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、一氧化碳傳感器模塊、氨氣硫化物傳感器模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、主控制器、GPS定位模塊、數(shù)據(jù)緩存器、數(shù)據(jù)存儲模塊、報警模塊、照明模塊以及指令輸入模塊和結(jié)果顯示模塊；

PM2.5傳感器模塊及溫濕度傳感器模塊的輸出端分別連接主控制器；

一氧化碳傳感器模塊及氨氣硫化物傳感器模塊的輸出端分別經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊連接主控制器；

GPS定位模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊分別連接主控制器；

報警模塊及照明模塊的輸入端分別連接主控制器；

指令輸入模塊和結(jié)果顯示模塊與主控制器連接。

進一步的，主控制器為FPGA，F(xiàn)PGA包括內(nèi)部存儲單元搭建的單時鐘FIFO數(shù)據(jù)緩存器。

進一步的，PM2.5傳感器模塊采用DSL-03數(shù)字式PM2.5傳感器，其VCC管腳接+5V，GND管腳接地，RXD管腳、TXD管腳與FPGA的相應(yīng)串行通訊接口相連。

進一步的，一氧化碳傳感器模塊采用MQ-7傳感器進行一氧化碳檢測，氨氣硫化物傳感器模塊采用MQ-135傳感器，AD轉(zhuǎn)換模塊采用ADS1115芯片；MO-7、MQ-135的模擬輸出管腳AO與ADS1115芯片的模擬輸入管腳AIN0和AIN1相連，ADS1115芯片SCL、SDA引腳與FPGA的IO口相連，通過I2C通信方式與FPGA通信。

進一步的，數(shù)據(jù)存儲模塊采用SD卡，SD卡采用SPI方式與FPGA進行通信。

進一步的，照明模塊采用LED，LED串聯(lián)限流電阻R1后連接至FPGA的IO口。

進一步的，報警模塊電路包含一個蜂鳴器BEEP和PNP型三極管Q1，三極管Q1的基極連接FPGA的IO口，發(fā)射極串聯(lián)蜂鳴器后連接+5V電源，集電極接地。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所達到的有益效果是：采集空氣中PM2.5、溫濕度、一氧化碳以及氨氣硫化物的濃度，并獲取當前的位置信息，當采集到的空氣指標超出設(shè)定的閾值范圍報警模塊便會產(chǎn)生報警，同時為了以后的進一步處理，將這些數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)存儲器中進行保存；當用戶進行夜間工作的時候可根據(jù)需要打開相應(yīng)的照明功能。這種帶照明功能的多功能空氣質(zhì)量檢測裝置具有檢測精度高、結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶、功能豐富優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本實用新型空氣質(zhì)量檢測裝置的原理框圖；

圖2是實施例中溫濕度傳感器及PM2.5傳感器與FPGA的連接電路圖；

圖3是實施例中一氧化碳傳感器及氨氣硫化物傳感器與FPGA的電路圖；

圖4是實施例中GPS定位模塊與FPGA的電路圖；

圖5是實施例中SD存儲模塊與FPGA的連接電路圖；

圖6是實施例中報警及照明模塊的電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

本實用新型的一種多功能空氣質(zhì)量檢測裝置，如圖1所示，包括PM2.5傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、一氧化碳傳感器模塊、氨氣硫化物氣體傳感器模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、主控制器、GPS定位模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、報警模塊、照明模塊以及指令輸入模塊和結(jié)果顯示模塊；

PM2.5傳感器模塊及溫濕度傳感器模塊的輸出端分別連接主控制器；

一氧化碳傳感器模塊及氨氣硫化物氣體傳感器模塊的輸出端分別經(jīng)AD轉(zhuǎn)換模塊連接主控制器；

GPS定位模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊分別連接主控制器；

報警模塊及照明模塊的輸入端連接主控制器；

指令輸入模塊和結(jié)果顯示模塊與主控制器連接。

本實用新型空氣質(zhì)量檢測裝置，主控制器采用現(xiàn)有技術(shù)中的FPGA內(nèi)部的NIOS II嵌入式處理器，并在FPGA內(nèi)部存儲單元搭建單時鐘數(shù)據(jù)緩存器FIFO。本實用新型工作原理為：首先通過PM2.5傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊將采集到的數(shù)字信號直接送入FPGA的數(shù)據(jù)緩存器中進行緩存，一氧化碳傳感器模塊以及氨氣硫化物氣體傳感器模塊將采集到的模擬信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后也送入數(shù)據(jù)緩存器中；主控制器控制GPS定位模塊獲取當前的位置信息，接著將數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)連同當前位置信息送到顯示模塊上顯示，同時也將其送入數(shù)據(jù)存儲模塊中進行實時的保存，便于后期的分析與處理；當檢測到所采集到的空氣指標超出設(shè)定的閾值范圍，主控制器便驅(qū)動報警模塊進行報警提示；當用戶進行夜間檢測工作的時候可根據(jù)需要打開相應(yīng)的照明功能；照明功能和空氣不同成分采樣功能以及位置信息獲取功能都可以由用戶通過指令輸入模塊進行相應(yīng)的輸入設(shè)置。這種帶照明功能的多功能空氣質(zhì)量檢測裝置具有檢測精度高、結(jié)構(gòu)簡單、便于攜帶、功能豐富等優(yōu)點。

實施例

本實施例中，結(jié)合圖1至圖6，以下分模塊具體介紹：

主控制器：采用現(xiàn)有技術(shù)中的FPGA，該片內(nèi)處理器是ALTERA公司推出的采用哈佛結(jié)構(gòu)、具有32位指令集的第二代片上可編程的軟核處理器NIOS II。數(shù)據(jù)緩存器為FPGA內(nèi)部存儲單元搭建FIFO，該FIFO緩存器為單時鐘FIFO；FPGA采集PM2.5傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊，將采集到的數(shù)字信號直接送入FIFO數(shù)據(jù)緩存器中進行緩存，一氧化碳傳感器模塊以及氨氣硫化物氣體傳感器模塊將采集到的模擬信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后也送入數(shù)據(jù)緩存器中。

PM2.5傳感器模塊：采用DSL-03數(shù)字式PM2.5傳感器，該傳感器采用+5V電源供電，其VCC管腳接+5V，GND管腳接地，通過串口通訊接口與外部進行通訊，RXD管腳為串行通訊的接收引腳，用來接受主控制器發(fā)送給DSL-03的命令，TXD管腳為串行通訊的發(fā)送管腳，用來將檢測得到的PM2.5濃度數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器；該傳感器具有檢測數(shù)值穩(wěn)定，抗干擾能力強的特點。PM2.5傳感器DSL-03與FPGA的連接電路圖如圖2所示，RXD管腳、TXD管腳與FPGA的相應(yīng)串行通訊接口相連，PM2.5傳感器采集外界環(huán)境中PM2.5濃度數(shù)據(jù)發(fā)送給FPGA。

溫濕度傳感器模塊：采用DTH11芯片，這是一款復(fù)合型數(shù)字式溫濕度傳感器模塊，其測量范圍：濕度20%-90%RH，溫度0-50℃，精度濕度±5%RH，溫度±2℃，具有體積小，功耗低，使用簡單快捷等特點。采用+5V電源供電，其VCC管腳接+5V，GND管腳接地，DO管腳為數(shù)字輸出管腳。溫濕度傳感器DTH11與FPGA的連接電路圖如圖2所示，DO管腳與FPGA的IO引腳相連，F(xiàn)PGA可按照一定的時序從這個DO管腳采集相應(yīng)的溫濕度數(shù)據(jù)。

一氧化碳傳感器模塊：采用MQ-7傳感器進行一氧化碳檢測，MQ-7傳感器采用+5V電源供電，其VCC管腳接+5V，GND管腳接地，DO為數(shù)字輸出管腳(低電平有效)，AO為模擬輸出管腳。當MQ-7傳感器正常工作時，DO輸出一個低電平，AO輸出的電壓隨著被檢測到的一氧化碳的濃度升高而升高，當無一氧化碳時，AO輸出的電壓為0.1V-0.3V，當有一氧化碳時，AO輸出的電壓隨濃度升高，最高為4V。

氨氣硫化物傳感器模塊：采用MQ-135傳感器進行檢測，MQ-135傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體濃度的增加而增大。在將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號。MQ-135傳感器也采用+5V電源供電，其VCC管腳接+5V，GND管腳接地，DO為數(shù)字輸出管腳(低電平有效)，AO為模擬輸出管腳。當MQ-135傳感器正常工作時，DO輸出一個低電平，AO輸出的電壓隨著被檢測到的氨氣、硫化物氣體的濃度升高而升高，當無氨氣、硫化物氣體時，AO輸出的電壓為0.1V-0.3V，當有氨氣、硫化物氣體時，AO輸出的電壓隨濃度升高，最高為4V。由于MQ-7傳感器及MQ-135傳感器的AO引腳輸出的是模擬信號，需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號后發(fā)送至FPGA。

AD轉(zhuǎn)換模塊：采用使用美國德州儀器生產(chǎn)的ADS1115 16位ADC芯片進行模數(shù)信號轉(zhuǎn)換，該芯片是一款16位高精度ADC，支持多通道，測量結(jié)果準，測量速度快。ADS1115同時與MQ-7、MQ-135以及FPGA相連，參見圖3所示，MO-7、MQ-135的模擬輸出管腳AO與ADS1115芯片的模擬輸入管腳AIN0和AIN1相連，ADS1115芯片SCL、SDA引腳與FPGA的IO口相連，通過I2C通信方式將MO-7、MQ-135采集的信號上傳至FPGA中。

GPS定位模塊：采用NS-1613元件，該傳感器采用+5V電源供電，其VCC管腳接+5V，GND管腳接地，其通過串口通訊接口與外部設(shè)備進行通訊，RXD管腳為串行通訊的接收引腳，用來接收外部設(shè)備發(fā)送給NS-1613元件的命令，TXD管腳為串行通訊的發(fā)送管腳，用來將當前的經(jīng)緯度等位置信息發(fā)送出去，PPS為時鐘脈沖輸出引腳。NS-1613元件與FPGA的連接關(guān)系參見圖4，GPS定位模塊的RXD引腳、TXD引腳均與FPGA的IO口相連。

數(shù)據(jù)存儲模塊采用現(xiàn)有技術(shù)中的SD卡進行數(shù)據(jù)存儲，SD卡采用SPI方式與FPGA進行通信，參見圖5，SD芯片的MISO，MOSI引腳分別為SPI接口的輸出和輸入；SCK端用于SPI時鐘，SD_CS為片選信號，高電平有效，它們均與FPGA的IO口相連。照明模塊采用LED進行照明，LED串聯(lián)限流電阻R1后連接至FPGA的IO口，參見圖6，LED燈的開關(guān)通過FPGA的IO口控制，IO口輸出高電平，則LED燈亮。報警模塊采用蜂鳴器實現(xiàn)，該模塊電路包含一個蜂鳴器BEEP和PNP型三極管Q1，三極管Q1的基極連接FPGA的IO口，發(fā)射極串聯(lián)蜂鳴器后連接+5V電源，集電極接地。通過FPGA的IO口控制報警模塊的工作，當IO為高電平時，三極管Q1斷開，蜂鳴器不工作，當IO為低電平時，三極管Q1連通，蜂鳴器報警。

指令輸入模塊和結(jié)果顯示模塊采用TFT觸摸屏。照明功能和空氣不同成分采樣功能以及位置信息獲取功能都可以由觸摸屏進行相應(yīng)的輸入設(shè)置。例如是否進行照明、PM2.5、一氧化碳或氨氣硫化物濃度報警閾值的設(shè)置、是否進行GPS定位的設(shè)置。同時觸摸屏中還顯示采集的PM2.5、溫濕度、一氧化碳、氨氣硫化物的濃度以及GPS定位位置信息。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。