本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域和無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

(二)

背景技術(shù)：
：

近幾年來(lái)，霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，空氣質(zhì)量不斷的下降，人們?cè)絹?lái)越擔(dān)心自身的呼吸安全，可吸入顆粒物是空氣質(zhì)量的重要組成部分，這些顆粒物長(zhǎng)期懸浮在空氣中，自身沾滿了各種有毒物質(zhì)，更容易損害人體器官，造成各種疾病，是空氣顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的首要監(jiān)測(cè)對(duì)象。

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的通信技術(shù)如ZigBee(紫峰Zigbee)技術(shù)、GPRS(通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)General Packet Radio Service)技術(shù)、WIFI(無(wú)線保真Wireless Fidelity)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用到空氣顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，代替了傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)，既提高系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度又提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。

但就我國(guó)的可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀而言，我國(guó)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)儀器大多數(shù)來(lái)自國(guó)外進(jìn)口，這些儀器價(jià)格昂貴很難普及使用，而且我們現(xiàn)在所能了解到的可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)信息大多是由我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息總站統(tǒng)一發(fā)布的，監(jiān)測(cè)面積有限，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不具有代表性，很難反應(yīng)用戶自身周圍的可吸入顆粒物濃度信息。

當(dāng)前，迫切需要開(kāi)發(fā)出一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一方面為環(huán)保部門提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息，便于及時(shí)采取有利措施；另一方面，供公眾查看自身所處環(huán)境的顆粒物濃度，便于采取自我保護(hù)措施。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明的目的在于提供一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，集ZigBee技術(shù)、GPRS技術(shù)和WIFI技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程和近程同時(shí)傳輸，解決以往監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式單一、數(shù)據(jù)上傳速度慢、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不可靠等缺陷，且系統(tǒng)中各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)位置靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，為用戶隨時(shí)查看自身周邊的可吸入顆粒物濃度提供便利。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它包括傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和終端監(jiān)測(cè)設(shè)備；其中，所述傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相連接，所述ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)與終端監(jiān)測(cè)設(shè)備相連接。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)和ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)均采用壓電電源供電；所述壓電電源模塊是由壓電陶瓷片、能量收集芯片，可充電電池組和能量管理芯片構(gòu)成；所述壓電陶瓷片、能量收集芯片，可充電電池組和能量管理芯片依次順序連接；所述能量管理芯片的輸出端分別與傳感器節(jié)點(diǎn)或ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中的電源輸入端連接；所述壓電陶瓷片是PZT(鋯鈦酸鉛Pbbased Lanthanumdoped Zirconate Titanates)壓電陶瓷片，所述能量收集芯片是LTC3588-1芯片；所述可充電電池組是可充電鋰電池；所述能源管理芯片是AMS1117芯片。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)是由數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊I、ZigBee無(wú)線通信模塊和壓電電源模塊構(gòu)成；所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端采集顆粒物濃度信息，其輸出端與處理器模塊I的輸入端連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊I和ZigBee無(wú)線通信模塊分別由壓電電源模塊供電；所述ZigBee無(wú)線通信模塊的輸入端連接處理器模塊I的輸出端。

所述數(shù)據(jù)采集模塊由顆粒物傳感器、信號(hào)處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換模電路塊構(gòu)成；所述顆粒物傳感器、信號(hào)處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路依次順序連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與處理器模塊的輸入端連接；所述顆粒物傳感器的輸入端采集可吸入顆粒物PM2.5和PM10的濃度信息；所述顆粒物傳感器采用顆粒物濃度傳感器，所述顆粒物傳感器能檢測(cè)空氣中顆粒物直徑在0.3～10μg/m³之間的可吸入顆粒物濃度。

所述ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是由ZigBee無(wú)線通信模塊、處理器模塊II、數(shù)據(jù)傳輸模塊和壓電電源模塊組成；所述ZigBee無(wú)線通信模塊的輸出端與處理器模塊II的輸入端相連接；所述處理器模塊II的輸出端與數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接；所述ZigBee無(wú)線通信模塊、處理器模塊II和數(shù)據(jù)傳輸模塊分別由壓電電源模塊供電。

所述處理器模塊I采用高性能的具有Cortex^TM-M3內(nèi)核的STM32單片機(jī)；所述ZigBee無(wú)線通信模塊均采用ZigBee最小系統(tǒng)CC2530模塊。

所述處理器模塊II采用高性能的具有Cortex^TM-M3內(nèi)核的STM32單片機(jī)。

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊是由GPRS模塊和WIFI模塊構(gòu)成；所述GPRS模塊和WIFI模塊的輸入端分別通過(guò)串口USART0和RS232與處理器模塊II的輸出端相連接；所述GPRS模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與終端監(jiān)測(cè)設(shè)備連接；所述WIFI模塊通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與終端監(jiān)測(cè)設(shè)備連接。

所述GPRS模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程PC(個(gè)人計(jì)算機(jī)Personal Computer)或手機(jī)終端相連接；所述WIFI模塊通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與近程PC或手機(jī)終端相連接；所述GPRS模塊選用SIM900A芯片；所述WIFI模塊選用ESP8266芯片。

所述終端監(jiān)測(cè)設(shè)備是近程PC、遠(yuǎn)程PC或手機(jī)終端；所述終端監(jiān)測(cè)設(shè)備可通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)與ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接，供用戶實(shí)時(shí)查看自身周邊的可吸入顆粒物濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果。

本發(fā)明的工作原理和工作過(guò)程：

本發(fā)明一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊中的顆粒物傳感器采集空氣中的可吸入顆粒濃度信號(hào)，采集到的信號(hào)經(jīng)濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入處理器I，處理器I進(jìn)行計(jì)算并存儲(chǔ)后，通過(guò)SPI(串行外設(shè)接口Serial Peripheral Interface)總線把結(jié)果傳輸給ZigBee無(wú)線通信模塊，ZigBee無(wú)線通信模塊通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送至ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中的ZigBee無(wú)線通信模塊，ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的ZigBee無(wú)線通信模塊通過(guò)SPI總線把數(shù)據(jù)傳輸至處理器模塊II，處理器模塊II再把數(shù)據(jù)進(jìn)行打包通過(guò)串口傳輸至GPRS和WIFI模塊，由GPRS和WIFI模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至終端監(jiān)測(cè)設(shè)備。

傳感器節(jié)點(diǎn)處于ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的最底層，扮演數(shù)據(jù)采集者的角色。此類節(jié)點(diǎn)有兩種工作模式：睡眠模式和低功耗模式。處于睡眠模式的傳感器節(jié)點(diǎn)只監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)而不發(fā)送數(shù)據(jù)；處于低功耗模式的傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)是否有發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求信號(hào)，若有發(fā)送請(qǐng)求則開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢進(jìn)入低功耗模式，若沒(méi)有發(fā)送請(qǐng)求則繼續(xù)處于低功耗模式。

本發(fā)明一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括傳感器節(jié)點(diǎn)，ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和終端監(jiān)測(cè)設(shè)備。其中，所述傳感器節(jié)點(diǎn)用于采集監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的可吸入顆粒物信息；所述ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)用于接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)并通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)至終端監(jiān)測(cè)設(shè)備，所述終端監(jiān)測(cè)設(shè)備用于顯示可吸入顆粒物濃度值。

傳感器節(jié)點(diǎn)包括數(shù)據(jù)采集模塊，處理器模塊I，ZigBee無(wú)線通信模塊和壓電電源模塊。其中，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集顆粒物濃度數(shù)據(jù)；所述處理器模塊I用于對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和存儲(chǔ)，并控制ZigBee無(wú)線通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；所述ZigBee無(wú)線通信模塊用于把數(shù)據(jù)發(fā)送至ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；所述壓電電源模塊用于給傳感器節(jié)點(diǎn)各模塊供電。

顆粒物傳感器能檢測(cè)空氣中顆粒物直徑在0.3～10μg/m³之間的可吸入顆粒物濃度。信號(hào)處理電路用于對(duì)顆粒傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)包括ZigBee無(wú)線通信模塊，處理器模塊II，數(shù)據(jù)傳輸模塊和壓電電源模塊。其中，所述ZigBee無(wú)線通信模塊用于接收傳感器節(jié)點(diǎn)中的ZigBee無(wú)線通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息；所述處理器模塊II用于對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，控制ZigBee無(wú)線通信模塊接收數(shù)據(jù)，同時(shí)控制GPRS模塊和WIFI模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊由GPRS模塊和WIFI模塊組成，所述GPRS模塊用于發(fā)送數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程終端監(jiān)測(cè)設(shè)備，所述WIFI模塊用于傳輸數(shù)據(jù)至近程終端監(jiān)測(cè)設(shè)備。所述壓電電源模塊為ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)各模塊供電。

所述ZigBee無(wú)線通信模塊均采用ZigBee最小系統(tǒng)CC2530模塊，支持ZigBee2007/PRO協(xié)議，含有業(yè)界最領(lǐng)先的RF無(wú)線收發(fā)器，且該模塊具有低成本、低功耗、高可靠性、任意兩個(gè)ZigBee無(wú)線通信模塊之間可實(shí)現(xiàn)快速自組網(wǎng)等的特點(diǎn)。

處理器模塊的選擇對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)效率至關(guān)重要，首先數(shù)據(jù)傳輸量大，要求處理器的存儲(chǔ)容量要大；其次系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性，要求處理器處理數(shù)據(jù)的速度非常快。本發(fā)明中的處理器模塊均采用高性能，具有Cortex^TM-M3內(nèi)核的STM32單片機(jī)，內(nèi)部多達(dá)1MB的閃存和高達(dá)192KB的SRAM，保證了數(shù)據(jù)處理的速度和存儲(chǔ)的容量。

本發(fā)明中，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊包括GPRS模塊和WIFI模塊，所述GPRS模塊選用的是SIM900A，所述WIFI模塊選用的是ESP8266，兩種模塊均支持TCP/IP協(xié)議，所述GPRS模塊通過(guò)附著GPRS網(wǎng)絡(luò)，獲得網(wǎng)絡(luò)IP地址，通過(guò)服務(wù)器與遠(yuǎn)程PC機(jī)和手機(jī)終端的IP地址相連接。所述WIFI模塊有AP和STA兩種數(shù)據(jù)傳輸模式，具體實(shí)施過(guò)程中，既可采用AP模式組建infra網(wǎng)絡(luò)，也可采用STA模式組建adhoc網(wǎng)絡(luò)。

壓電電源模塊由壓電陶瓷片，能量收集芯片，可充電電池組和電源管理芯片組成，其中，所述壓電陶瓷片用于把環(huán)境中機(jī)械能轉(zhuǎn)變成交流電信號(hào)，所述能量轉(zhuǎn)換芯片用于把交流電信號(hào)再轉(zhuǎn)變成直流電信號(hào)，所述充電電池組用于存儲(chǔ)電能，所述電源管理芯片用于控制充電電池組輸出的電壓和電流。利用壓電發(fā)電原理收集環(huán)境中微弱的機(jī)械能通過(guò)能量轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成電能，存儲(chǔ)在可充電電池中，再經(jīng)過(guò)電源管理芯片輸出穩(wěn)定的電壓和電流。此供電方式，節(jié)能環(huán)保，相對(duì)于太陽(yáng)能電池板供電，在光線不充足的地方，壓電電源具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

終端監(jiān)測(cè)設(shè)備可供用戶實(shí)時(shí)查看遠(yuǎn)程或自身周邊的可吸入濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果。對(duì)控制程序的編寫均采用IAR軟件平臺(tái)，采用JTAG下載接口下載。

本發(fā)明的優(yōu)越性在于：具有GPRS和WIFI兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，可同時(shí)上傳數(shù)據(jù)至近程和遠(yuǎn)程的PC或手機(jī)終端，近程用戶可通過(guò)無(wú)線WIFI查看自身周邊的可吸入顆粒物濃度，遠(yuǎn)程的用戶可通過(guò)GPRS了解遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的可吸入顆粒物濃度。兩種數(shù)據(jù)傳輸方式保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，實(shí)時(shí)更新，便于用戶使用。同時(shí)利用壓電電源給監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)供電，節(jié)能環(huán)保，既延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命又降低了系統(tǒng)維護(hù)的難度。

(四)附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明所涉一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明所涉一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所涉一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

(五)具體實(shí)施方式：

實(shí)施例：一種可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)，其特征在于它包括傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和終端監(jiān)測(cè)設(shè)備；其中，所述傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相連接，所述ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)與終端監(jiān)測(cè)設(shè)備相連接。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)和ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)均采用壓電電源供電；所述壓電電源模塊是由壓電陶瓷片、能量收集芯片，可充電電池組和能量管理芯片構(gòu)成；所述壓電陶瓷片、能量收集芯片，可充電電池組和能量管理芯片依次順序連接；所述能量管理芯片的輸出端分別與傳感器節(jié)點(diǎn)或ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中的電源輸入端連接。

所述壓電陶瓷片是PZT壓電陶瓷片，所述能量收集芯片是LTC3588-1芯片；所述可充電電池組是可充電鋰電池；所述能源管理芯片是AMS1117芯片。

所述傳感器節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)圖2)是由數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊I、ZigBee無(wú)線通信模塊和壓電電源模塊構(gòu)成；所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端采集顆粒物信息，其輸出端與處理器模塊I的輸入端連接；所述數(shù)據(jù)采集模塊、處理器模塊I和ZigBee無(wú)線通信模塊分別由壓電電源模塊供電；所述ZigBee無(wú)線通信模塊的輸入端連接處理器模塊I的輸出端。

所述數(shù)據(jù)采集模塊由顆粒物傳感器、信號(hào)處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換模電路塊構(gòu)成(見(jiàn)圖2)；所述顆粒物傳感器、信號(hào)處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路依次順序連接；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與處理器模塊的輸入端連接；所述顆粒物傳感器的輸入端采集可吸入顆粒物PM2.5和PM10的濃度信息。

所述顆粒物傳感器采用顆粒物濃度傳感器。

所述ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)圖3)是由ZigBee無(wú)線通信模塊、處理器模塊II、數(shù)據(jù)傳輸模塊和壓電電源模塊組成；所述ZigBee無(wú)線通信模塊的輸出端與處理器模塊II的輸入端相連接；所述處理器模塊II的輸出端與數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入端連接；所述ZigBee無(wú)線通信模塊、處理器模塊II和數(shù)據(jù)傳輸模塊分別由壓電電源模塊供電。

所述處理器模塊I和處理器模塊II均采用高性能的具有Cortex^TM-M3內(nèi)核的STM32單片機(jī)；所述ZigBee無(wú)線通信模塊均采用ZigBee最小系統(tǒng)CC2530模塊。

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊是由GPRS模塊和WIFI模塊構(gòu)成；所述GPRS模塊和WIFI模塊的輸入端分別通過(guò)串口USART0和RS232與處理器模塊II的輸出端相連接；所述GPRS模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與終端監(jiān)測(cè)設(shè)備連接；所述WIFI模塊通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與終端監(jiān)測(cè)設(shè)備連接。

所述終端監(jiān)測(cè)設(shè)備(見(jiàn)圖3)可以是近程PC、遠(yuǎn)程PC或手機(jī)終端；所述終端監(jiān)測(cè)設(shè)備可通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)與ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接，供用戶實(shí)時(shí)查看自身周邊的可吸入顆粒物濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果。

所述GPRS模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程PC或手機(jī)終端相連接；所述WIFI模塊通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)與近程PC或手機(jī)終端相連接。

所述GPRS模塊選用SIM900A芯片；所述WIFI模塊選用ESP8266芯片。

圖1所示，通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)采集可吸入顆粒物PM2.5和PM10的濃度信息，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)至終端監(jiān)測(cè)設(shè)備。

傳感器節(jié)點(diǎn)的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，所述處理器模塊I完成對(duì)接收數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)，控制數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)，同時(shí)控制ZigBee無(wú)線通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)采集模塊采集空氣中的可吸入顆粒物PM2.5和PM10濃度信號(hào)，采集到的信號(hào)經(jīng)濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入處理器模塊I，處理器模塊利用MIE算法，計(jì)算出單位體積內(nèi)不同顆粒物的數(shù)量，即顆粒物的濃度，然后存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中；所述ZigBee無(wú)線通信模塊，在有發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)至ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，在沒(méi)有發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)處于低功耗模式，減少節(jié)點(diǎn)能量消耗。

ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，所述處理器模塊II完成對(duì)接收數(shù)據(jù)的分析和處理，控制ZigBee無(wú)線通信模塊接收數(shù)據(jù)，同時(shí)控制數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳數(shù)據(jù)；所述ZigBee無(wú)線通信模塊接收傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過(guò)SPI總線傳輸給處理器模塊II；所述數(shù)據(jù)傳輸模塊通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)近程同時(shí)傳輸；所述GPRS模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)程PC機(jī)和手機(jī)終端；所述GPRS還可通過(guò)SIM卡和相應(yīng)的AT指令發(fā)送可吸入顆粒物濃度短信息給用戶，提醒用戶做好防護(hù)措施。所述WIFI模塊可采用AP和STA兩種數(shù)據(jù)傳輸模式中的任一種模式，通過(guò)無(wú)線局域網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)至近程PC機(jī)和手機(jī)終端。

節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)決定了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的壽命長(zhǎng)短，若能量供應(yīng)不足，網(wǎng)絡(luò)就無(wú)法正常工作。本實(shí)施例采用壓電電源進(jìn)行供電，其中，壓電陶瓷片把環(huán)境中機(jī)械能轉(zhuǎn)變成交流電信號(hào)，能量轉(zhuǎn)換芯片把交流電信號(hào)轉(zhuǎn)變成直流電信號(hào)，充電電池組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換的電能，電源管理芯片控制充電電池組輸出穩(wěn)定的電壓和電流。利用壓電電源不斷為傳感器節(jié)點(diǎn)和ZigBee-GPRS/WIFI網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)補(bǔ)充能量，既降低網(wǎng)絡(luò)癱瘓的危險(xiǎn)，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命，又降低了系統(tǒng)維護(hù)的難度。