CN102004551A

CN102004551A - 具有环境监测功能的新型计算机外设及系统

Info

Publication number: CN102004551A
Application number: CN 201010570367
Authority: CN
Inventors: 晁明中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2011-04-06

Abstract

本发明公开了一种具有环境监测功能的新型计算机外设，包含用于检测至少一种环境质量参数的监测器，所述监测器设置在壳体内;与计算机接口的通信传输控制单元，其设置在壳体内;中央控制器，分别连接监测器和通信传输单元。本发明采用具有环境监测功能的计算机外设形式与计算机连接；计算机目前在人们生活中已经非常普遍，用户在使用计算机的同时，完全可以不用干预，即可进行环境监测；本发明具有环境监测功能的计算机外设的其中一种独特实现形式是与计算机常用的外设，如鼠标，键盘等复合使用，共用数据传输及供电电路互不干扰。人们在使用这些习以为常的工具外设时，同时就可以进行环境监测。故本发明的具有环境监测功能的新型计算机外设及其管理系统使用起来非常方便。

Description

具有环境监测功能的新型计算机外设及系统

技术领域

本发明属于计算机技术、新型电子感应材料应用及环保应用领域，其特别涉及一种具有环境监测功能的新型计算机外设及系统。

背景技术

随着计算机的大量普及应用，每天越来越多的人的因生活和工作需要使用计算机，每天使用计算机的时间也越来越长。而使用计算机主要都在室内，室内环境的好坏与人的健康有密切的关系。由于建筑物封闭严，通风条件差，占据室内各个角落的大量家具和装饰材料经常散发出多种有害气体或烟尘，人体的排汗、排气以及不洁的衣物、腐败食物等，这些都容易造成室内的环境污染。根据加拿大一卫生组织调查，68%的病直接或间接由于室内环境污染引起的。美国环保科学家发现室内室内有11种有害化学物质浓度超出室外，其中6种是致癌物质。因此，(室内)环境质量对于我们生活工作的影响越来越重要，也越来越多受到关注重视。

室外环境质量监测主要由政府事业单位承担。但(室内)环境质量监测基本由专业的商业化运作的环境监测企业受委托后进行。(室内)环境质量监测元素主要包括温度、湿度、空气质量、光、声音、电磁辐射。

随着电子技术的快速发展，使得采用新型感应材料的器件进行环境监测成本费用大大降低。微型化、智能化、数字化、网络化的环境监测电子设备的应用将越来越普及。目前环境监测的普及化应用中，除了像温度计这样的简单单一功能的监测工具外，涉及其它湿度、空气质量、电磁辐射等环境元素的监测基本属于专业监测机构及大型仪器的应用范围。这些专业检测仪器除带有复杂的检测装置外，都配置有相应的数据显示电路及供电电路，很难做到低成本和微型化。使用上不仅需要专业人士进行操控，监测结果不实时，还存在着仪器摆放位置及占据较大空间的问题，难以大规模普及。另外，专业监测仪器结构及功能固定，相互之间封闭独立，不能很好的与外部计算机及网络对接实现大数据量的保存、信息共享及功能扩展。

目前缺少一种方便、快速高效、低成本且有利于大规模普及应用的具有环境监测功能的系统。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种方便、快速高效、低成本、且有利于大规模普及应用的具有环境监测功能的新型计算机外设。

本发明的第二目的在于提出了一种方便、快速高效、低成本、且有利于大规模普及应用的具有环境监测功能的新型计算机外设

一种具有环境监测功能的新型计算机外设，至少包括：

一壳体;

至少包含用于检测一种或多种环境质量参数的监测器，所述监测器设置在壳体内;

与计算机接口的通信传输单元;

中央控制器，分别连接监测器和通信传输单元，其进一步包括：

监测器控制单元：用于与监测器接口，控制监测器的打开/关闭，建立与各个打开状态下的监测器的数据交互;

各个监测器控制单元：用于建立与监测器的实时交互，包括读取监测器发送的数据并对其进行包括过滤、解码在内的数据处理；

与计算机交互控制单元：用于与计算机建立交互：包括接收并存储用户的数据输入、并将实时检测到的环境质量参数进行输出，与外部网络的交互；

预警信息控制单元：用于将接收到监测器关于环境质量参数的信息与预先存储或用户输入的域值进行比对，超出预先设定范围的进行预警处理。

较优地，所述监测器包括传感器和模数转换器。

较优地，所述若干环境参数传感器为以下部件的其中之一或几种：温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、声音传感器、光传感器、电磁波传感器。

较优地，与计算机交互控制单元为以下部件的其中之一或几种：USB、蓝牙、串口、红外线、RJ45。

较优地，模数转换单元、中央控制器、通信传输单元14集成在单片机上。

该外设还包括环境质量参数实时存储单元，用于实时存储不同的环境质量参数。中央控制器还包括：

环境质量参数连续显示控制单元，用于保存检测到的环境质量参数存储至环境质量参数实时存储单元，并将其控制预先设定或用户输入的周期通过计算机或其它外设进行分析显示。

较优地，所述计算机外设为鼠标，中央控制器采用鼠标所使用的处理器。

本发明还提供了一种具有环境监测功能的计算机系统，包括：至少一台计算机、具有环境监测功能的新型计算机外设，所述计算机和计算机外设通过以下部件的其中之一或几种进行连接：USB、蓝牙、串口、红外线、RJ45；

所述计算机外设在其壳体内至少设置有包含用于检测一种环境质量参数的监测器；

与计算机接口的通信传输单元;

计算机上至少包括：

驱动软件及应用软件；其用于与计算机外设进行通信，对获取的环境监测方面的数据进行分析、保存、显示、报警提示、远程传输等处理；同时所述驱动软件及应用软件可以对计算机外设进行参数设置和控制。

所述计算机通过局域网或因特网来实现远程双向监控管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，本发明采用具有环境监测功能的外设与计算机连接；计算机目前在人们生活中已经非常普遍，用户在使用计算机的同时，完全可以不用干预，即可进行环境监测；故本发明的具有环境监测功能的管理系统使用起来非常方便。

第二，本发明的具有环境监测功能的外设的其中一种实现形式是与计算机常用的外设，如鼠标，键盘等复合使用，并且鼠标，键盘能够独立使用，在使用这些习以为常的工具外设时，就可以进行环境监测，使用起来非常方便。

第三，本发明的具有环境监测功能的外设采用价格便宜的单片机、电阻、电容等组成电路，且在其与计算机连接后，计算机又直接为它供电，且计算机是其一部分，即可以处理环境数据，又有显示、保持、报警的功能，就省掉了原有监测设备上显示模块，数据处理模块等等，这样既精简了的结构，又降低了成本。

第四，本发明的具有环境监测功能的外设与计算机进行通信，计算机可以快速高效地进行数据的采集、传输、分析、保存、显示及报警，故本实用信息较现有技术智能、高效。最为最要的是，现有的计算机可以完全实现与外部网络（如因特网）进行通信，这样，用户可以通过外网终端即可实现远程双向监控环境：用户可以通过外网访问各个节点上的计算机，由此获得各个节点的环境情况，并且用户还可以根据环境情况来控制计算机上的监测器的工作。

第五，本发明既成本低廉，又使用方便，故可以大规模地应用于人们的工作生活。

附图说明

图1为本发明的实施例1的系统结构图；

图2为本发明的实施例1的具有环境监测功能的外设的电路原理图；

图3为本发明的实施例1的系统原理图；

图4为本发明的实施例2的系统结构图；

图5为本发明的实施例2的环境监测单元的结构图；

图6为本发明的实施例2的系统原理图。

具体实施方式

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

实施例1

参见图1，一种具有环境监测功能的管理系统,包括:一个具有环境监测功能的外设1、处理单元2; 且具有环境检测功能的外设1与处理单元2相互相连接。具有环境监测功能的外设1包括:传感单元11、A/D转换单元12、中央控制器13、通信传输单元14；所述传感单元11与所述A/D转换单元12连接；所述A/D转换单元12与所述中央控制单元13连接；所述中央控制单元13与所述通信传输单元14连接。

其中，传感单元11用来对至少一项环境参数进行测量，这些环境参数包括温度、湿度、空气质量、声音、光、电磁波等。A/D转换单元12将从传感单元11获得的环境参数由模拟量转换为数字量，方便后面单元进行处理；中央控制单元13再对已经转换为数字量的环境参数进行加工处理，最后控制通信传输电路将加工过的环境参数，借助于连接单元送入处理单元。随着芯片技术的快速发展，已经将上述若个单元的功能集成到一片芯片上。

传感单元11包括若干用于测量环境参数的传感器，在本实施例中，我们采用温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器，其中，其中，空气质量感应器感应的气体物质包括氨气、氢气、酒精、一氧化碳、甲烷、丙烷、甘烷、苯乙烯、丙二醇、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等有机挥发气体及香烟、木材、纸张燃烧烟雾，，且随着新型感应材料应用的快速发展，使得对如上多种有害气体及烟雾的感应监测已经可以集成到一块电子器件上。本实施例中使用的空气质量感应器就是这么一块电子器件。

在本实施例中，A/D转换单元12、中央控制器13、通信传输单元14的功能可以被集成到了一块单片机上（本实例以C8051F320为例）。通信传输单元14与处理单元2通过以下部件的其中之一或几种进行连接：USB、蓝牙、串口、红外线、RJ45其连接单元，我们这里采用USB接口单元与处理单元相连。

本实施例中，中央控制器13进一步包括：

监测器控制单元：用于与监测器接口，控制监测器的打开/关闭，建立与各个打开状态下的监测器的数据交互。在本实例中，监测器包括传感器和模数转换器。比如，传感器有多个，监测器控制单元可以分别控制各个传感器的开或关，也就是说，是否接收该传感器的信息。另外，监测器控制单元还可以控制传感器检测的频率，即监测器可以按照预先设定的周期向中央控制器发送采集到的数据，也可以触发式向中央控制器发送采集到的数据。另外，监测器控制单元还与各个监测器建立数据交互的模式，即数据交互的数据包的格式，还有，监测器控制单元包括读取监测器发送的数据并对其进行包括过滤、解码在内的数据处理。

与计算机交互控制单元：用于与计算机建立交互：包括接收并存储用户的数据输入、并将实时检测到的环境质量参数进行输出，与外部网络的交互。与计算机采用不同的接口，则与计算机交互时采用对应的接口协议。

预警信息控制单元：用于将接收到监测器关于环境质量参数的信息与预先存储或用户输入的域值进行比对，超出预先设定范围的进行预警处理。预警信息控制单元主要是指当检测到的环境数据超出一预先设定的值时，能进行预警操作，比如，当空气的干燥度达到一预警值时，建立环境中增加湿度。当空气中的氧气未达到一预设值的话，建立进行开窗或增加绿色植物的作用。本发明不仅仅简单的将环境情况进行显示，而且能做到“环境卫士”的功效。

本发明中，中央控制器13一般会设置存储空间，该存储空间上开辟一环境质量参数实时存储单元，用于实时存储不同的环境质量参数。这样，中央控制器还包括：环境质量参数连续显示控制单元，用于保存检测到的环境质量参数存储至环境质量参数实时存储单元，并将其控制预先设定或用户输入的周期进行分析显示。通过上述结构，本发明可以提供一段时间内的环境质量参数的显示，以此来进行监控。

图2为本发明实施例1的具有环境监测功能的外设的电路原理图；其中U1为单片机104，其承担了A/D转换单元12、中央控制单元13、通信传输单元14的任务，且这里采用芯片C8051F320；R2为温度传感器101，R7为湿度传感器102，R3、R4、R5组成空气质量传感器103。且其中JP1代表USB接口单元105，其承担了连接单元的任务，使具有环境监测功能的外设1以USB的形式与本地计算机相连。这里，具有环境监测功能的外设1被作为一个独立的外设，且带有USB接口与本地计算机连接起来，并通过本地计算机为自己供电。其中，R1、C1是为了保护温度传感器101，R6、C2是为了保护湿度传感器102，F1 对电路进行过流保护，U2为芯片SP0503，是用来防止静电，对USB接口单元105进行保护。且USB的接口单元105的对应的协议属于程序控制部分，分别由单片机104和本地计算机上的驱动程序控制。

参见图2，以温度传感器101为例，来说明该电路的原理，首先由温度传感器101采集原始数据；因为原始数据是模拟量，所以该原始数据进入单片机U1后，首先进行A/D转换，由模拟量转化为数字量，且因为温度传感器101采集的原始数据对应的是电阻值，故在其被转化为数字量后，还要进行再加工，把其转化为实际的温度数字；数据加工后，保存在单片机的存储器内。单片机U1再通过JP1的USB接口单元与本地计算机相连，并通过本地计算机为自己供电。

参见图3，为本发明的系统原理图；首先由温度传感器101、湿度传感器102、空气质量传感器103采集对应的环境参数，并将其送入单片机104中，该述环境参数被加工后，通过USB接口与本地计算机21连接。这样，本地计算机21利用配合所述环境监测外设的驱动及应用软件可实时采集该装置监测到的环境参数，并对这些环境参数进行优化处理、分析、传输、显示及本地保存；其还可以还可根据系统及用户设定的策略，利用互联网/局域网将数据传输到远端计算机22，远端计算机22利用其对应的中心管理系统方便地进行大量的数据统计、汇总及分析甚至进行远程设备监控。

本实施例中，具有环境监测功能的外设为一个，仅为举例，在实际使用时，其可以由若干个，依照用户的需要而定，本发明不对此作出限定。

本实施例中，采用了三种传感器，仅为举例，进行环境监测的感应器还有很多，如声音感应器、光感应器、电磁波感应器等，本发明不对此作出限定。

本实施例中，具有环境监测功能的外设以USB的形式与计算机连接，仅为举例，其还可以以蓝牙、串口、红外线等接口单元及对应的协议作为连接单元，故二者连接方式还可以是蓝牙、串口、红外线等，本发明不对此作出限定。

实施例2：

如图4，一种具有环境监测功能的管理系统,包括:一个具有环境监测功能的外设3和处理单元4；所述具有环境监测功能的外设3与所述处理单元4连接。具有环境监测功能的外设3包括：环境监测单元31、外设单元32、桥接单元33；环境监测单元31与桥接单元33连接；外设单元32与桥接单元33连接；桥接单元33与处理单元4连接。

如图5，所述环境监测单元31包括:传感子单元311,A/D转换子单元312,中心控制子单元313,通信传输子单元314、连接子单元315。传感子单元311与A/D转换子单元312连接； A/D转换子单元312与中央控制子单元313连接；中央控制子单元313与通信传输子单元314连接。其中，传感子单元用来对至少一项环境参数进行测量，这些环境参数包括温度、湿度、空气质量、声音、光、电磁波等。A/D转换子单元将从传感子单元获得的环境参数由模拟量转换为数字量，方便后面单元进行处理；中央控制子单元再对已经转换为数字量的环境参数进行加工处理，最后控制通信传输子单元将加工过的环境参数送入处理单元4。这里，这里通信传输子单元314与处理单元4通过USB接口单元连接。

本实施例中，处理单元4包括：本地计算机41、远端计算机42；本地计算机41上装载有配合环境监测外设的驱动及应用软件；远端计算机42上装载有中心管理系统；且本地计算机41与远端计算机42通过互联网/局域网连接。

如图6，在本实施例中，外设单元32为一鼠标控制单元302，其自身带有USB接口单元。桥接单元33为一USB集线器303，其作用在于，可以将一个USB接口转换为多个（通常为4个），并可以使这些接口同时使用。环境监测单元31与鼠标控制单元302通过其自身的USB接口分别与USB集线器303连接，使本发明中具有环境监测功能的外设3成为一种计算机的复合型外设；再利用USB集线器303的USB接口与本地计算机41连接，使该复合外设与计算机发生通信，同时利用它们之间的连接，为具有环境监测功能的外设3供电。这样，本地计算机41利用配合所述环境监测外设的驱动及应用软件43可实时采集该装置监测到的环境参数，并对这些环境参数进行优化处理、分析、传输、显示及本地保存；其还可以还可根据系统及用户设定的策略，利用互联网/局域网将数据传输到远端计算机42，远端计算机42利用其对应的中心管理系统44方便地进行大量的数据统计、汇总及分析甚至进行远程设备监控。

这里的鼠标控制单元302，实质上是鼠标自身的内部电路结构，本发明相当于在鼠标内部嵌入环境监控单元31与USB集线器303，且鼠标自身的电路结构与环境监控单元31都与USB集线器303连接，且相互不影响各自的工作；二者利用USB集线器303成为一种计算机的复合型外设。

在本实施中，环境监测模块31与鼠标控制单元302利用USB集线器303结合为一复合型外设，仅为举例，环境监测模块31还可以与许多其他现有的计算机外设结合，如键盘、U盘、移动硬盘、摄像头等，本发明不对此作出限定。

计算机目前在人们生活中已经非常普遍，用户在使用计算机的同时，完全可以不用干预，即可进行环境监测；本发明具有环境监测功能的计算机外设的其中一种独特实现形式是与计算机常用的外设，如鼠标，键盘等复合使用，共用数据传输及供电电路互不干扰，人们在使用这些习以为常的工具外设时，就可以进行环境监测。故本发明的具有环境监测功能的新型计算机外设及其管理系统使用起来非常方便。

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims

1.一种具有环境监测功能的新型计算机外设，其特征在于，至少包括：

一壳体;

与计算机接口的通信传输单元;

各个监测器控制单元：用于与监测器接口，控制监测器的打开/关闭，建立与各个打开状态下的监测器的数据交互，包括读取监测器发送的数据并对其进行包括过滤、解码在内的数据处理；

2.如权利要求1所述的具有环境监测功能的新型计算机外设，其特征在于，所述监测器包括传感器和模数转换器。

3.如权利要求2所述的具有环境监测功能的新型计算机外设，其特征在于，所述若干环境参数传感器为以下部件的其中之一或几种：温度传感器、湿度传感器、空气质量传感器、声音传感器、光传感器、电磁波传感器。

4.如权利要求1所述的具有环境监测功能的新型计算机外设，其特征在于，与计算机交互控制单元为以下部件的其中之一或几种：USB、蓝牙、串口、红外线、RJ45。

5.如权利要求2所述的具有环境监测功能的新型计算机外设，其特征在于，模数转换单元、中央控制器、通信传输单元集成在单片机上。

6.如权利要求1所述的具有环境监测功能的新型计算机外设，其特征在于，还包括：环境质量参数实时存储单元，用于实时存储不同的环境质量参数。

7.如权利要求6所述的具有环境监测功能的新型计算机外设，其特征在于，中央控制器还包括：

环境质量参数连续显示控制单元，用于保存检测到的环境质量参数存储至环境质量参数实时存储单元，并将其控制预先设定或用户输入的周期在计算机或其它外部设备上分析显示。

8.一种具有环境监测功能的计算机系统，其特征在于，计算机、具有环境监测功能的新型计算机外设，所述计算机和计算机外设通过以下部件的其中之一或几种进行连接：USB、蓝牙、串口、红外线、RJ45；

所述计算机外设在其壳体内至少设置有包含用于检测至少一种环境质量参数的监测器；

与计算机接口的通信传输单元;

计算机上至少包括：

驱动软件及应用软件：其用于与计算机外设进行通信，对获取的环境监测方面的数据进行分析、保存、显示、报警提示、远程传输处理的其中一项或几项；同时所述驱动软件及应用软件可以对计算机外设进行参数设置和控制。

9.如权利要求8所述的具有环境监测功能的计算机系统，其特征在于，所述计算机通过局域网或因特网来实现远程双向监控管理。