CN104459830A

CN104459830A - 分布式室外环境监测系统

Info

Publication number: CN104459830A
Application number: CN201410792864.1A
Authority: CN
Inventors: 林子健; 柯心梅; 林志钦; 高凤强; 郭一晶
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-12-20
Filing date: 2014-12-20
Publication date: 2015-03-25

Abstract

本发明涉及一种分布式室外环境监测系统，其包括：环境数据采集装置，包括一支架，所述的支架上设置有一安装盒，所述的安装盒内设置有一电路板，电路板设置有MCU，所述MCU连接有PM2.5传感器、CO检测传感器、风速仪、DHT11温湿度传感器以及GPRS模块；所述的安装盒上设置有一支撑杆，所述的支撑杆上设置有一太阳能板；一控制中心，用于接收所述环境数据采集装置传输的数据，并进行存储；以及手机，设置有一APP应用程序，用户通过该APP应用程序登录所述的中控中心进行数据查询。本发明环境数据采集装置结构简单，能利用太阳能实现所处环境的参数采集，并能远程传输数据，整个系统能实现网络远程数据传输和网络实时气象状况监测等功能。

Description

分布式室外环境监测系统

技术领域

本发明涉及环境参数采集技术领域，特别是一种分布式室外环境监测系统。

背景技术

当前我国大气污染状况依然十分严重，主要表现为煤烟型污染。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染一直在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势。

1、大气污染物排放总量现状

（1）二氧化硫。煤炭消耗量不断增加，随之带来二氧化硫排放总量急剧上升。在各类排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到70%。由二氧化硫排放引起的酸雨污染范围不断扩大，现已扩展到长江以南、青藏高原以东的大部分地区，遍及广东、广西、四川、贵州、云南、湖南、江西、福建、浙江、上海、安徽、山东等十多个省、市、自治区。华中酸雨区比较严重的中心区域为长沙、衡阳和赣州，西南为宜宾、南充和重庆，华东为厦门、宁波和南京。目前年均降水pH值低于5.6酸雨临界值的地区已占全国面积的30%左右。

（2）烟尘、粉尘。烟尘的主要排放源也是火电厂和工业锅炉，由于地方电厂使用的大多为低效除尘器，所以烟尘排放量一般是国家大型电厂的5-10倍。曾经在上海参观过的铜加工厂的大型袋式除尘器除尘效率也达到了99%以上，它虽然是一种传统的除尘方式，但由于效率高，性能稳定可靠，操作简单，还是获得了很广泛的应用。还有像电除尘器、湿式除尘器也是应该深入研究和针对各种场合大力推广的新型除尘设备。

（3）机动车排气污染。受经济增长的推动，我国机动车近年来数量增长迅速，尤其是一些大城市如北京、上海、广州等机动车数量增长速率更是远远高于全国平均水平。汽车排放的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物排放总量逐年上升。由于城市人口密集，交通运输量相对大，机动车排气污染在城市大气污染中所占比例也不断上升。

2、国内小型气象站研究现状

加强防灾减灾体系建设，加快建立环境和地质监测预警体系，是国家在“十二五规划”中的一项重要内容。自二十世纪八十年代以来，芬兰、美国、日本等许多国家的地面气象观测网中就已普遍采用了自动气象站。1999年7月，我国引进芬兰VAISALA公司的5套自动气象站投入业务运行，这是我国首次将自动气象站作为正式观测使用，标志着我国地面气象观测进入了一个新的里程。同时，我国也加快了自行研制生产自动气象站的步伐，第一批于2000年1月1日起正式投入业务运行。目前，我国已普遍使用自动遥测气象站，实现了人工气象站与自动气象站的联合观测。自动气象站在我国已运行多年，气象工作者积累了丰富的经验，同时也发现许多问题。传统自动气象站的结构为集中式，数据采集器必须与具体的传感器匹配，系统开放性不高，不适用于气象传感器的替换或增加。尽管国产的自动气象站发展迅速，但气象传感器的技术水平较低，距世界先进水平还有一定的差距。由此可见，要进一步提升我国地面气象观测的自动化水平，升级自动气象站和提升国产传感器的生产水平是关键。在对自动气象站进行改造和升级换代时，应当以丰富的经验为基础，以实际业务需求为参考，研制国际领先的自动气象站和气象传感器。当前，随着微电子技术、计算机技术、卫星技术和材料科学的发展，许多新技术都应用到气象观测自动化中，大大提高了气象传感器的探测精度和可维护性。因此，有必要了解当前国际自动气象站和气象传感器方面的最新发展和动态，为我国自动气象站及气象传感器技术的发展提供借鉴。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式室外环境监测系统，能实现环境温度的远程采集及人性化互动。

本发明采用以下方案实现：一种分布式室外环境监测系统，其特征在于包括：

环境数据采集装置，包括一支架，所述的支架上设置有一安装盒，所述的安装盒内设置有一电路板，所述的电路板上设置有MCU，所述MCU连接有PM2.5传感器、CO检测传感器、风速仪、DHT11温湿度传感器以及GPRS模块；所述的安装盒上设置有一支撑杆，所述的支撑杆上设置有一太阳能板，所述太阳能板的输出端经一降压/升压电路为所述的电路板供电；所述风速仪设置于所述支撑杆的顶端；

一控制中心，用于接收所述环境数据采集装置传输的数据，并进行存储；以及

手机，设置有一APP应用程序，用户通过该APP应用程序登录所述的中控中心进行数据查询。

在本发明一实施例中，所述控制中心能根据对应的APP应用程序的指令，将环境监测数据发送给用户手机进行实时显示，该环境监测数据包括温度、湿度、风向、降雨量、PM2.5以及一氧化碳成分。

在本发明一实施例中，所述温度划分为5级，分别为寒冷、凉、适宜、热、炎热；所述湿度划分为3级，分别为干燥、适宜、闷；所述PM2.5划分为5级，分别为极差、差、一般、好、极好；所述一氧化碳分成3级，分别为正常、偏高、极高；所述的中控中心将接收的环境数据关联相应的级数，并向用户手机推送。

在本发明一实施例中，所述APP应用程序能将所述推送的信息进行微信与微博分享。

在本发明一实施例中，所述的环境数据采集装置将采集的数据发送给所述的中控中心的同时，将自身的地理位置信息也发送给所述的中控中心，所述的APP应用程序可通过百度地图等第三方应用进行定位，查看自己的实时位置，也能查看当前已布置气象站的位置，点击标注位置可以进入查看该点的实时信息。

在本发明一实施例中，用户能通过点击标注位置对该位置进行留言，用户也能查看别人的留言，还能自己发表评论并上传图片。

在本发明一实施例中，所述的中控中心提供历史数据查询功能，包括利用历史记录展示过去空气质量的状况，利用折线图描述空气质量的走向。

在本发明一实施例中，所述的中控中心还提供旅游要闻服务，用户通过APP应用程序登录后，该中控中心能向用户展示近期发生的旅游、天气资讯，方便用户体验，贴近用户生活，而所有的新闻都是由后台管理员进行上传，能随时更新和删除，具有灵活的数据处理能力。

在本发明一实施例中，所述的中控中心还能对登录的用户根据实时不同的天气状况，空气质量给出的不同建议，包括运动指数、化妆指数、紫外线指数、温度指数以及空气指数等。

在本发明一实施例中，所述安装盒的两侧均设置有通风孔，所述PM2.5传感器和CO检测传感器靠近所述安装盒的左侧通风孔；所述DHT11温湿度传感器靠近所述安装盒的右侧通风孔。

本发明环境数据采集装置结构简单，能利用太阳能实现所处环境的参数采集，并能远程传输数据，整个系统能实现网络远程数据传输和网络实时气象状况监测；实现对数据分析并给出温馨提醒与建议；实现结合百度地图获取气象站点信息；实现对相应地区进行留言；实现对近期发生的天气新闻进行浏览；实现对历史数据的查询；实现微信等公众平台的推广等功能。

附图说明

图1是本发明环境数据采集装置的电路原理框图。

图2是本发明环境数据采集装置结构示意图。

图3是本发明系统架构原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参见图1至图3，本发明采用一种分布式室外环境监测系统，其特征在于包括：环境数据采集装置，包括一种分布式室外环境检测装置，其包括一支架1，所述的支架上设置有一安装盒2，所述的安装盒内设置有一电路板，所述的电路板上设置有MCU，所述MCU连接有PM2.5传感器、CO检测传感器、风速仪、DHT11温湿度传感器以及GPRS模块；所述的安装盒上设置有一支撑杆3，所述的支撑杆上设置有一太阳能板4，所述太阳能板的输出端经一降压/升压电路为所述的电路板供电；所述风速仪5设置于所述支撑杆的顶端；一控制中心，用于接收所述环境数据采集装置传输的数据，并进行存储；以及手机，设置有一APP应用程序，用户通过该APP应用程序登录所述的中控中心进行数据查询。

请继续参见图2，在本发明一实施例中，所述的支架为三角支架。所述的支架和支撑杆3与安装盒2是可拆结构；所述的安装盒体上表面设置有一手提柄6。本发明采用可拆装结构，在拆装后便于手提，使用携带方便。

在本发明一实施例中，所述GPRS模块经TXD和RXD与所述的MCU连接。为了提高测量的准确性，本实施例中，对传感器位置的分布进行了设置，具体的，所述安装盒的两侧均设置有通风孔，所述PM2.5传感器和CO检测传感器靠近所述安装盒的左侧通风孔（图中未示意）；所述DHT11温湿度传感器靠近所述安装盒的右侧通风孔（图中未示意）。

值得一提的是，本实施例中，所述的MCU的型号为LM3S1138，该芯片能达到高达50MHz的工作频率，这不仅提供了高速的数据通道，更是复杂室外环境检测系统得以流畅运行的基础。除此之外，该芯片还带有中断控制器（NVIC）和滴答时钟（SysTick定时器），相较于MS-C51构架和ARM7构架等单片机，更是有着强大的中断管理机制和便于使用的时钟。这款芯片拥有高达64 KB单周期Flash和16 KB单周期SRAM，能够存储大量的指令、数据和选项。同时拥有9-46个的通用输入/输出口，不仅仅映射为34个中断（EXTI）还能设置输入输出模式、速率等参数，方便了各个外设传感器与单片机核心的数据交换和事件的触发。在AD采集方面，这款芯片能够做到8个10位通道的扫描采集，采样速率可以达到1，000,000样片/秒，同时还启用了DMA通道，让得到的数据不会堆积在数据通道内，为采集效率和未来的扩展提供了方便。

请继续参见图2，本发明的安装盒2上设置有两个USB接口，该USB接口的接口电路与所述的MCU连接，这样有利于工作人员现场的软件更新及数据下载。另一实施例中，所述的MCU连接有LED显示电路，所述的LED显示电路的显示面板8设置于该安装盒的前面板上；所述的前面板上还设置有船型开关9。

本发明的系统中，所述控制中心能根据对应的APP应用程序的指令，将环境监测数据发送给用户手机进行实时显示，该环境监测数据包括温度、湿度、风向、降雨量、PM2.5以及一氧化碳分成。所述温度划分为5级，分别为寒冷、凉、适宜、热、炎热；所述湿度划分为3级，分别为干燥、适宜、闷；所述PM2.5划分为5级，分别为极差、差、一般、好、极好；所述一氧化碳分成3级，分别为正常、偏高、极高；所述的中控中心将接收的环境数据关联相应的级数，并向用户手机推送。

表1：温度划分表

分级划分界线	分级划分
		<9	寒冷
9-18	凉
		18-24	适宜
24-36	热
		36>	炎热

表2：湿度划分表

分级划分界线	分级划分
		<30%	干燥
30%-75%	适宜
		75%>	闷

表3：空气质量划分表

分级划分界线	分级划分
		0-50	极差
51-100	差
		101-170	一般
171-230	好
		231>	极好

表4：一氧化碳划分表

分级划分界线	分级划分
		0V-0.3V	正常
0.3V-4V	偏高
		4V>	极高

表5：风速等级划分表

风力等级	风的名称	风速（m/s）	风速（Km/h）	海面状况
					0	无风	0~0.2	小于1	平静无感
1	软风	0.3~1.5	1~5	微浪
					2	轻风	1.6~3.3	6~11	小浪
3	微风	3.4~5.4	12~19	小浪
					4	和风	5.5~7.9	20~28	轻浪
5	清劲风	8.0~10.7	29~38	中浪
					6	强风	10.8~13.8	39~49	大浪
7	疾风	13.9~17.1	50~61	巨浪
					8	大风	17.2~20.7	62~74	猛浪
9	烈风	20.8~24.4	75~88	狂涛
					10	狂风	24.5~28.4	89~102	狂涛
11	暴风	28.5~32.6	103~117	非凡现象

在本发明一实施例中，所述APP应用程序能将所述推送的信息进行微信与微博分享。用户通过该微信和微博平台，不仅便于软件的推广，而且让更多的人了解到身边环境数据，为外出做好防护准备。

在本发明一实施例中，所述的环境数据采集装置将采集的数据发送给所述的中控中心的同时，将自身的地理位置信息也发送给所述的中控中心，所述的APP应用程序可通过百度地图等第三方应用进行定位，查看自己的实时位置，也能查看当前已布置气象站的位置，点击标注位置可以进入查看该点的实时信息。用户能通过点击标注位置对该位置进行留言，用户也能查看别人的留言，还能自己发表评论并上传图片。

为了保证给用户提供直观的数据信息，在本发明一实施例中，所述的中控中心提供历史数据查询功能，包括利用历史记录展示过去空气质量的状况，利用折线图描述空气质量的走向。

此外，值得一提的是，在本发明一实施例中，所述的中控中心还提供旅游要闻服务，用户通过APP应用程序登录后，该中控中心能向用户展示近期发生的旅游、天气资讯，方便用户体验，贴近用户生活，而所有的新闻都是由后台管理员进行上传，能随时更新和删除，具有灵活的数据处理能力。所述的中控中心还能对登录的用户根据实时不同的天气状况，空气质量给出的不同建议，包括运动指数、化妆指数、紫外线指数、温度指数以及空气指数。

本发明具备以下优点：

1) 自主数据采集，大大提高了数据的实时性和针对性；

2) 引入百度地图定位气象站，用户更直观了解数据采集源；

3) 微信分享等公众平台的引入，便于软件的推广；

4) 软件温馨提醒与建议，提高了软件的实用性；

5) 软件有浏览天气新闻功能，使得软件更贴近用户生活，且提高了软件的丰富度；

6) 对软件本身隐藏的BUG及时调整，提高软件的稳定性；

7) 数据采集气象站体积小，便于移动，易于部署；

8) 数据采集气象站采用太阳能储能，既节能环保，又解决了电源问题；

9) 服务器后台数据管理，易于维护；

10) 可靠运行于各种恶劣的户外环境，低功耗，高稳定性，高精确性，可无人值守；

11) 气象传感器可根据用户需求进行配置。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种分布式室外环境监测系统，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：所述控制中心能根据对应的APP应用程序的指令，将环境监测数据发送给用户手机进行实时显示，该环境监测数据包括温度、湿度、风向、降雨量、PM2.5以及一氧化碳成分。

3.根据权利要求2所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：所述温度划分为5级，分别为寒冷、凉、适宜、热、炎热；所述湿度划分为3级，分别为干燥、适宜、闷；所述PM2.5划分为5级，分别为极差、差、一般、好、极好；所述一氧化碳分成3级，分别为正常、偏高、极高；所述的中控中心将接收的环境数据关联相应的级数，并向用户手机推送。

4.根据权利要求3所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：所述APP应用程序能将所述推送的信息进行微信与微博分享。

5.根据权利要求1所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：所述的环境数据采集装置将采集的数据发送给所述的中控中心的同时，将自身的地理位置信息也发送给所述的中控中心，所述的APP应用程序可通过百度地图等第三方应用进行定位，查看自己的实时位置，也能查看当前已布置气象站的位置，点击标注位置可以进入查看该点的实时信息。

6.根据权利要求5所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：用户能通过点击标注位置对该位置进行留言，用户也能查看别人的留言，还能自己发表评论并上传图片。

7.根据权利要求1所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：所述的中控中心提供历史数据查询功能，包括利用历史记录展示过去空气质量的状况，利用折线图描述空气质量的走向。

8.根据权利要求1所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：所述的中控中心还提供旅游要闻服务，用户通过APP应用程序登录后，该中控中心能向用户展示近期发生的旅游、天气资讯，方便用户体验，贴近用户生活，而所有的新闻都是由后台管理员进行上传，能随时更新和删除，具有灵活的数据处理能力。

9.根据权利要求1所述的分布式室外环境监测系统，其特征在于：所述的中控中心还能对登录的用户根据实时不同的天气状况，空气质量给出的不同建议，包括运动指数、化妆指数、紫外线指数、温度指数以及空气指数等。

10.根据权利要求1所述的分布式室外环境检测系统，其特征在于：所述安装盒的两侧均设置有通风孔，所述PM2.5传感器和CO检测传感器靠近所述安装盒的左侧通风孔；所述DHT11温湿度传感器靠近所述安装盒的右侧通风孔。