CN105806415A - 一种基于无线通讯的环境监测装置 - Google Patents

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CN105806415A CN201610273261.XA CN201610273261A CN105806415A CN 105806415 A CN105806415 A CN 105806415A CN 201610273261 A CN201610273261 A CN 201610273261A CN 105806415 A CN105806415 A CN 105806415A
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李波
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
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Abstract

一种基于无线通讯的环境监测装置，本发明涉及传感器领域，其旨在解决现有技术存在不能同时采集噪音、粉尘环境参数，缺乏电源适配装置，对不同电源的兼容性差，抗电磁干扰能力低，测量精度小且无线数据传输通用性低等技术问题。本发明主要包括依次连接的电源、延时模块、降压模块和处理控制模块，处理控制模块还连接有输入信号调制模块和高速寻址远程通讯模块，输入信号调制模块连接有传感模块；传感模块包括粉尘传感器、噪音传感器、光照度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器和温度传感器。本发明用于基站式环境监测点搭建。

Description

一种基于无线通讯的环境监测装置
技术领域
本发明涉及传感器领域，具体涉及一种基于无线通讯的环境监测装置。
背景技术
现有的市场环境监测仪在采集环境信息时，不能同时采集噪音、粉尘或者是温湿度，或者是需要多种不同的设备同时工作才能完成这环境监测。如此，会存在以下问题：单独只采集一种环境信息如噪音、粉尘或者是温湿度不能有效反映出被检测位置所处的环境信息。而采用多个设备使用比较繁琐，同时增加环境监测的成本。
现有传感器，对于电源，一般仅适配普通电池或其他低压输入，缺乏电源适配电路以用于将传感器接入基站的市电；对于数字传感器，耐受干扰和噪声能力较低，特别是无线通讯模块的抗干扰能力低下，进一步引入大量系统误差至测量数据，严重影响了测量精度和灵敏度。本发明通过改进电源电路和过渡电路，优化传感器性能并提供稳定可靠的无线输入输出模块。
发明内容
针对上述现有技术，本发明目的在于提供一种基于无线通讯的环境监测装置，其旨在解决现有技术存在不能同时采集噪音、粉尘环境参数，缺乏电源适配装置，对不同电源的兼容性差，抗电磁干扰能力低，测量精度小且无线数据传输通用性低等技术问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于无线通讯的环境监测装置,包括依次连接的电源、延时模块、降压模块和处理控制模块，处理控制模块还连接有输入信号调制模块和高速寻址远程通讯模块，输入信号调制模块连接有传感模块；传感模块包括粉尘传感器、噪音传感器、光照度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器和温度传感器。
上述方案中，所述的输入信号调制模块，包括依次连接的放大电路模块、降噪滤波模块、模数转换模块和处理控制模块；传感模块输出信号至放大电路模块。由于使用模数转换模块，其中会引入系统噪声，如果对放大后的输入信号不进行滤波，系统噪声与输入信号内的噪声叠加，会使信号畸变，进一步导致读数精度降低；通过噪声滤波模块进行输入信号滤波，系统噪声通过处理控制模块两次测量数据相减进行补偿修正，从而显著降低噪声对传感器读数影响并提高测量精度。
上述方案中，所述的降噪滤波模块，包括具有过压保护电路结构的巴特沃斯二阶低通滤波器。当传感模块输出信号幅度过大，并且再次经过放大电路，很可能此时幅度已经超越降噪滤波模块或处理控制模块的额定工作区间，对电路会造成破坏，因而引入过压保护电路结构。
上述方案中，所述的处理控制模块，包括微控制芯片，受微控制芯片控制的LED驱动芯片。
上述方案中，所述的延时模块，包括级联的反相器和场效应管。
上述方案中，还包括与处理控制模块连接的反馈处理装置，其中包括温控设备，二氧化碳补气设备，喷淋设备和氙气灯。适用于较封闭环境。
上述方案中，所述的湿度传感器，选用型号为TDC220TH；所述的光照度传感器，选用为GZD系统光照度变送器；所述的二氧化碳传感器，选用ESM-CO2二氧化碳变送器。
上述方案中，所述的高速寻址远程通讯模块，包括异步收发器，与异步收发器连接的发送回路和接收回路；异步收发器连接处理控制模块。
上述方案中，所述的发送回路，包括依次连接的第一缓冲器、直接频率合成器、数模转换器和第二缓冲器；第一缓冲器的输入端连接异步收发器的发送端。
上述方案中，所述的接收回路，包括带通滤波器、模数转换器和数字处理器；数字处理器的输出端连接异步收发器的接收端。
与现有技术相比，本发明有益效果：通过适配电路，适用基站式测量点安装和调试；获得了更低的输入信号噪声，有效防止了过压对传感器的损害；提高了测量精度和灵敏度；可用于建立高效率的远程无线数据通信；提高了环境监测装置的通用性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的模块图；
图2为本发明高速寻址远程通讯模块的芯片结构原理示意图；
图3为本发明具有过压保护电路结构的巴特沃斯二阶低通滤波器电路图；
图4为本发明的延时模块具体电路图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1
图1为本发明的模块图，一种基于无线通讯的环境监测装置,包括依次连接的电源、延时模块、降压模块和处理控制模块，处理控制模块还连接有输入信号调制模块和高速寻址远程通讯模块，输入信号调制模块连接有传感模块。传感模块包括机械部和换能部，换能部包括具有可变电容的振荡电路，该可变电容电容值随对应所监测的环境参数发生关系变化，从而使振荡电路输出波频率发生变化；处理控制模块还连接有LED阵列以便现场显示当前环境监测。
实施例2
图2为本发明高速寻址远程通讯模块的芯片结构原理示意图，端子TXD和端子RXD分别为微控制芯片通讯输出端和通讯输入端；对于接收回路，外界信号从高速寻址远程通讯模块的输入端HART_in输入信号，经过带通滤波器BPF后，继续通过模数转换器ADC为数字输入信号，数字信号处理器DSP判断载波是否有效，对有效载波进行解调，经异步收发器UART输入至微控制芯片。对于发送回路，微控制芯片将通讯信号经异步收发器UART输出至第一缓冲器U1A，第一缓冲器U1A输出端连接直接频率合成器FSK_DDS，直接频率合成器FSK_DDS将通讯信号调制，再经数模转换器将调制的通讯信号转换为模拟信号，经第二缓冲器获得高速寻址远程通讯模块的输出HART_out；其中，第一缓冲器和第二缓冲器，选用可编程缓冲器，进一步提升装置的通用性与频率匹配兼容特性。微控制芯片可选用MaximRL78/G13，高速寻址远程通讯模块HART可选用MaximDS8500。
实施例3
图3为本发明具有过压保护电路结构的巴特沃斯二阶低通滤波器电路图，将模数转换模块和处理控制模块合并为后端处理电路，输入信号Signal_amp为放大电路模块的输出信号，给定第一限幅控制电压Ve和第二限幅控制电压Vc，NPN双极型晶体管Q1的基极电压固定在Va上，Va＝Ve×R2/(R1+R2)，PNP双极型晶体管Q2的基极电压固定在Vb上，Vb＝Vc×R4/(R3+R4)；当后端处理电路的输入端电压Vi低于NPN双极型晶体管Q1的基极电压Va时，NPN双极型晶体管Q1的发射结正偏、集电结反偏，NPN双极型晶体管Q1工作在放大状态，后端处理电路的输入端电压Vi被限制为NPN双极型晶体管Q1的基极电压Va减去其发射结结电压；当后端处理电路的输入端电压Vi高于PNP双极型晶体管Q2的基极电压Vb时，PNP双极型晶体管Q2的发射结正偏、集电结反偏，PNP双极型晶体管Q2工作在放大状态，后端处理电路的输入端电压Vi被限制为PNP双极型晶体管Q2的基极电压Vb加上其发射结结电压。第一限幅电容C1和第二限幅电容C2分别对Va和Vb起到滤波作用；巴特沃斯二阶低通滤波器电容C3、C4一般选取1000pF，巴特沃斯二阶低通滤波器输出端为放大器U1B的输出端，连接至模数转换模块ADC_mod。
实施例4
图4为本发明的延时模块具体电路图，电源Power_supply有控制检测端PG和供电端Vop，三组级联的反相器和场效应管构成延时电路，第三组为反相器U4和场效应管Q5的源极为延时模块的输出端，连接至降压模块的输入端Buck_in。
实施例5
所述的微控制芯片，选用单片机，单片机接收到传感模块的温度信号、湿度信号等环境参数传感信号后，首先对这些检测信号进行处理，之后将处理后的检测信号及对应的采集时间信息传输至存储器进行存储。同时，在单片机内设置有每天上传检测信号的时间和次数，单片机在时钟信号的控制下定时将处理后的检测信号及对应的采集时间信息通过高速寻址远程通讯模块上传至远程计算机。在单片机内还设置有各种检测信号的参数上限值，当某一检测信号超过所设定的参数上限值时，单片机将通过无线通信模块上传至远程计算机，对于在较封闭环境中，其控制反馈处理装置按照预设进行紧急处置。单片机还用于将处理后的检测信号及对应的采集时间信息传输至LED阵列进行数值显示，通过显示模块可在现场及时、方便地查看室内的温度及相应的环境参数等。
技术的进步只是选用标准的参考。但是出于改劣发明,或者成本考量,仅仅从实用性的技术方案选择。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无线通讯的环境监测装置,其特征在于，包括依次连接的电源、延时模块、降压模块和处理控制模块，处理控制模块还连接有输入信号调制模块和高速寻址远程通讯模块，输入信号调制模块连接有传感模块；传感模块包括粉尘传感器、噪音传感器、光照度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器和温度传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的环境监测装置,其特征在于，所述的输入信号调制模块，包括依次连接的放大电路模块、降噪滤波模块、模数转换模块和处理控制模块；传感模块输出信号至放大电路模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线通讯的环境监测装置,其特征在于，所述的降噪滤波模块，包括具有过压保护电路结构的巴特沃斯二阶低通滤波器。
4.根据权利要求2所述的一种基于无线通讯的环境监测装置,其特征在于，所述的处理控制模块，包括微控制芯片和受微控制芯片控制的LED驱动芯片。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的环境监测装置,其特征在于，所述的延时模块，包括级联的反相器和场效应管。
6.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的环境监测装置,其特征在于，还包括与处理控制模块连接的反馈处理装置，其中包括温控设备，二氧化碳补气设备，喷淋设备和氙气灯。
7.根据权利要求1所述的一种基于无线通讯的环境监测装置,其特征在于，所述的湿度传感器，选用型号为TDC220TH；所述的光照度传感器，选用为GZD系统光照度变送器；所述的二氧化碳传感器，选用ESM-CO2二氧化碳变送器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112318555A (zh) * 2020-11-06 2021-02-05 北京理工大学 一种视触觉感知装置及微小型机器人

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