CN105865533B - 一种智能环境监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能环境监测仪。所述环境监测仪由主机和手持端两部分组成，所述主机包括人机交互单元、传感器数据采集单元、数据处理模块、MCU控制单元、电源转换单元和无线通信单元；所述手持端包括人机交互单元、传感器数据采集单元、电源转换单元，锂电池管理模块、数据处理模块、MCU控制单元和数据交互模块。所述环境监测仪采用先进的工业仪器级别的传感器，结合先进的数据校正算法和标准的校正设备，能够对10个环境监测项目进行精准测量，实现了通过一台设备对与人们日常生活息息相关的所有项目实施检测的目的。

Description

一种智能环境监测仪

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种智能环境监测仪。

背景技术

随着经济特别是工业的发展，我们赖以生存的环境受到了严重的污染，对人民群众的身心健康造成不利影响。为了扭转这种不利局面，国家逐年加大环境治理的力度。环境监测是环境治理的依据和前提，因此，近年来市场对环境监测设备的需求逐年递增。

为了准确监测环境状况，为实施环境治理提供科学依据，就必须要求环境监测设备的检测项目要尽可能广泛，覆盖影响环境质量的主要监测项目，检测结果要具有高度的准确性。然而，目前市场上的环境监测设备，难以满足上述要求。主要存在以下问题：

一是质量参差不齐。质量包括检测精度和检测准确度两方面的内容，检测精度主要取决于所选用的传感器的测量精度和运算芯片的运算精度，目前市面上的大多数空气检测设备采用的都是廉价的传感器，这直接导致了检测结果的准确性和精确度不能达到要求。检测准确度，需要标准的测试环境和标定设备来保证，目前市面上的大多数空气检测设备都未经过国家标准实验室的专业设备标定，所以检测精度难以得到保证。

二是检测项目千差万别。目前市面上的空气检测设备鱼龙混杂，检测的项目也是千差万别，绝大多数检测设备都是以温度、湿度、TVOC、甲醛为固定组合或者是以PM2.5、温度、湿度为固定组合的的形式出现，但是在我们的日常生活当中我们需要关心的环境参数，绝不止这些，还应包括可燃气体、一氧化碳、氧气、电磁辐射、电离辐射这几个项目，其中可燃气体关系着我们的家庭安全问题，可燃气体的浓度达到一定值后可能引起爆炸。一氧化碳更是被称为隐形的杀手，当室内的一氧化碳达到一定浓度后，室内人员会产生中度现象甚至危及生命。氧气的重要程度大家不言而喻，但是氧含量过高同样会使得人的身体产生不适，所以需要实时监测。电磁辐射和电离辐射是近年来大家比较关心的两个项目，电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。人体生命活动包含一系列的生物电活动，这些生物电对环境的电磁波非常敏感，因此，电磁辐射可以对人体造成影响和损害。在电辐射作用下，机体的反应程度取决于电离辐射的种类、剂量、照射条件及机体的敏感性。电离辐射可引起放射病，它是机体的全身性反应，几乎所有器官、系统均发生病理改变，但其中以神经系统、造血器官和消化系统的改变最为明显。电离辐射对机体的损伤可分为急性放射损伤和慢性放射性损伤。短时间内接受一定剂量的照射，可引起机体的急性损伤，平时见于核事故和放射治疗病人。而较长时间内分散接受一定剂量的照射，可引起慢性放射性损伤，如皮肤损伤、造血障碍，白细胞减少、生育力受损等。另外，辐射还可以致癌和引起胎儿的死亡和畸形。所以经过仔细的分析和研究，本发明将关系我们日常生活的10个参数整合到了一台设备当中，以保证能够满足人们日常生活的需求。

发明内容

为了解决现有的环境监测设备存在的检测项目不全，检测质量不高的问题，本发明提供一种智能环境监测仪，所述环境监测仪采用先进的工业仪器级别的传感器，结合先进的数据校正算法和标准的校正设备，能够对10个环境监测项目进行精准测量，实现了通过一台设备对与人们日常生活息息相关的所有项目实施检测的目的。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种智能环境监测仪，由主机和手持端两部分组成。所述主机端包括人机交互单元、传感器数据采集单元、数据处理模块、MCU控制单元、电源转换单元和无线通信单元，所述电源转换单元与所述MCU控制单元双向连接，与其它各模块均单向连接，为主机内各模块提供电能；所述MCU控制单元与其它各模块均双向连接，接收各模块传递的数据，控制各模块执行相应的功能。手持端包括人机交互单元、传感器数据采集单元、电源管理单元，锂电池管理模块、MCU控制单元和蓝牙串口通信单元，所述电源管理单元与所述MCU控制单元双向连接，与其它各模块均单向连接，为手持端各模块提供电能；所述MCU控制单元与其它各模块均双向连接，接收手持端各模块传递的数据，控制手持端各模块执行相应的功能。

所述主机部分和手持端部分之间设有电力供应接口和数据交换接口。主机通过所述电力供应接口为手持端提供电能，通过数据交换接口与手持端进行双向的数据交换。

所述主机人机交互单元由断码液晶显示屏和两个按键组成，断码液晶显示屏用来显示各个项目的检测结果，两个按键的功能分别是控制开关机和调节背光待机时间。

所述主机传感器采集单元包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、甲醛传感器、TVOC传感器、可燃气体传感器和灰尘传感器，实现对8个检测项目的原始数据采集功能。

所述主机数据处理模块包括与各类传感器配套的模拟信号处理电路和AD转换电路，实现对传感器感知信号的调理和模数转换功能。

所述主机MCU控制单元是微型计算机系统，包括处理器、存储器和I/O接口模块，负责控制整个主机的各个模块稳定高效的工作，并完成结果校正等各个算法的实现。

所述主机电源转换单元与主机中其他各模块相连，主要功能是为设备内部的各个部分提供稳定的电能。

所述主机无线通信单元包括主机和手持端的通信模块、主机和上位机的蓝牙通信模块以及wifi通信模块，能够实现主机与手持段之间、主机与上位机之间以及主机与其他智能终端之间的信息交互。

所述手持端人机交互单元包括显示屏和显示控制电路，主要用来显示手持端的检测结果。

所述手持端电源转换单元完成手持端内部各器件的供电工作。

所述手持端传感器数据采集单元包括电磁辐射传感器和电离辐射传感器，实现对电磁辐射和电离辐射2个检测项目的原始数据采集功能。

所述手持端数据处理模块包括与电磁辐射和电离辐射2个传感器配套的模拟信号处理电路和AD转换电路，实现对传感器感知信号的调理和模数转换功能。

由于一氧化碳信号比较微弱，所以为了保证结果的稳定性和准确性，我们在针对一氧化碳的信号处理电路设计上采用了三级放大的电路，保证了输出信号的准确性和稳定性。

所述手持端MCU控制单元是微型计算机系统，完成手持端各个模块的控制工作，以及对电磁辐射和电离辐射两类数据的计算处理功能。

所述手持端数据交互模块由串行通信接口组成，实现与主机的双向串行数据交互功能。

所述智能环境监测仪的工作流程包括以下步骤：

主机端工作流程是：

1）开机；

2）接通手持端电源并发送开机命令；

3）主机传感器初始化；

4）主机端自检；

5）判断主机自检是否通过，若通过则继续，否则报错；

6）读取主机端各个传感器数据；

7）通过蓝牙串口获取手持端传感器数据；

8）刷新主机LCD显示屏；

9）判断关机键是否按下，若按下，则向手持端发送关机指令，并关闭主机，否则，转到步骤6。

手持端工作流程是：

1）接到主机发送的开机指令后，手持端传感器初始化；

2）手持端自检；

3）判断自检是否通过，若通过则继续，否则报错；

4）读取手持端传感器数据；

5）刷新手持端显示屏；

6）判断是否收到主机的数据获取指令，若收到，则向主机发送数据；

7）判断是否收到关机指令，若收到，则关机，否则，返回步骤4。

本发明的优点和有益效果为：

1）采用先进的高等级的传感器，结合先进的数据校正算法和标准的校正设备，实现了对10类检测数据的精确测量；

2）采用主机和手持端相结合的结构，既能够保持主机端强大的计算处理能力，又能够通过手持端的灵活移动，实现对电磁辐射和电离辐射的精确测量。

3）通过一台设备实现了对与人们生活密切相关的主要监测项目的准确检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明所述一种智能环境监测仪结构图。

图2为本发明所述一氧化碳信号处理的三级放大电路图。

图3是本发明所述一种智能环境监测仪工作流程图。

具体实施方式

实施例

参见附图1，一种智能环境监测仪，由主机和手持端两部分组成。所述主机包括人机交互单元、传感器数据采集单元、数据处理模块、MCU控制单元、空气循环控制模块、电源转换单元和无线通信单元，所述电源转换单元与所述MCU控制单元双向连接，与其它各模块均单向连接，为主机内各模块提供电能；所述MCU控制单元与其它各模块均双向连接，接收主机各模块传递的数据，控制主机各模块执行相应的功能。所述手持端包括人机交互单元、传感器数据采集单元、电源转换单元，锂电池管理模块、数据处理模块、MCU控制单元和数据交互模块，所述电源转换单元与所述MCU控制单元双向连接，与其它各模块均单向连接，为手持端各模块提供电能；所述MCU控制单元与手持端其它各模块均双向连接，接收手持端各模块传递的数据，控制手持端各模块执行相应的功能。

参见附图1，所述主机部分和手持端部分之间设有电力供应接口和数据交换接口。主机通过所述电力供应接口为手持端提供电能，通过数据交换接口与手持端进行双向的数据交换。

所述主机人机交互单元由断码液晶显示屏和两个按键组成，断码液晶显示屏用来显示各个项目的检测结果，两个按键的功能分别是控制开关机和调节背光待机时间。

所述主机传感器采集单元包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、甲醛传感器、TVOC传感器、可燃气体传感器和灰尘传感器，实现对8个检测项目的原始数据采集功能。采用先进的Sensinrion公司的SHT-15作为温湿度传感器，采用英国原装进口的4CM一氧化碳传感器，采用KE-50电化学医用级氧气传感器，采用先进的电化学甲醛传感器，采用WSP-2110型TVOC传感器，采用MH-440D型可燃气体传感器，采用韩国DSM-501型灰尘传感器，结合先进的数据校正算法和标准的校正设备，实现对8个检测项目的原始数据的灵敏而精准的采集功能。

所述主机数据处理模块包括与各类传感器配套的模拟信号处理电路和AD转换电路，实现对传感器感知信号的调理和模数转换功能。

参见附图2，由于一氧化碳信号比较微弱，所以为了保证结果的稳定性和准确性，我们在针对一氧化碳的信号处理电路设计上采用了三级放大的电路，保证了输出信号的准确性和稳定性。

所述主机MCU控制单元是微型计算机系统采用意法半导体的STM32F4系列单片机，包括处理器、存储器和I/O接口模块，负责控制整个主机的各个模块稳定高效的工作，并完成结果校正等各个算法的实现。

所述主机电源转换单元与主机中其他各模块相连，主要功能是为设备内部的各个部分提供稳定的电能。

所述主机无线通信单元包括主机和手持端的通信模块、主机和上位机的蓝牙通信模块以及wifi通信模块，能够实现主机与手持段之间、主机与上位机之间以及主机与其他智能终端之间的信息交互。

所述手持端人机交互单元包括显示屏和显示控制电路，主要用来显示手持端的检测结果。

所述手持端电源转换单元完成手持端内部各器件的供电工作。

所述手持端传感器数据采集单元包括电磁辐射传感器和电离辐射传感器，实现对电磁辐射和电离辐射2个检测项目的原始数据采集功能。

所述手持端数据处理模块包括与电磁辐射和电离辐射2个传感器配套的模拟信号处理电路和AD转换电路，实现对传感器感知信号的调理和模数转换功能。

所述手持端MCU控制单元是微型计算机系统采用意法半导体的STM32F4系列单片机，完成手持端各个模块的控制工作，以及对电磁辐射和电离辐射两类数据的计算处理功能。

所述手持端数据交互模块由串行通信接口组成，实现与主机的双向串行数据交互功能。

各项目的检测精度及报警条件如表1所示。

表1检测精度及报警条件

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种智能环境监测仪，其特征在于：所述环境监测仪由主机和手持端两部分组成，所述主机包括人机交互单元、传感器数据采集单元、数据处理模块、MCU控制单元、电源转换单元和无线通信单元；所述电源转换单元与所述MCU控制单元双向连接，与主机其它各模块均单向连接，为主机内各模块提供电能；所述MCU控制单元与主机其它各模块均双向连接，接收主机各模块传递的数据，控制主机各模块执行相应的功能；所述手持端包括人机交互单元、传感器数据采集单元、电源转换单元，锂电池管理模块、数据处理模块、MCU控制单元和数据交互模块；所述电源转换单元与所述MCU控制单元双向连接，与手持端其它各模块均单向连接，为手持端各模块提供电能；所述MCU控制单元与手持端其它各模块均双向连接，接收手持端各模块传递的数据，控制手持端各模块执行相应的功能，所述主机部分和手持端部分之间设有电力供应接口和数据交换接口，主机通过所述电力供应接口为手持端提供电能，通过数据交换接口与手持端进行双向的数据交换。

2.如权利要求1所述的一种智能环境监测仪，其特征在于：所述主机人机交互单元由断码液晶显示屏和两个按键组成，断码液晶显示屏用来显示各个项目的检测结果，两个按键的功能分别是控制开关机和调节背光待机时间。

3.如权利要求2所述的一种智能环境监测仪，其特征在于：所述主机传感器数据采集单元包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、氧气传感器、甲醛传感器、TVOC传感器、可燃气体传感器和灰尘传感器，实现对8个检测项目的原始数据采集功能。

4.如权利要求3所述的一种智能环境监测仪，其特征在于：所述主机数据处理模块包括与各类传感器配套的模拟信号处理电路和AD转换电路，实现对传感器感知信号的调理和模数转换功能。

5.如权利要求4所述的一种智能环境监测仪，其特征在于：在针对一氧化碳的信号处理电路设计上采用了三级放大的电路，保证了输出信号的准确性和稳定性。

6.如权利要求5所述的一种智能环境监测仪，其特征在于：所述手持端传感器数据采集单元包括电磁辐射传感器和电离辐射传感器，实现对电磁辐射和电离辐射2个检测项目的原始数据采集功能。

7.如权利要求1-6之任一项所述的一种智能环境监测仪，其特征在于，所述环境监测仪的工作流程包括以下步骤：

主机端工作流程是：

1）开机；

2）接通手持端电源并发送开机命令；

3）主机传感器初始化；

4）主机端自检；

5）判断主机自检是否通过，若通过则继续，否则报错；

6）读取主机端各个传感器数据；

7）通过蓝牙串口获取手持端传感器数据；

8）刷新主机LCD显示屏；

9）判断关机键是否按下，若按下，则向手持端发送关机指令，并关闭主机，否则，转到步骤6;

手持端工作流程是：

1）接到主机发送的开机指令后，手持端传感器初始化；

2）手持端自检；

3）判断自检是否通过，若通过则继续，否则报错；

4）读取手持端传感器数据；

5）刷新手持端显示屏；

6）判断是否收到主机的数据获取指令，若收到，则向主机发送数据；

7）判断是否收到关机指令，若收到，则关机，否则，返回步骤4。