CN106093318A - 一种城市环境质量自动监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市环境质量自动监测系统，包括采集节点模块、数据中转器、充电模块、数据终端和移动端；每个采集节点模块包括Zigbee通信模块，采集节点模块用于采集空气中被监测物的含量并将处理后的数据通过Zigbee通信模块发送到数据中转器；数据中转器用于接收各个采集节点模块发送的数据并将处理后的数据发送到数据终端；数据终端用于接收数据中转器发送的数据并将处理后的数据显示在数据终端的上层界面上，同时将处理后的数据发送到移动端；移动端用于接收数据终端发送的数据并供用户查询。本发明可以实现城市空气的多点监控，节点密度高，分别范围广，各个监测点之间能够实现自动组网，动态性强，传输距离远。

Description

一种城市环境质量自动监测系统
本发明涉及一种监测系统，更详细地，涉及一种城市环境质量自动监测系统。
背景技术
空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点空气污染物浓度受到许多因素影响。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业污染、居民生活和取暖、垃圾焚烧等。城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素。
目前，空气污染物主要包括二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧和挥发性有机化合物等等，随着工业及交通运输业的不断发展，大量的有害物质被排放到空气中，改变了空气的正常组成，使空气质量变坏。当我们生活在受到污染的空气之中健康就会受到影响。为了改善环境空气质量，防止生态破坏，创造清洁适宜的环境，保护人体健康，我国根据《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染防治法》制定了《环境空气质量标准（GB3095-1996）。这个标准规定了环境空气质量功能区划分、标准分级、主要污染物项目和这些污染物在各个级别下的浓度限值等，是评价空气质量好坏的科学依据。
为了准确及时地知道城市环境的好坏，就必须对城市空气进行监测，目前的城市环境质量自动监测系统多为单点监测，即使是多点监测也只是简单地将监测器分布在不同的地方，不能有效地将各个监测点之间不能完成自动组网，传输距离也相对较短。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种城市环境质量自动监测系统，该系统可以实现城市空气的多点监控，节点密度高，分别范围广，各个监测点之间能够实现自动组网，传输距离远。
一种城市环境质量自动监测系统，包括采集节点模块、数据中转器、充电模块、数据终端和移动端；所述采集节点模块可以有多个，每个采集节点模块包括Zigbee通信模块，采集节点模块用于采集空气中被监测物的含量并将处理后的数据通过Zigbee通信模块发送到数据中转器；所述数据中转器用于接收各个采集节点模块发送的数据并将处理后的数据发送到数据终端；所述充电模块用于对数据中转器进行充电；所述数据终端用于接收数据中转器发送的数据并将处理后的数据显示在数据终端的上层界面上，同时将处理后的数据发送到移动端；数据终端还用于通过数据中转器对采集节点模块进行初始设置和远程启动；所述移动端用于接收数据终端发送的数据并供用户查询。本发明的每个采集节点模块中都设置有Zigbee通信模块，Zigbee协议支持网络的自组网，并且能够支持多达64个节点组成星型网络或点对点网络，实现被测数据的无线传输，节点间传输距离可达200m以上；另外，只需要将节点布设于监测区域，节点不需要预定的设施的支撑，节点一旦组成网络后，网络的拓扑结构将随着节点的移动、入网、离开网络而动态地变化，无需人工干涉。
进一步地，所述各个采集节点模块还包括臭氧监测传感器、二氧化硫监测传感器、二氧化氮监测传感器和一氧化碳监测传感器；各个采集节点模块的臭氧监测传感器、二氧化硫监测传感器、二氧化氮监测传感器和一氧化碳监测传感器将监测到的数据进行处理后发送给该采集节点模块的Zigbee通信模块。本发明通过对空气主要污染物进行实时监测，可以及时反应空气质量。
进一步地，所述数据中转器包括依次连接的第一GPRS接收模块、汇聚节点模块、工控机模块和GPRS发射模块；所述第一GPRS接收模块用于接收各个采集节点模块发送的数据并将数据上传到汇聚节点模块；所述汇聚节点模块用于储存第一GPRS接收模块发送的数据并上传至工控机模块，汇聚节点模块还用于控制各个采集节点模块的工作模式；所述工控机模块用于接收汇聚节点模块发送的数据并将处理后的数据发送给GPRS发射模块；所述GPRS发射模块用于接收工控机模块发送的数据并将数据发送给数据终端。本发明的汇聚节点模块一直处于工作状态下，是整个网络的核心节点，负责网络的管理和为何，并控制其他节点的工作模式，比如选择需要监测的环境变量、节点的采集频度等，并且具有较大的存储空间，可将每个采集节点模块的数据存储下来在需要的时候传至工控机。
进一步地，所述充电模块包括依次连接的太阳能电池板、铅酸电池、充电控制器，所述充电控制器与数据中转器的汇聚节点模块相连。由于汇聚节点模块一直处于工作状态，所以必须为汇聚节点模块提供可靠的电源，利用太阳能电池板和铅酸电池一起，既能节约能源，又可以利用铅酸电池容量大、没有记忆效应的特点，可靠性好。
进一步地，所述数据终端包括第二GPRS接收模块和电脑主机；所述第二GPRS接收模块用于接收数据中转器发送的数据并将数据发送给电脑主机；所述电脑主机用于接收第二GPRS接收模块发送的数据并储存，电脑主机还用于通过数据中转器对采集节点模块进行初始设置和远程启动。
本发明的有益效果在于：
1、每个采集节点模块中都设置有Zigbee通信模块，Zigbee协议支持网络的自组网，并且能够支持多达64个节点组成星型网络或点对点网络，可以对空气质量进行多点实时监测，并实现被测数据的远距离无线传输。
2、Zigbee协议具有功耗低、协议简单和具有扩展能力的特点，使本发明在实现多点监测和自组网的同时还能降低整个系统的成本、节约能源。
3、本发明的数据传输是双向的，不仅可以在数据终端实现对采集节点模块的初始设置和启动工作，也可以通过数据中转器的汇聚节点模块实现对采集节点模块的网络控制，工作方式灵活，效率高。
4、利用太阳能电池板和铅酸电池一起为汇聚节点模块供电，既能节约能源，可靠性又好。
5、用户可以通过移动端对监测数据进行远程查询。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种城市环境质量自动监测系统，包括3个采集节点模块、数据中转器、充电模块、数据终端和移动端；每个采集节点模块均包括臭氧监测传感器、二氧化硫监测传感器、二氧化氮监测传感器、一氧化碳监测传感器和Zigbee通信模块；数据中转器包括依次连接的第一GPRS接收模块、汇聚节点模块、工控机模块和GPRS发射模块；充电模块包括依次连接的太阳能电池板、铅酸电池盒充电控制器，充电控制器的输出端与数据中转器的汇聚节点模块相连；数据终端包括第二GPRS接收模块和电脑主机。
各个采集节点模块的臭氧监测传感器、二氧化硫监测传感器、二氧化氮监测传感器和一氧化碳监测传感器将监测到的数据进行处理后发送给该采集节点模块的Zigbee通信模块，Zigbee通信模块再将数据发送给数据中转器的第一GPRS接收模块，第一GPRS用于接收各个采集节点模块发送的数据并将数据上传到汇聚节点模块；汇聚节点模块用于储存第一GPRS接收模块发送的数据并上传至工控机模块，汇聚节点模块还用于控制各个采集节点模块的工作模式；工控机模块用于接收汇聚节点模块发送的数据并将处理后的数据发送给GPRS发射模块；GPRS发射模块用于接收工控机模块发送的数据并将数据发送给数据终端的第二GPRS接收模块；第二GPRS接收模块用于接收GPRS发射模块发送的数据并将数据发送给电脑主机；电脑主机用于接收第二GPRS接收模块发送的数据并将处理后的数据发送给移动端，电脑主机还用于存储接收到的数据并将处理后的数据显示在电脑主机的上层界面上，电脑主机还用于通过数据中转器对采集节点模块进行初始设置和远程启动；移动端用于接收数据终端发送的数据并供用户查询。
本实施例中，采集节点模块为3个，每个采集节点采用了4个监测传感器，采集节点模块主要有CC2430及其外围电路组成的射频板、传感器调理板和传感器三部分组成。用户可以在数据终端发送设置命令来对传感器网络的采集、传输进行初始设置并实现人工远程启动系统，也可有汇聚节点模块自行完成初始设置并启动系统。当系统设置为休眠状态时，与外围电路的连接处于高阻态。
在具体实施时，每个采集节点可以根据需要选择多余4个的监测传感器，并且最多可以支持64个采集节点组成星型网络或点对点网络，实现被测数据的无线传输且节点间的传输距离可达200m以上。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种城市环境质量自动监测系统，其特征在于，包括采集节点模块、数据中转器、充电模块、数据终端和移动端；
所述采集节点模块为多个，每个采集节点模块包括Zigbee通信模块，采集节点模块用于采集空气中被监测物的含量并将处理后的数据通过Zigbee通信模块发送到数据中转器；
所述数据中转器用于接收各个采集节点模块发送的数据并将处理后的数据发送到数据终端；
所述充电模块用于对数据中转器进行充电；
所述数据终端用于接收数据中转器发送的数据并将处理后的数据显示在数据终端的上层界面上，同时将处理后的数据发送到移动端；数据终端还用于通过数据中转器对采集节点模块进行初始设置和远程启动；
所述移动端用于接收数据终端发送的数据并供用户查询。
2.根据权利要求1所述的一种城市环境质量自动监测系统，其特征在于，所述各个采集节点模块还包括臭氧监测传感器、二氧化硫监测传感器、二氧化氮监测传感器和一氧化碳监测传感器；各个采集节点模块的臭氧监测传感器、二氧化硫监测传感器、二氧化氮监测传感器和一氧化碳监测传感器将监测到的数据进行处理后发送给该采集节点模块的Zigbee通信模块。
3.根据权利要求1所述的一种城市环境质量自动监测系统，其特征在于，所述数据中转器包括依次连接的第一GPRS接收模块、汇聚节点模块、工控机模块和GPRS发射模块；
所述第一GPRS接收模块用于接收各个采集节点模块发送的数据并将数据上传到汇聚节点模块；
所述汇聚节点模块用于储存第一GPRS接收模块发送的数据并上传至工控机模块；汇聚节点模块还用于控制各个采集节点模块的工作模式；
所述工控机模块用于接收汇聚节点模块发送的数据并将处理后的数据发送给GPRS发射模块；
所述GPRS发射模块用于接收工控机模块发送的数据并将数据发送给数据终端。
4.根据权利要求3所述的一种城市环境质量自动监测系统，其特征在于，所述充电模块包括依次连接的太阳能电池板、铅酸电池、充电控制器，所述充电控制器与数据中转器的汇聚节点模块相连。
5.根据权利要求1所述的一种城市环境质量自动监测系统，其特征在于，所述数据终端包括第二GPRS接收模块和电脑主机；所述第二GPRS接收模块用于接收数据中转器发送的数据并将数据发送给电脑主机；所述电脑主机用于接收第二GPRS接收模块发送的数据并储存，电脑主机还用于通过数据中转器对采集节点模块进行初始设置和远程启动。
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