CN106768022A - 一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，包括：环境监测模块用于在接收到数据采集模块的任务指令后，采集设备附近区域的空气质量数据，并将空气质量数据通过微功率无线通讯技术将上述空气质量数据发送至该数据采集模块，其中，环境监测模块中的多个传感器之间通过微功率无线通讯组网技术，实现自组网，支持多个通讯通道；每个数据采集模块接收并存储对应通讯通道的空气质量数据；综合显示模块用于对来自每个数据采集模块的空气质量数据进行分析，根据所监测区域和设备的不同，以可视化形式向用户进行显示，供用户对设备所在环境的空气质量进行监控评估。本发明从系统层面解决大空间室内环境监测的快速安装部署、集中展示。

Description

一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统

技术领域

本发明涉及无线通讯及环境监测技术领域，特别涉及一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统。

背景技术

目前市场上的室内环境监控产品种类多如牛毛。大部分都是单独的一个设备，可以检测空气中二氧化碳浓度、颗粒物、VOC、甲醛、温湿度等单个或多个指标。产品通常使用电池或USB供电，自身带有液晶屏幕，独立运行。

但是，现有技术中的室内环境监控产品存在以下问题：

(1)对于面积较大的房间，无法从系统的层面对环境质量进行控制：由于检测设备是独立运行的，导致只能监测设备附近的环境质量，即使布置多个设备，但是各个设备是独立运行的，数据无法集中展示、实时效果较差，也无法从系统的层面监测、分析室内空气质量。根本无法满足对环境要求苛刻的场所。设备采供的各个模块通常是非低功耗的，因此待机时间较短。

(2)基于RS485通讯的空气质量监测设备，通常单个设备只能监测单一的指标，通讯采用485组网通讯，每个设备监测指标比较单一。例如：温湿度监测设备只能监测温湿度、甲醛的监测设备只能监测甲醛、颗粒物的监测设备只能监测颗粒物，采用485通讯组网，传输距离3000m左右。可通过做组态软件等上位机软件集中展示各个检测指标。

这种方式监测指标比较单一，通常单个设备只能监测某个固定的指标，不具备一个设备可检测多个指标的功能，由于采用485通讯，需要针对通讯线路、供电电路布线。施工异常复杂、安装不便捷。如果同时检测室内的温湿度、甲醛、颗粒物等多项指标，需要部署多套检测设备，实施异常复杂，导致后期维护工作量较大。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，可以从系统层面解决大空间室内环境监测的快速安装部署、集中展示。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，包括：多个环境监测模块、多个数据采集模块和多个综合显示模块，其中，每个数据采集模块与多个环境监测模块相连，每个所述综合显示模块与多个数据采集模块相连，所述环境监测模块用于在接收到所述数据采集模块的任务指令后，采集设备附近区域的空气质量数据，并将所述空气质量数据通过微功率无线通讯技术将上述空气质量数据发送至该数据采集模块，其中，所述环境监测模块中的多个传感器之间通过微功率无线通讯组网技术，实现自组网，支持多个通讯通道，其中，每个所述通讯通道内配置有多个设备，将每个所述通讯通道的空气质量数据发送至该通讯通道对应的数据采集模块；

每个所述数据采集模块用于接收并存储对应通讯通道的空气质量数据，并发送至所述综合显示模块进行呈现；

所述综合显示模块用于对来自每个所述数据采集模块的空气质量数据进行分析，根据所监测区域和设备的不同，以可视化形式向用户进行显示，供用户对设备所在环境的空气质量进行监控评估。

进一步，所述环境监测模块包括微处理器、多种传感器、无线通讯单元和供电单元，其中，所述微处理器分别与每种所述传感器、无线通讯单元和供电单元相连，用于接收来自每种所述传感器的空气质量数据，并分析该空气质量数据所属的通讯通道，通过所述无线通讯单元发送至对应通道的数据采集模块，所述供电单元用于向所述微处理器供电。

进一步，所述传感器包括以下一种或多种传感器：甲醛传感器、氨气传感器、挥发性有机化合物VOC传感器、温湿度传感器、颗粒物传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器和一氧化碳传感器。

进一步，每个所述数据采集模块与所述综合显示模块通过以下三种方式之一进行通讯：RS485、RS232、USB。

进一步，还包括报警模块，所述报警模块与所述环境监测模块和所述数据采集模块相连，当出现以下情况之一时，所述报警模块发出报警提示：

(1)所述环境监测模块判断空气质量数据超标，控制所述报警模块报警提示，；

(2)所述数据采集模块在向所述环境监测模块发出任务指令后，所述环境监测模块未在预设时间内返回空气质量数据。

进一步，所述报警模块采用声光报警方式，包括：蜂鸣器和LED灯。

进一步，所述综合显示模块用于根据设备所在环境的室内布局、对应的空气指令数据，以色谱图形式对环境的空气质量进行显示。

进一步，所述综合显示模块与外部的其他环境设备进行联动控制，以对室内环境进行智能控制。

进一步，所述外部的其他环境设备包括：中央空调、中央加湿系统、新风系统、空气净化、光照系统、远程告警系统。

进一步，所述综合显示模块用于提供历史数据的回归显示，包括：向用户提供时间轴查询功能，查询用户指令历史时间节点的数据。

根据本发明实施例的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，具有以下有益效果：产品安装便捷，便面了布线的困扰，尤其是无菌、无尘场所的安装部署；免运维，抄底功耗的硬件、软件架构确保产品安装后，可稳定运行1年以上；大规模组网通讯技术、15个通道、每个通道6000个节点，可满足任意大型环境的综合检测需求；设备异常告警，智能推送排查预案，可大幅度提高系统稳定性；系统层面解决大空间室内环境监测的快速安装部署、集中展示。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统的结构图；

图2为根据本发明实施例的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

通常对环境要求苛刻的大型场所，多由多个大型区域组成，每个区域需要根据监测模型部署多个监测点。各个监测点的数据需要集中展示，能从宏观及围观角度反映大型产所的综合环境质量。如大型实验室、药厂、药房、药库、博物馆等重要场所，大都是这种情况。但是某些已经运行的场所不允许进行施工，实施工作异常苛刻。

为解决上述问题，本发明提出一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，立足于从系统层面解决大空间室内环境监测的快速安装部署、集中展示。

如图1所示，本发明实施例的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，包括:多个环境监测模块1、多个数据采集模块2和多个综合显示模块3。每个数据采集模块2可与多个环境监测模块1相连，每个综合显示模块3可与多个数据采集模块2相连。

具体地，环境监测模块1用于在接收到数据采集模块2的任务指令后，采集设备附近区域的空气质量数据，并将空气质量数据通过微功率无线通讯技术将上述空气质量数据发送至该数据采集模块2。其中，环境监测模块1中的多个传感器之间通过微功率无线通讯组网技术，实现自组网，支持多个通讯通道。

微功率无线通讯：通过微功率无线通讯模块(发射功率低于30mv)发射和接收信息。具有无需布线、通信可靠性高、网络稳定、通讯速率高、实时性强等技术特点。

在本发明的一个实施例中，每个通讯通道内配置有多个设备，将每个通讯通道的空气质量数据发送至该通讯通道对应的数据采集模块2。

优选的，本发明可以支持15个通讯通道，每个通道内的检测设备的监测数据可发送到对应通讯通道远程数据采集模块2。每个通讯通道内可配置6000个检测设备。每个设备的唯一标示通过通道号、设备地址确定。

具体地，环境监测模块1包括微处理器MCU、多种传感器、无线通讯单元和供电单元。

微处理器分别与每种传感器、无线通讯单元和供电单元相连，用于接收来自每种传感器的空气质量数据，并分析该空气质量数据所属的通讯通道，通过无线通讯单元发送至对应通道的数据采集模块2，供电单元用于向微处理器供电。

在本发明中，环境监测模块1采用微功耗硬件技术架构，微处理器、传感器、无线通讯单元和供电单元均采用业内最顶级的超低功耗芯片，待机功耗仅为80nA。点对点通讯距离可达800米(空旷地带)，高容量电池供电，确保设备在无运维的情况下可工作1年左右(在配置全套传感器的情况下)。

如图2所示，在环境监测模块1上设置有显示屏，可以显示环境的温度(上方)和湿度(下方)。

本发明采用超低功耗软件架构，设备启动3秒钟后，设备进入休眠模式，当接收到数据采集模块2的任务指令后，环境监测模块1可以在最短的时间唤醒，执行数据采集任务，数据采集完毕后，微功率无线通讯模块转换成发射状态，发送数据，之后整机在进入休眠模式。

在本发明的一个实施例中，传感器包括以下一种或多种传感器：甲醛传感器、氨气传感器、挥发性有机化合物VOC传感器、温湿度传感器、颗粒物传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器和一氧化碳传感器。

需要说明的是，本发明采用的传感器，均使用业内顶级的数字电化学传感器，灵敏度高、功耗低、寿命长。可同时支持甲醛、氨气、VOC、温湿度、颗粒物、光照度、二氧化碳、一氧化碳的测量。当然，传感器的种类可根据实际情况由用户进行选配。

本发明的环境监测模块1安装时只需要使用3M双面胶黏贴到制定的控件位置即可。单体安装便捷，待机时间长，零维护，无需布线，产品体积小、重量轻。

每个数据采集模块2用于接收并存储对应通讯通道的空气质量数据，并发送至综合显示模块3进行抓取呈现。

在本发明的一个实施例中，每个数据采集模块2与综合显示模块3通过以下三种方式之一进行通讯：RS485、RS232、USB。用户可根据传输距离选择不同的通讯方式。每个数据采集模块2可负责采集6000个环境监测模块1的数据。

单个数据采集模块2可采集近6000个环境监测模块1的数据。通常每个大型区域或每个楼层配置一个采集模块即可，因此不存在安装约束问题，对于多楼宇及多个大型区域的场所可部署多个采集模块。数据采集模块2到综合展示模块间的通讯采用485通讯技术，通讯距离可达3000米，解决了长距离通讯的问题。

采用轮询技术，各个监测点平时处于待机状态，当被轮询时，监测点进入激活状态，快速的完成数据采集、传输。数据采集模块2与综合展示模块采用485通讯，可将多个大区域的数据传送到上位机服务器。

每个数据采集模块2的外部通讯采用标准的modbus通讯协议，可与主流组态软件配合使用。

此外，本发明实施例的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，还包括报警模块。具体地，报警模块与环境监测模块1和数据采集模块2相连，当出现以下情况之一时，报警模块发出报警提示，以通知用户进行排查：

(1)环境监测模块1判断空气质量数据超标，控制报警模块报警提示。

即：当空气质量指标越限后，蜂鸣器发出蜂鸣报警，同时屏幕闪烁报警，实现双报警。

(2)数据采集模块2在向环境监测模块1发出任务指令后，环境监测模块1未在预设时间内返回空气质量数据。

单点异常报警，当被轮炒的环境监测模块1多次未及时返回数据，设备将显示异常节点的信息，并通过蜂鸣器、LED灯闪烁方式告警。

在本发明的一个实施例中，报警模块可以采用声光报警方式，包括：蜂鸣器和LED灯。

综合显示模块3用于对来自每个数据采集模块2的空气质量数据进行分析，根据所监测区域和设备的不同，以可视化形式向用户进行显示，供用户对设备所在环境的空气质量进行监控评估。

综合显示模块3从数据采集模块2提取数据，并将数据进行分析整理，集中展示，让用户对整体环境有宏观及围观的认知，克服了现有技术中单点显示问题。

综合显示模块3采用基于个人计算机PC的应用装监控软件。监控软件负责展示和分析环境监测模块1的数据，对净化的整体空间的环境质量进行评估分析。

(1)基于系统层面的空气净化

本发明能集中展示区域内多个环境监测模块1的监测数据，并以图表的形式直观显示。对监测数据实时分析，当指标超标时生成阈值告警。

(2)色谱图

综合显示模块3用于根据设备所在环境的室内布局、对应的空气指令数据，以色谱图形式对环境的空气质量进行显示。

具体地，综合显示模块3将环境监测模块1的指标数据以可视化的方式展示。色谱图以实际的室内布局为背景，以指标的监测浓度为基准，将指标监测浓度用颜色表示，通过色相、亮度和饱和度的组合反映该项环境指标在室内实际的分布状况。指标颜色由指标属性和指标值决定。将监测值分为不同段，不同的段用不同的色相表示，段内通过亮度和饱和度的组合表示。

(3)联动

具体地，综合显示模块3与外部的其他环境设备进行联动控制，以对室内环境进行智能控制。在本发明的一个实施例中，外部的其他环境设备包括：中央空调、中央加湿系统、新风系统、空气净化、光照系统、远程告警系统。本发明与中央空调、中央加湿系统、新风系统、空气净化、光照系统、远程告警系统联动，智能控制室内环境，实现真正的绿色、节能、环保、安全的室内环境。

(4)异常指示

当某个环境监测模块1或数据采集模块2异常时，系统告警提示，并推送维护方案。

(5)历史数据回归显示

综合显示模块3用于提供历史数据的回归显示，包括：向用户提供时间轴查询功能，查询用户指令历史时间节点的数据。系统提供时间轴查询功能。时间轴为数据记录的历史区间，点击滑块，数据切换到历史时间节点，支持快速播放。

根据本发明实施例的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，具有以下有益效果：产品安装便捷，便面了布线的困扰，尤其是无菌、无尘场所的安装部署；免运维，抄底功耗的硬件、软件架构确保产品安装后，可稳定运行1年以上；大规模组网通讯技术、15个通道、每个通道6000个节点，可满足任意大型环境的综合检测需求；设备异常告警，智能推送排查预案，可大幅度提高系统稳定性；系统层面解决大空间室内环境监测的快速安装部署、集中展示。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，包括：多个环境监测模块、多个数据采集模块和多个综合显示模块，其中，每个数据采集模块与多个环境监测模块相连，每个所述综合显示模块与多个数据采集模块相连，

每个所述环境监测模块用于在接收到所述数据采集模块的任务指令后，采集设备附近区域的空气质量数据，并将所述空气质量数据通过微功率无线通讯技术将上述空气质量数据发送至该数据采集模块，其中，所述环境监测模块中的多个传感器之间通过微功率无线通讯组网技术，实现自组网，支持多个通讯通道，其中，每个所述通讯通道内配置有多个设备，将每个所述通讯通道的空气质量数据发送至该通讯通道对应的数据采集模块；

每个所述数据采集模块用于接收并存储对应通讯通道的空气质量数据，并发送至所述综合显示模块进行呈现；

每个所述综合显示模块用于对来自每个所述数据采集模块的空气质量数据进行分析，根据所监测区域和设备的不同，以可视化形式向用户进行显示，供用户对设备所在环境的空气质量进行监控评估。

2.如权利要求1所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，所述环境监测模块包括微处理器、多种传感器、无线通讯单元和供电单元，其中，所述微处理器分别与每种所述传感器、无线通讯单元和供电单元相连，用于接收来自每种所述传感器的空气质量数据，并分析该空气质量数据所属的通讯通道，通过所述无线通讯单元发送至对应通道的数据采集模块，所述供电单元用于向所述微处理器供电。

3.如权利要求1或2所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，所述传感器包括以下一种或多种传感器：甲醛传感器、氨气传感器、挥发性有机化合物VOC传感器、温湿度传感器、颗粒物传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器和一氧化碳传感器。

4.如权利要求1所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，每个所述数据采集模块与所述综合显示模块通过以下三种方式之一进行通讯：RS485、RS232、USB。

5.如权利要求1所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，还包括报警模块，所述报警模块与所述环境监测模块和所述数据采集模块相连，当出现以下情况之一时，所述报警模块发出报警提示：

(1)所述环境监测模块判断空气质量数据超标，控制所述报警模块报警提示；

(2)所述数据采集模块在向所述环境监测模块发出任务指令后，所述环境监测模块未在预设时间内返回空气质量数据。

6.如权利要求5所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，所述报警模块采用声光报警方式，包括：蜂鸣器和LED灯。

7.如权利要求1所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，所述综合显示模块用于根据设备所在环境的室内布局、对应的空气指令数据，以色谱图形式对环境的空气质量进行显示。

8.如权利要求1所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，所述综合显示模块与外部的其他环境设备进行联动控制，以对室内环境进行智能控制。

9.如权利要求8所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，所述外部的其他环境设备包括：中央空调、中央加湿系统、新风系统、空气净化、光照系统、远程告警系统。

10.如权利要求1所述的基于微功率无线通讯技术的环境监控系统，其特征在于，所述综合显示模块用于提供历史数据的回归显示，包括：向用户提供时间轴查询功能，查询用户指令历史时间节点的数据。