CN106973101A - 一种NB‑IoT无线PM2.5监测器 - Google Patents

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陈博
周卫明
陈平
杜大才
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    • H04L67/01—Protocols
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    • G—PHYSICS
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    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种NB‑IoT无线PM2.5监测器，包括主控MCU、PM2.5粉尘传感器、NB‑IoT无线传输芯片、兼容GPS定位芯片，其中GPS和MCU、PM2.5粉尘传感器和MCU都是通过串口进行通讯，NB‑IoT芯片和主控芯片通过SPI通讯。本发明借助NB‑IoT网络进行数据传输。检测器采用MCU+NB‑IoT+PM2.5粉尘传感器模式设计，主控芯片将传感器采集到的数据通过NB‑IoT芯片发送出去，经过NB‑IoT基站上传到后台，最终发送到监测机构，用于判别环境质量变化。检测器兼容GPS芯片，用于数据密集采集区域，比如矿井、工厂等等。

Description

一种NB-IoT无线PM2.5监测器
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，具体地说，涉及一种NB-IoT无线PM2.5监测器。
背景技术
随着经济的飞速发展，现代社会环境污染越来越受到人们的关注，雾霾，成为困扰人们的最大环境问题，PM2.5已经成为衡量环境质量的一大标准。工厂、汽车、施工等等产生的烟雾和粉尘，对城市的影响越来越大，严重影响了人们的生活。节能减排、汽车限号等等措施，是人们对减轻雾霾做出的努力。
目前PM2.5粉尘监测器一般都和GSM网络直接对接，利用GSM网络将采集到的数据上报数据中心，再分发给环境监测机构。利用GSM网络的PM2.5粉尘监测器，功耗高，成本也高，设备使用寿命相对较短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种NB-IoT无线PM2.5监测器，使用NB-IoT技术，功耗低、成本低、传输距离远。还具有产品尺寸小、部署方便，覆盖范围广的特点，适合推广应用。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，其技术方案具体为：
一种NB-IoT无线PM2.5监测器，包括主控MCU、PM2.5粉尘传感器、NB-IoT无线传输芯片、兼容GPS定位芯片，其中兼容GPS定位芯片和主控MCU之间，PM2.5粉尘传感器和主控MCU之间都是通过串口进行通讯，NB-IoT无线传输芯片和主控MCU之间通过SPI通讯。
本发明的NB-IoT无线PM2.5监测器，采用激光检测，数据准确、采集稳定、数据一致性好；分辨率高，分辨颗粒最小直径达0.3微米；量程大，可测量PM2.5：0.0-999.9μg/m3；响应速度快，响应时间1s，精度误差小，相对误差±10μg/m3。
本发明具有以下有益效果：
1、使用NB-IoT技术，功耗低、成本低、传输距离远。
PM2.5粉尘传感器SDS018工作电流60ma左右，休眠电流4ma，采用间歇式工作方式，大大降低了产品本身的功耗。而且采用单片机方式，成本低。NB-IoT芯片本身传输数据距离远，所以基站信号范围内离基站很远的地方部署也可将数据发送到基站。
2、产品尺寸小
产品尺寸可以做到59x45x30mm，尺寸非常小。
3、采用NB-IoT组网协议传输数据，传输数据稳定安全。
NB-IoT组网协议本身的数据传输安全性，让数据接收更稳定安全。
4、部署方便，覆盖范围广
NB-IoT无线PM2.5监测器借助NB-IoT网络，有NB-IoT基站的地方都可以部署。借助国动集团部署的NB-IoT基站网络，即可轻松覆盖全国大中小城市范围。
附图说明
图1为本发明NB-IoT无线PM2.5监测器的整体结构示意图；
图2为本发明NB-IoT无线PM2.5监测器的外观样式图；
图3为本发明NB-IoT无线PM2.5监测器的室外安装图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，一种NB-IoT无线PM2.5监测器，包括主控MCU、PM2.5粉尘传感器、NB-IoT无线传输芯片、兼容GPS定位芯片，其中兼容GPS定位芯片和主控MCU之间，PM2.5粉尘传感器和主控MCU之间都是通过串口进行通讯，NB-IoT无线传输芯片和主控MCU之间通过SPI通讯。
本发明NB-IoT无线PM2.5监测器，采用型号为STM32L031单片机芯片作为主控MCU，采用NB-IoT作为无线传输芯片，外加济南诺方电子技术有限公司的PM2.5粉尘传感器SDS018，使用太阳能电池板作为供电设备，工作电压5V。
SDS018 PM2.5粉尘传感器将采集到的数据通过串口传输给主控MCU芯片，MCU接收到信号后，通过NB-IoT芯片经过标准的NB-IoT组网协议发送到基站，基站再将数据发送到数据后台和监控中心，完成PM2.5数据的采集。本发明兼容GPS芯片，用于需要密集监测的区域，一般城市采用不带GPS芯片设备。GPS芯片采用UBLOX_G7020芯片，通过串口和主控MCU进行通讯。
NB-IoT无线PM2.5监测器采用间歇式工作方式，每4个小时(可通过NB-IoT后台进行配置)采集一次数据，休眠时MCU处于低功耗状态，NB-IoT芯片也处于休眠状态，SDS018传感器处于关闭状态。当需要采集数据时，MCU自己通过RTC方式唤醒自己，然后给SDS018进行上电开机，SDS018开机后采集数据，将数据通过串口发送给MCU，MCU再唤醒NB-IoT芯片，将数据通过NB-IoT发送出去。如果带GPS芯片，GPS每6个周期(即24小时)定位一次。
如图2所示，产品上部有两个天线接口，如果带GPS定位，则需要安装6PS天线1，另一个为NB-IoT天线2，天线可以直接安装到产品上，也可以通过馈线引出再接到产品上。产品右侧下方为太阳能电源线接口4，直接插入即可。太阳能电源线接口4上方为PM2.5粉尘采集器粉尘采集窗3，当粉尘采集器工作时，风扇转动会从采集窗吸入空气，然后进行检测，输出检测出来的PM2.5粉尘数据。
如图3所示，为产品在室外安装示意图。一般产品安装于室外1-3米高的固定柱上，固定柱顶部为太阳能电池板5，电池板下方为太阳能电池电压转换器6，再下方大概30cm安装本发明产品NB-IoT无线PM2.5监测器7。安装时装太阳能电池板5，再安装电压转换器，最后安装本发明产品，安装固定好后最后将电压转换器外接的电源线插入本发明产品的太阳能电源线接口4。
本发明NB-IoT无线PM2.5监测器，主要借助NB-IoT网络进行数据传输。检测器采用MCU+NB-IoT+PM2.5粉尘传感器模式设计，主控芯片将传感器采集到的数据通过NB-IoT芯片发送出去，经过NB-IoT基站上传到后台，最终发送到监测机构，用于判别环境质量变化。检测器兼容GPS芯片，用于数据密集采集区域，比如矿井、工厂等等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种NB-IoT无线PM2.5监测器，其特征在于，包括主控MCU、PM2.5粉尘传感器、NB-IoT无线传输芯片、兼容GPS定位芯片，其中兼容GPS定位芯片和主控MCU之间，PM2.5粉尘传感器和主控MCU之间都是通过串口进行通讯，NB-IoT无线传输芯片和主控MCU之间通过SPI通讯。
2.如权利要求1所述的一种NB-IoT无线PM2.5监测器，其特征在于，采用激光检测，分辨颗粒最小直径达0.3微米；能测量PM2.5：0.0-999.9μg/m3；响应时间1s，相对误差±10μg/m3。
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