CN108332392A - 一种空气质量信息检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气质量信息检测系统，空气质量检测仪，其分布在若干个采集点，各个空气质量检测仪的输出端无线连接至一移动终端，移动终端接收各个空气质量检测仪采集的空气质量信息和该空气质量检测仪的位置信息；云端平台，其与移动终端通信连接，云端平台接受移动终端的发送数据，并进行储存和整合，并根据移动终端发送的请求指令，将相应请求数据发送至移动终端；数据处理模块，其调取云端平台中储存的数据，并将实时上传到云端平台中的数据与调取的储存数据进行比对，得到气体的流动趋势和分布信息。本发明集空气分析，实时显示，数据上传，终端APP接收于一体的产品，能够符合便捷性，实时性，区域性等的要求。

Description

一种空气质量信息检测系统

技术领域

本发明属于空气质量监测技术领域，特别是一种空气质量信息检测系统。

背景技术

洁净大气是人类赖以生存的必要条件之一，一个人在5个星期内不吃饭或5天内不喝水，尚能维持生命，但超过5分钟不呼吸空气，便会死亡。大气有一定的自我净化能力，因自然过程等进入大气的污染物，由大气自我净化过程从大气移除，从而维持洁净大气。

但是随着工业级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，使空气变坏。

如今，大量汽车尾气的排放以及大量树木被砍伐所导致的空气质量下降已经威胁到了我们的生存环境，随着“全球变暖”、“海平面上升”、“雾霾”等事件的不断升温，建设绿色社会的要求已经被提上了日程。

然而我们个人难以控制工业气体的排放，汽车尾气的排放也暂不能减少。如何能够精确地测量出身边空气的浓度，分析出特定气体的趋势分布情况，是空气质量检测器的重点。

如今，大量汽车尾气的排放以及大量树木被砍伐所导致的空气质量下降已经威胁到了我们的生存环境，许多地方都会建造大型空气监测站对某个城市的空气质量进行测量。但是大型空气监测站只能监测整个地区大致的空气质量和分布趋势，并且无法监测室内环境的空气质量。另外目前各种各样的手持式空气检测仪只具备基本的空气质量检测功能，无法将检测结果进行实时共享和上传云端数据库。

发明内容

针对上述技术问题，本发明公开了一种空气质量信息检测系统，应用于周边实时空气采集检测，通过蓝牙发送至手机终端APP。经手机终端通过定位，发送云端的大数据分析，并显示在终端上。因此需要便于携带，抗干扰性强的特点，本发明集空气分析，实时显示，数据上传，终端APP接收于一体的产品，能够符合便捷性，实时性，区域性等的要求。

为了实现根据本发明的目的，提供了一种空气质量信息检测系统，包括：

空气质量检测仪，其分布在若干个采集点，各个所述空气质量检测仪的输出端无线连接至一移动终端，所述移动终端接收各个空气质量检测仪采集的空气质量信息和该空气质量检测仪的位置信息；

云端平台，其与所述移动终端通信连接，所述云端平台接受所述移动终端的发送数据，并进行储存和整合，并根据所述移动终端发送的请求指令，将相应请求数据发送至所述移动终端；

数据处理模块，其调取所述云端平台中储存的数据，并将实时上传到所述云端平台中的数据与调取的储存数据进行比对，得到气体的流动趋势和分布信息。

优选的，所述空气质量检测仪包括：

主控电路，其连接一用于显示数据的OLED显示屏；

降压稳压电路，其连接所述主控电路和一电池；

气体颗粒物传感器，其与所述主控电路连接；

定位模块，其采集所述控制质量检测仪的位置信息，所述定位模块与所述主控电路连接，以及

无线收发模块，其与所述主控电路连接。

优选的，所述移动终端上安装有空气质量检测APP，所述空气质量检测APP无线接收并显示空气质量检测仪采集的空气质量信息和该空气质量检测仪的位置信息，并将采集到的数据进行统计分析后，打包上传至所述云端平台。

优选的，所述云端平台包括：

服务器，其负责与所述移动终端进行数据交互；

数据库，其将服务器实时接收到的空气质量信息和各个所述空气质量检测仪的位置信息进行储存，形成关于各个采集点空气质量信息的大数据。

优选的，所述数据处理模块调取所述数据库中储存的大数据，并将实时上传到所述云端平台中的数据与调取大数据进行比对，得到空气质量在全国各地的分布信息、空气污染在全国各地的分布信息以及流动趋势。

优选的，所述移动终端发出查看请求指令，所述云端平台响应所述查看请求指令，并将请求查看的空气质量分布信息、空气污染分布信息以及流动趋势呈现在所述空气质量检测APP上。

优选的，所述空气质量检测APP以数据陈列形式或地图标识分布形式呈现请求查看的空气质量分布信息、空气污染分布信息以及流动趋势。

本发明至少包括以下有益效果：

1.对于个体，可以更加直观得看到自己实时身处的空气的空气质量，而不是依赖于大气监测站的数据；

2.对于全国统筹，可以更加全面地观察到空气质量在全国的分布，以及空气污染在全国的分布以及流动。在佩戴该便携式终端的人数足够多或放置该便携式终端的区域足够密集的情况下，可以得到该片地区更为精确的空气质量数据以及分布趋势。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的系统的逻辑架构示意图；

图2是气体颗粒物传感器原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

根据本发明的空气质量信息检测系统的一种实现形式，其中包括：空气质量检测仪、云端平台和数据处理模块。

空气质量检测仪分布在若干个采集点，空气质量检测仪包括：

主控电路，其连接一用于显示数据的OLED显示屏；

降压稳压电路，其连接所述主控电路和一电池；

气体颗粒物传感器，其与所述主控电路连接；

定位模块，其采集所述控制质量检测仪的位置信息，所述定位模块与所述主控电路连接，以及

无线收发模块，其与所述主控电路连接，无线收发模块采用为蓝牙透传模块。

电池上连接一USB充放电电路，USB充放电电路以TP5410芯片为核心，外部电路采用用户手册的应用电路。TP5410为一款移动电源专用的单节锂离子电池充电器和恒定5V升压控制器。TP5410具有极低的空载功耗(小于10uA)，且升压输出驱动电流能力能达到1A。升压转换器采用变频的方式，因此较国内外同类产品具有极低的空载功耗、纹波以及更强的驱动能力。该部分PCB电路全部采用0603封装尺寸，各元器件尽量靠近TP5410芯片，减少干扰，同时减小占用面积。

降压稳压电路通过USB充放电电路连接电池，降压稳压电路以MIC5205-3.3芯片为核心，外部电路采用用户手册的应用电路。MIC5205是一种有效的噪声输出线性稳压器，具有非常低的压差(通常在轻负载17mV和165mV、150mA)，和非常低接地电流(耗电600μA输出100mA时),专门为手持式设计的电池驱动的设备。当突然断电时，其功耗降低到近似为零，差电流调节器地面将略有增加，进一步延长电池寿命。该部分PCB电路的元器件全部采用0603封装尺寸，减小元器件占用面积。

蓝牙透传模块部分电路以蜂汇物联科技的B-0002低功耗蓝牙4.0无线模块为核心，外部电路根据实际需要进行设计。3.3V与GND之间使用0.1μF的贴片电容进行滤波处理，P0_2与P0_3分别通过1K的上拉电阻与单片机的串口TX端、RX端连接，P1_0通过串联一个1K的贴片电阻和发光二极管接地，发光二极管的亮暗表明蓝牙的连接状态，P0_0与单片机复位引脚连接。另外P2_0作为睡眠控制引脚也可外接单片机引脚，当P2_0由高拉低时，模块被唤醒，进入广播或者扫描角色(模块上电时广播，P2_0不外接时处于高电平状态)。当P2_0由低电平拉高时，模块进入最低功耗模式，这时模块会停止广播或者扫描或者断开蓝牙连接。蜂汇物联科技推出的B-0002低功耗蓝牙4.0无线模块是基于TI公司的CC2541F256芯片研发的射频模块，该模块可广泛应用于短距离无线通信领域，具有功耗低、体积小、抗干扰能力强等特点。该部分PCB电路的元器件全部采用0603封装尺寸，减小元器件占用面积。

OLED显示屏部分电路以中景园电子的0.96寸OLED显示屏(裸屏)为核心，外部电路根据实际需要进行设计。由于控制程序采用4线SPI控制接口方式，故将BS0～BS2引脚接地，其他部分电路采用用户手册的应用电路。该部分PCB电路的元器件全部采用0603封装尺寸，并且使用OLED裸屏直接与PCB焊接，减小元器件占用面积。

气体颗粒物传感器部分电路以PMS7003传感器模块为核心，外部电路根据实际需要进行设计。PMS7003传感器模块最大尺寸仅48×37×12毫米(mm)，占用空间小，并且直接与单片机的串口2的TX2端、RX2端连接，减少了多余布线造成的尺寸问题。

主控电路的芯片采用STM32F103C8T6芯片,外部电路根据实际需要进行设计。STM32F103C8T6芯片采用LQFP48封装形式，尺寸仅7*7mm，最大限度地减少占用面积，同时又能实现所需功能。另外在程序中加入休眠唤醒功能，能够根据情况调节单片机的功耗状态，节约电量。

与现有技术和产品相比，本发明使用的空气质量检测仪轻便小巧，通过合理的布局布线以及外壳构造，尺寸大约为55*40*18mm，适合一些如孕妇、呼吸疾病患者等有需要的个人使用者随身携带，同时，功耗低，可通过USB数据线进行充电，无需经常更换电池，减少化学污染。

所述STM32主控芯片通过第一串口控制蓝牙芯片，发送颗粒物浓度信息。第二串口接收气体颗粒物传感器数据。另外在控制程序中通过SPI协议控制OLED屏显示数据，并且设置主控芯片的工作模式，节省功耗。

所述OLED显示屏主要用于显示气体颗粒物传感器得到的数据，也可根据需要显示日期、时间等信息。

所述气体颗粒物传感器模组通过排线与PCB电路板接口连接，并与电路板贴合。

所述蓝牙芯片可以通过配置与用户手机连接，将气体颗粒物浓度得数据发到手机APP，并通过手机定位获取该设备的位置信息，上传至云数据库，在云端进行数据整合处理。

所述USB充电电路采用TP5410芯片，外部各元器件采用0603贴片封装，尽量与TP5410芯片靠近。

所述降压稳压电路采用MIC5205-3.3芯片，外部各元器件采用0603贴片封装。

PCB电路板采用双面板设计，通过合理的布局布线以及外设放置，尽可能减小尺寸，减少干扰。

综上所述，本发明上述实施例的一种便携式的个人空气质量监测仪，具有检测空气质量的基本功能，尺寸小巧，携带方便，使用简单，能耗较低，可以进行USB充电，并将数据上传到云数据库。通过合理的设计，使得本发明的成本大大降低，市场前景广阔。

所述移动终端上安装有空气质量检测APP，所述空气质量检测APP无线接收并显示空气质量检测仪采集的空气质量信息和该空气质量检测仪的位置信息，并将采集到的数据进行统计分析后，打包上传至所述云端平台。

云端平台，其与所述移动终端通信连接，所述云端平台接受所述移动终端的发送数据，并进行储存和整合，并根据所述移动终端发送的请求指令，将相应请求数据发送至所述移动终端；

各个散布在全国各地的便携式终端，各自将从颗粒物浓度传感器得到的数据，在中央控制主机(STM32)中进行处理，空气质量信息通过蓝牙模块发送至持有者的APP终端，APP对数据进行统计、分析，同时经由手机定位获取该设备的位置信息，将位置信息与空气质量信息打包，上传至云端数据库，在云端进行数据整合处理，应用到大数据存储分析的功能，得到各种气体的流动趋势和分布情况，做到及时警报与及时反馈功能。统筹全国，服务个体。

如图1所示，该系统根据连接，并读取到便携式低功耗蓝牙设备读取的数据，定位到用户手机终端地理位置，上传到云端服务器，通过java web配置的tomcat服务器，连接在云端建立的MySQL数据库保存本地数据，通过同样的方法，遍历数据库中的数据，下载到本地，并在安卓终端将数据通过气泡的形式展示出来。

数据处理模块，其调取所述云端平台中储存的数据，并将实时上传到所述云端平台中的数据与调取的储存数据进行比对，得到气体的流动趋势和分布信息。

所述云端平台包括：

Java web服务器，其负责与所述移动终端进行数据交互；

MySQL数据库，其将服务器实时接收到的空气质量信息和各个所述空气质量检测仪的位置信息进行储存，形成关于各个采集点空气质量信息的大数据。

所述数据处理模块调取所述数据库中储存的大数据，并将实时上传到所述云端平台中的数据与调取大数据进行比对，得到空气质量在全国各地的分布信息、空气污染在全国各地的分布信息以及流动趋势。

所述移动终端发出查看请求指令，所述云端平台响应所述查看请求指令，并将请求查看的空气质量分布信息、空气污染分布信息以及流动趋势呈现在所述空气质量检测APP上。

所述空气质量检测APP以数据陈列形式或地图标识分布形式呈现请求查看的空气质量分布信息、空气污染分布信息以及流动趋势。

本发明以随身携带以及固定地点安放两种存在形式来进行对周边空气质量指数的收集。它将定位采集到的实时数据上传到云端，并与各个地点的空气质量检测器所采集并上传到云端的数据进行对比和分析，从而得到所采集到的气体在所安放空气质量检测器的范围内的分布趋势。使用者可通过空气质量检测器上的显示来了解到哪些地方的空气质量指数超过了标准范围，进而使对某些空气敏感的特定人群提前做出预防措施。

空气质量检测仪与手机APP相连，通过手机定位，在百度地图上显示用户的实时位置，进而定位到此位置的信息，获得定位周围的空气质量指数。

气体颗粒物传感器采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线。进而微处理器利用基于米氏(MIE)理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。传感器各功能部分框图如图2所示。甲醛监测功能采用电化学原理实现，加入数据处理算法，所获得的数据稳定、精确。

APP终端获取GPS定位信息，在地图上显示当前设备所在位置，并得到由硬件传输回来的实时空气质量信息，并将实时信息上传云端数据库，云端处理后，形成全国的空气状况统计图表，并可同时分析污染物的传播以及扩散状况。

整体上，以百度地图作为系统的操作中心，将用户在百度地图上的点击和选择作为系统的输入，地图上有数据的点标注和呈现作为用户需求的输出。基于这一基本思路，系统的逻辑架构如图1所示。

系统整体上包含两部分：数据处理层和操作层。操作层负责用户对百度地图进行点击、拖拽等事件的感知，并读取感知目标的地理位置信息和分类信息等，并将读取到的信息传输到数据库。数据将地图感知数据传输给系统计算中心，服务器则结合用户选取的个人位置以及数据库里面相关数据，并将此信息反馈给操作层。操作层则可以利用这些反馈信息，自动实现地图页面的缩放和相关目标位置的标注和呈现。

本发明基于自助式旅行开发一个可视化的空气质量监测系统。该系统根据连接，并读取到便携式低功耗蓝牙设备读取的数据，定位到终端地理位置，上传到云端服务器，通过java web配置的tomcat服务器，连接在云端建立的MySQL数据库保存本地数据，通过同样的方法，遍历数据库中的数据，下载到本地。并在安卓终端，监听点击事件，将数据通过气泡的形式展示出来。

以随身携带以及固定地点安放两种存在形式来进行对周边空气质量指数的收集。它将定位采集到的实时数据上传到云端，并与各个地点的空气质量检测器所采集并上传到云端的数据进行对比和分析，从而得到所采集到的气体在所安放空气质量检测器的范围内的分布趋势。使用者可通过空气质量检测器上的显示来了解到哪些地方的空气质量指数超过了标准范围，进而使对某些空气敏感的特定人群提前做出预防措施。

由上所述，本发明对于个体，可以更加直观得看到自己实时身处的空气的空气质量，而不是依赖于大气监测站的数据；对于全国统筹，可以更加全面地观察到空气质量在全国的分布，以及空气污染在全国的分布以及流动。在佩戴该便携式终端的人数足够多或放置该便携式终端的区域足够密集的情况下，可以得到该片地区更为精确的空气质量数据以及分布趋势，同时，空气质量的数据可通过蓝牙发送到用户的手机APP，并通过网络上传到云数据库，符合当今大数据时代的发展要求，实现AQI指数智能化、数据采集规模化、外形轻便化，具有广泛的应用市场。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种空气质量信息检测系统，其特征在于，包括：

空气质量检测仪，其分布在若干个采集点，各个所述空气质量检测仪的输出端无线连接至一移动终端，所述移动终端接收各个空气质量检测仪采集的空气质量信息和该空气质量检测仪的位置信息；

云端平台，其与所述移动终端通信连接，所述云端平台接受所述移动终端的发送数据，并进行储存和整合，并根据所述移动终端发送的请求指令，将相应请求数据发送至所述移动终端；

数据处理模块，其调取所述云端平台中储存的数据，并将实时上传到所述云端平台中的数据与调取的储存数据进行比对，得到气体的流动趋势和分布信息。

2.如权利要求1所述的空气质量信息检测系统，其特征在于，所述空气质量检测仪包括：

主控电路，其连接一用于显示数据的OLED显示屏；

降压稳压电路，其连接所述主控电路和一电池；

气体颗粒物传感器，其与所述主控电路连接；

定位模块，其采集所述控制质量检测仪的位置信息，所述定位模块与所述主控电路连接，以及

无线收发模块，其与所述主控电路连接。

3.如权利要求2所述的空气质量信息检测系统，其特征在于，所述移动终端上安装有空气质量检测APP，所述空气质量检测APP无线接收并显示空气质量检测仪采集的空气质量信息和该空气质量检测仪的位置信息，并将采集到的数据进行统计分析后，打包上传至所述云端平台。

4.如权利要求3所述的空气质量信息检测系统，其特征在于，所述云端平台包括：

服务器，其负责与所述移动终端进行数据交互；

数据库，其将服务器实时接收到的空气质量信息和各个所述空气质量检测仪的位置信息进行储存，形成关于各个采集点空气质量信息的大数据。

5.如权利要求4所述的空气质量信息检测系统，其特征在于，所述数据处理模块调取所述数据库中储存的大数据，并将实时上传到所述云端平台中的数据与调取大数据进行比对，得到空气质量在全国各地的分布信息、空气污染在全国各地的分布信息以及流动趋势。

6.如权利要求5所述的空气质量信息检测系统，其特征在于，所述移动终端发出查看请求指令，所述云端平台响应所述查看请求指令，并将请求查看的空气质量分布信息、空气污染分布信息以及流动趋势呈现在所述空气质量检测APP上。

7.如权利要求6所述的空气质量信息检测系统，其特征在于，所述空气质量检测APP以数据陈列形式或地图标识分布形式呈现请求查看的空气质量分布信息、空气污染分布信息以及流动趋势。