CN108871448A - 一种环境数据采集系统及方法 - Google Patents

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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
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    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
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Abstract

本发明公开了一种环境数据采集系统及方法，采集系统包括多个环境传感器、传感器网络、信号采集器、MCU和无线传输模块，多个环境传感器通过传感器网络连接信号采集器，信号采集器连接MCU，MCU分别连接数据库模块、存储模块、报警模块，MCU通过无线传输模块连接后台终端，本发明结构原理简单，能够实现对环境传感数据的高效率采集，而且数据之间不会产生干扰，提高了后台监控效率。

Description

一种环境数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，具体为一种环境数据采集系统及方法。
背景技术
随着我国经济的飞快发展，环境污染的情形变得越来越严重，比如水资源污染、大气污染等等，已经威胁到了人们的健康生活。但是目前我国对环境监测的信息化程度还远远不够，根本无法满足我国急需的环境保护与发展的需要。环境数据化、信息化，使各个地方的人们能够共享数据是我国未来环境保护与发展的重要方向。
目前的环境数据一般通过人工采集，其采集效率低，采集精度低，无法实现对环境质量问题的实时监控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环境数据采集系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种环境数据采集系统，所述采集系统包括多个环境传感器、传感器网络、信号采集器、MCU和无线传输模块，多个环境传感器通过传感器网络连接信号采集器，所述信号采集器连接MCU，MCU分别连接数据库模块、存储模块、报警模块，所述MCU通过无线传输模块连接后台终端；
多个环境传感器包括土壤温湿度传感器、土壤PH传感器、空气温湿度传感器、PM2.5浓度传感器、水温传感器、水质传感器；
所述传感器网络包括簇头节点和若干个传感器节点，所述簇头节点用于根据各传感器节点的信号强度，通过蚂蚁群聚类算法对各传感器节点进行分群；根据各传感器节点的采集数据的差值以及每种采集数据的出现次数，对各采集数据进行聚类，以使得每个聚类中包含数值相近的采集数据；
所述传感器节点用于：根据簇头节点发送的分群信息，获知自身所在群以及自身为群内的中继节点，以接收群内其他传感器节点采集的采集数据。
优选的，所述无线传输模块包括调节芯片和射频开关芯片，所述调节芯片一脚分别连接电容A一端和电感A一端，二脚连接电容D一端，三脚分别连接电容E一端和晶振一端，四脚分别连接晶振另一端和电容F一端，电容D、电容E、电容F和电感A另一端均接地，所述调节芯片五脚连接电感B一端，六脚连接电感C一端，所述电感B另一端和电感C另一端分别连接电容G一端和电容M一端，所述电容M另一端分别连接电容H一端和电感E一端，电感E另一端分别连接电容I一端、电容J一端和电容K一端，电容I另一端分别连接电容G另一端、电容H另一端并接地，所述电容J另一端和电容K另一端之间接入电感D，所述电容K另一端还连接电容C一端和射频开关芯片，电容C另一端连接电容B；所述射频开关芯片通过电容L接地，所述射频开关芯片分别连接电阻A一端和场效应晶体管源极，所述场效应晶体管漏极分别连接电阻B一端和电容N一端，电容N另一端和电阻B另一端分别接场效应晶体管栅极。
优选的，其使用方法包括以下步骤：
A、多个环境传感器分别采集土壤温湿度、土壤PH、空气温湿度、PM2.5浓度、水温、水质，采集的数据通过传感器网络进行聚类后，通过数据采集器采集传输至MCU；
B、MCU将采集的数据保存至存储器中，同时将数据发送至数据库中与预设值进行比较；
C、一旦检测到异常时，立即发出报警信号，同时将采集的数据通过无线传输模块传输至后台终端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明结构原理简单，能够实现对环境传感数据的高效率采集，而且数据之间不会产生干扰，提高了后台监控效率。
(2)本发明采用的传感器网络能够减少数据传输距离减少能量消耗，并减少网内数据碰撞引起的干扰。
(3)本发明采用的无线传输模块具有较高的发送接收灵敏度，在抗干扰能力强的同时，其也具有长距离传输和低功耗的优点。
附图说明
图1为本发明系统原理框图；
图2为本发明无线传输模块原理图；
图3为本发明流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种环境数据采集系统，所述采集系统包括多个环境传感器、传感器网络1、信号采集器2、MCU3和无线传输模块4，多个环境传感器通过传感器网络1连接信号采集器2，所述信号采集器2连接MCU3，MCU3分别连接数据库模块5、存储模块6、报警模块7，所述MCU3通过无线传输模块4连接后台终端8；
多个环境传感器包括土壤温湿度传感器9、土壤PH传感器10、空气温湿度传感器11、PM2.5浓度传感器12、水温传感器13、水质传感器14；
所述传感器网络1包括簇头节点和若干个传感器节点，所述簇头节点用于根据各传感器节点的信号强度，通过蚂蚁群聚类算法对各传感器节点进行分群；根据各传感器节点的采集数据的差值以及每种采集数据的出现次数，对各采集数据进行聚类，以使得每个聚类中包含数值相近的采集数据；对聚类中的任意一个采集数据，根据该采集数据的出现次数以及该采集数据与聚类中出现次数最多的采集数据，获得该采集数据的权重，根据聚类中每个采集数据与自身的权重的乘积，获得聚类的采集结果。
所述传感器节点用于：根据簇头节点发送的分群信息，获知自身所在群以及自身为群内的中继节点，以接收群内其他传感器节点采集的采集数据。
本发明采用的传感器网络能够减少数据传输距离减少能量消耗，并减少网内数据碰撞引起的干扰。
本发明中，无线传输模块4包括调节芯片15和射频开关芯片16，所述调节芯片15一脚分别连接电容A1b一端和电感A1c一端，二脚连接电容D4b一端，三脚分别连接电容E5b一端和晶振17一端，四脚分别连接晶振17另一端和电容F6b一端，电容D4b、电容E5b、电容F6b和电感A1c另一端均接地，所述调节芯片15五脚连接电感B2c一端，六脚连接电感C3c一端，所述电感B2c另一端和电感C3c另一端分别连接电容G7b一端和电容M13b一端，所述电容M13b另一端分别连接电容H8b一端和电感E5c一端，电感E5c另一端分别连接电容I9b一端、电容J10b一端和电容K11b一端，电容I9b另一端分别连接电容G7b另一端、电容H8b另一端并接地，所述电容J10b另一端和电容K11b另一端之间接入电感D4c，所述电容K11b另一端还连接电容C3b一端和射频开关芯片16，电容C3b另一端连接电容B2b；所述射频开关芯片16通过电容L12b接地，所述射频开关芯片16分别连接电阻A1a一端和场效应晶体管18源极，所述场效应晶体管18漏极分别连接电阻B2a一端和电容N14b一端，电容N14b另一端和电阻B2a另一端分别接场效应晶体管18栅极。本发明采用的无线传输模块具有较高的发送接收灵敏度，在抗干扰能力强的同时，其也具有长距离传输和低功耗的优点。
工作原理：本发明的使用方法包括以下步骤：
A、多个环境传感器分别采集土壤温湿度、土壤PH、空气温湿度、PM2.5浓度、水温、水质，采集的数据通过传感器网络进行聚类后，通过数据采集器采集传输至MCU；
B、MCU将采集的数据保存至存储器中，同时将数据发送至数据库中与预设值进行比较；
C、一旦检测到异常时，立即发出报警信号，同时将采集的数据通过无线传输模块传输至后台终端。
综上所述，本发明结构原理简单，能够实现对环境传感数据的高效率采集，而且数据之间不会产生干扰，提高了后台监控效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种环境数据采集系统，其特征在于：所述采集系统包括多个环境传感器、传感器网络(1)、信号采集器(2)、MCU(3)和无线传输模块(4)，多个环境传感器通过传感器网络(1)连接信号采集器(2)，所述信号采集器(2)连接MCU(3)，MCU(3)分别连接数据库模块(5)、存储模块(6)、报警模块(7)，所述MCU(3)通过无线传输模块(4)连接后台终端(8)；
多个环境传感器包括土壤温湿度传感器(9)、土壤PH传感器(10)、空气温湿度传感器(11)、PM2.5浓度传感器(12)、水温传感器(13)、水质传感器(14)；
所述传感器网络(1)包括簇头节点和若干个传感器节点，所述簇头节点用于根据各传感器节点的信号强度，通过蚂蚁群聚类算法对各传感器节点进行分群；根据各传感器节点的采集数据的差值以及每种采集数据的出现次数，对各采集数据进行聚类，以使得每个聚类中包含数值相近的采集数据；
所述传感器节点用于：根据簇头节点发送的分群信息，获知自身所在群以及自身为群内的中继节点，以接收群内其他传感器节点采集的采集数据。
2.根据权利要求1所述的一种环境数据采集系统，其特征在于：所述无线传输模块(4)包括调节芯片(15)和射频开关芯片(16)，所述调节芯片(15)一脚分别连接电容A(1b)一端和电感A(1c)一端，二脚连接电容D(4b)一端，三脚分别连接电容E(5b)一端和晶振(17)一端，四脚分别连接晶振(17)另一端和电容F(6b)一端，电容D(4b)、电容E(5b)、电容F(6b)和电感A(1c)另一端均接地，所述调节芯片(15)五脚连接电感B(2c)一端，六脚连接电感C(3c)一端，所述电感B(2c)另一端和电感C(3c)另一端分别连接电容G(7b)一端和电容M(13b)一端，所述电容M(13b)另一端分别连接电容H(8b)一端和电感E(5c)一端，电感E(5c)另一端分别连接电容I(9b)一端、电容J(10b)一端和电容K(11b)一端，电容I(9b)另一端分别连接电容G(7b)另一端、电容H(8b)另一端并接地，所述电容J(10b)另一端和电容K(11b)另一端之间接入电感D(4c)，所述电容K(11b)另一端还连接电容C(3b)一端和射频开关芯片(16)，电容C(3b)另一端连接电容B(2b)；所述射频开关芯片(16)通过电容L(12b)接地，所述射频开关芯片(16)分别连接电阻A(1a)一端和场效应晶体管(18)源极，所述场效应晶体管(18)漏极分别连接电阻B(2a)一端和电容N(14b)一端，电容N(14b)另一端和电阻B(2a)另一端分别接场效应晶体管(18)栅极。
3.实现权利要求1所述的一种环境数据采集系统的方法，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：
A、多个环境传感器分别采集土壤温湿度、土壤PH、空气温湿度、PM2.5浓度、水温、水质，采集的数据通过传感器网络进行聚类后，通过数据采集器采集传输至MCU；
B、MCU将采集的数据保存至存储器中，同时将数据发送至数据库中与预设值进行比较；
C、一旦检测到异常时，立即发出报警信号，同时将采集的数据通过无线传输模块传输至后台终端。
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