CN109099973A - 一种基于物联网的环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于物联网的环境监测系统，利用中央处理器、温度传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、气体监测单元、无线传输单元、用户手机、显示单元、存储单元、图像采集模块、图像处理模块、底座以及伸缩杆对周围环境进行监测，结合传感器和无线通信等技术，实现了对环境的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过用户手机直接获取所监测的环境参数，人们也能够通过显示单元获知所监测的环境参数，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点，可实现对环境进行自动监测及远程监测。
Description
技术领域
本发明涉及智能测试领域，尤其涉及一种基于物联网的环境监测系统。
背景技术
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。
随着工业化和城市化的迅速发展，随之而来也带来了环境污染的问题，人们需要及时获知自己工作、居住的环境质量是否达标，以便合理安排出行，同时，政府也在时刻关注城市环境质量，以便于对城市的整体规划进行有效、合理安排。因此，对城市环境质量的监测显得尤为重要。
目前的环境监测系统所监测的项目类别较少，且对人们最为关注的温度信息的监测精度不高，误差偏高。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明提供一种基于物联网的环境监测系统，利用中央处理器、温度传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、气体监测单元、无线传输单元、用户手机、显示单元、存储单元、图像采集模块、图像处理模块、底座以及伸缩杆对周围环境进行监测，结合传感器和无线通信等技术，实现了对环境的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过用户手机直接获取所监测的环境参数，人们也能够通过显示单元获知所监测的环境参数，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点，可实现对环境进行自动监测及远程监测，其对环境监测的信息化、智能化管理有着重要的作用。
根据本发明的一种基于物联网的环境监测系统，其包括包括中央处理器、温度传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、气体监测单元、无线传输单元、用户手机、显示单元、存储单元、图像采集模块、图像处理模块、底座以及伸缩杆。
其中，温度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，太阳能电池板的输出端与整流稳压电路的输入端连接，整流稳压电路的输出端与蓄电池的输入端连接，信号处理电路的输出端与蓄电池的输出端均与中央处理器的输入端连接，气体监测单元的输出端与中央处理器的输入端连接，显示单元的输入端和存储单元的输入端均与中央处理器的I/0端口连接，无线传输单元与中央处理器双向连接，无线传输单元与用户手机双向连接，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，图像处理模块的输出端与中央处理器的输入端连接。
底座用于将环境监测系统和监测点的地面或固定装置安装固定，与底座连接的伸缩杆用于调整环境监测系统的高度，气体监测单元设置在百叶箱内，百叶箱连接在伸缩杆上，太阳能电池板将采集的电能通过整流稳压电路传输至蓄电池以用于提供整个环境监测系统的电源，伸缩杆顶端设置有温度传感器、显示单元以及存储单元。
优选的是，温度传感器用于采集周围环境的温度信号，温度传感器的输出端输出表征周围环境温度信号的电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理器的ADC端口连接。
优选的是，信号放大单元包括集成运放A1-A2、电阻R1-R10、电容C1-C3以及三极管T1-T4。
其中，温度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与三极管T2的基极并联后与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，三极管T1的集电极与电容C1的另一端并联后与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R3的一端与三极管T1的发射极连接，电阻R3的另一端接+15V直流电源，电阻R2的一端与三极管T1的基极并联后与三极管T3的集电极连接，电阻R2的另一端接+15V直流电源，电阻R8的一端电容C3的一端并联后与集成运放A1的输出端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R8的另一端并联后与三极管T3的基极连接，电容C3的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与集成运放A2的同相端连接，电阻R5、R6、R7的一端均与-15V直流电源连接，三极管T3的发射极与三极管T4的发射极并联后与电阻R15的另一端连接，三极管T2的基极与电阻R6的另一端并联后与三极管T2的发射极连接，三极管T4的集电极与+15V直流电源连接，三极管T2的集电极与+15V直流电源连接，电阻R7的另一端与电容C1的另一端并联后与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R9的一端与电容C3的另一端并联后与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R9的另一端与三极管T2的基极并联后与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与集成运放A2的输出端连接。
优选的是，信号滤波单元包括电阻R6-R9、电容C3-C5以及集成运放A3。
其中，信号放大单元的输出端与电阻R11的一端连接，信号放大单元的输出端还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地，电阻R11的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R13的另一端接地，电阻R12与电容C6并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R12与电容C6并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R12与电容C6并联后的另一端还与电阻R14的一端连接，电阻R14的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的另一端与中央处理器的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理器的ADC端口。
优选的是，图像处理模块包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元。
其中，图像采集模块用于采集环境监测系统周围的图像信息，图像采集模块的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与中央处理器的输入端连接。
优选的是，将图像采集模块传输至图像处理模块的道路图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像降噪单元对图像f(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中
。
优选的是，图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，
。
优选的是，图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，
。
优选的是，图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，
；
；
其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的；
图像平滑单元将图像s(x,y)传输至中央处理器。
优选的是，蓄电池为中央处理器、温度传感器、气体监测单元、无线传输单元、显示单元以及存储单元提供工作电压。
优选的是，温度传感器为热敏电阻器。
优选的是，中央处理器为8位微处理器Atmega128。
优选的是，显示单元为LCD显示单元，其中，LCD显示单元为20pinLCD1286HZ。
优选的是，气体监测单元包括二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器以及PM2.5传感器，二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器以及PM2.5传感器均与中央处理装置的ADC端口连接。
优选的是，无线传输单元为WiFi模块，WiFi模块为VT6656模块。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供的基于物联网的环境监测系统，利用中央处理器、温度传感器、信号处理电路、太阳能电池板、整流稳压电路、蓄电池、气体监测单元、无线传输单元、用户手机、显示单元、存储单元、图像采集模块、图像处理模块、底座以及伸缩杆对周围环境进行监测，结合传感器和无线通信等技术，实现了对环境的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过用户手机直接获取所监测的环境参数，人们也能够通过显示单元获知所监测的环境参数，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点，可实现对环境进行自动监测及远程监测，其对环境监测的信息化、智能化管理有着重要的作用。
（2）本发明提供的基于物联网的环境监测系统，图像处理模块对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集模块的图像信息，可提高对环境监测系统周围图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的基于物联网的环境监测系统的示意图；
图2为本发明的基于物联网的环境监测系统的结构图；
图3为本发明的信号处理电路的电路图；
图4为本发明的图像处理模块的示意图。
附图标记：
1-中央处理器；2-温度传感器；3-信号处理电路；4-太阳能电池板；5-整流稳压电路；6-蓄电池；7-气体监测单元；8-无线传输单元；9-用户手机；10-显示单元；11-存储单元；12-图像采集模块；13-图像处理模块；14-底座；15-伸缩杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的基于物联网的环境监测系统进行详细说明。
如图1-2所示，本发明提供的基于物联网的环境监测系统包括中央处理器1、温度传感器2、信号处理电路3、太阳能电池板4、整流稳压电路5、蓄电池6、气体监测单元7、无线传输单元8、用户手机9、显示单元10、存储单元11、图像采集模块12、图像处理模块13、底座14以及伸缩杆15。
其中，温度传感器2的输出端与信号处理电路3的输入端连接，太阳能电池板4的输出端与整流稳压电路5的输入端连接，整流稳压电路5的输出端与蓄电池6的输入端连接，信号处理电路3的输出端与蓄电池6的输出端均与中央处理器1的输入端连接，气体监测单元7的输出端与中央处理器1的输入端连接，显示单元10的输入端和存储单元11的输入端均与中央处理器1的I/0端口连接，无线传输单元8与中央处理器1双向连接，无线传输单元8与用户手机9双向连接，图像采集模块12的输出端与图像处理模块13的输入端连接，图像处理模块13的输出端与中央处理器1的输入端连接。
底座14用于将环境监测系统和监测点的地面或固定装置安装固定，与底座14连接的伸缩杆15用于调整环境监测系统的高度，气体监测单元7设置在百叶箱内，百叶箱连接在伸缩杆15上，太阳能电池板4将采集的电能通过整流稳压电路5传输至蓄电池6以用于提供整个环境监测系统的电源，伸缩杆15顶端设置有温度传感器2、显示单元10以及存储单元11，当然，根据应用环境和现场，温度传感器2、显示单元10以及存储单元11也可以设置在气体监测单元7上。
本发明提供的环境监测系统，从外形上看，其主要零部件有底座14，用于将环境监测系统和监测点的地面或固定装置安装固定，还有与底座14连接的伸缩杆15，用于调整环境监测系统的高度。气体监测单元7设置在百叶箱内，百叶箱连接在伸缩杆15上，气体监测单元7里分别布置有相应的传感器、控制器以及信息传输线路。
上述实施方式中，利用中央处理器1、温度传感器2、信号处理电路3、太阳能电池板4、整流稳压电路5、蓄电池6、气体监测单元7、无线传输单元8、用户手机9、显示单元10、存储单元11、图像采集模块12、图像处理模块13、底座14以及伸缩杆15对周围环境进行监测，结合传感器和无线通信等技术，实现了对环境的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过用户手机9直接获取所监测的环境参数，人们也能够通过显示单元10获知所监测的环境参数，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点，可实现对环境进行自动监测及远程监测，其对环境监测的信息化、智能化管理有着重要的作用。
上述实施方式中，太阳能电池板4收集太阳光能，经过整流稳压电路5转换为低压直流电存储于蓄电池6中，蓄电池6给中央处理器1供电，由于环境监测系统放置在户外，考虑到环境的特殊性，采用太阳能电池板4结合蓄电池6的形式为中央处理器1供电，符合节能环保和生态可持续发展的要求，提高了能源利用率，也降低了成本。
上述实施方式中，温度传感器2用于监测周围环境的温度信息，并将监测到的温度信号传输至信号处理电路3进行放大和滤波处理，信号处理电路3将处理后的信号传输至中央处理器1，中央处理器1将接收到的温度信号传输至显示单元10和存储单元11，显示单元10和存储单元11设置于环境监测系统上，工作人员能够通过显示单元11获取环境温度信息，存储单元11还包括一USB数据端口，工作人员能够通过该USB数据接口获知环境温度的实时数据以及历史数据，便于工作人员后期研究、分析。
温度传感器2用于监测环境温度信息，气体监测单元7用于监测环境气体信息，并将监测到的温度信号传输至信号处理电路3进行放大和滤波处理，信号处理电路3将处理后的信号传输至中央处理器1，气体监测单元7将采集到的气体信息传输至中央处理器1，中央处理器1将接收到的温度信息和气体信息通过无线传输单元8传输至用户手机9，工作人员能够通过随身携带的用户手机9实时获知环境的温度信息和气体信息。
图像采集模块12用于监测环境监测系统周围的环境图像信息，图像处理模块13对接收到的图像信息进行处理后传输至中央处理器1，中央处理器1将接收到的图像信息通过无线传输单元8传输至用户手机9，工作人员能够通过随身携带的用户手机9实时获知环境的图像信息。
作为上述的进一步优先，如图3所示，温度传感器2用于采集周围环境的温度信号，温度传感器2的输出端输出表征周围环境温度信号的电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路3，V1为经过信号处理电路3处理后的电压信号，信号处理电路3包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器2的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理器1的ADC端口连接。
具体地，信号放大单元包括集成运放A1-A2、电阻R1-R10、电容C1-C3以及三极管T1-T4。
其中，温度传感器2的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与三极管T2的基极并联后与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，三极管T1的集电极与电容C1的另一端并联后与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R3的一端与三极管T1的发射极连接，电阻R3的另一端接+15V直流电源，电阻R2的一端与三极管T1的基极并联后与三极管T3的集电极连接，电阻R2的另一端接+15V直流电源，电阻R8的一端电容C3的一端并联后与集成运放A1的输出端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R8的另一端并联后与三极管T3的基极连接，电容C3的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与集成运放A2的同相端连接，电阻R5、R6、R7的一端均与-15V直流电源连接，三极管T3的发射极与三极管T4的发射极并联后与电阻R15的另一端连接，三极管T2的基极与电阻R6的另一端并联后与三极管T2的发射极连接，三极管T4的集电极与+15V直流电源连接，三极管T2的集电极与+15V直流电源连接，电阻R7的另一端与电容C1的另一端并联后与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R9的一端与电容C3的另一端并联后与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R9的另一端与三极管T2的基极并联后与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与集成运放A2的输出端连接。
具体地，信号滤波单元包括电阻R6-R9、电容C3-C5以及集成运放A3；
其中，信号放大单元的输出端与电阻R11的一端连接，信号放大单元的输出端还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地，电阻R11的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R13的另一端接地，电阻R12与电容C6并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R12与电容C6并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R12与电容C6并联后的另一端还与电阻R14的一端连接，电阻R14的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的另一端与中央处理器1的ADC端口连接，信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至中央处理器1的ADC端口。
上述实施方式中，信号处理电路的噪声在40nV以内，漂移为0.5μV/℃，集成运放A1为LT1012低漂移放大器，集成运放A2为LT1022高速放大器，集成运放A3为LT1097运放，由于集成运放A1的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。
电阻R1的阻值为1KΩ，电阻R2的阻值为7.5KΩ，电阻R3的阻值为100Ω，电阻R4的阻值为10KΩ，电阻R5的阻值为5.6KΩ，电阻R6的阻值为5.6KΩ，电阻R7的阻值为1KΩ，电阻R8的阻值为10KΩ，电阻R9的阻值为10KΩ，电阻R10的阻值为1KΩ，电阻R11的阻值为10KΩ，电阻R12的阻值为7KΩ，电阻R13的阻值为2.4KΩ，电阻R14的阻值为1KΩ，电容C1的电容值为33pF，电容C2的电容值为8pF，电容C3的电容值为1μF，电容C4的电容值为470pF，电容C5的电容值为100pF，电容C6的电容值为220pF。
由于温度传感器2采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过电阻R1-R10、电容C1-C3、三极管T1-T4以及集成运放A1-A2对温度传感器2输出的电压V0进行放大处理，然后再使用电阻R11-R14，电容C4-C6以及集成运放A3对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了温度检测的精度。
图像处理模块13包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元。
其中，图像采集模块12用于采集环境监测系统周围的图像信息，图像采集模块12的输出端与图像降噪单元的输入端连接，图像降噪单元的输出端与图像增强单元的输入端连接，图像增强单元的输出端与图像锐化单元的输入端连接，图像锐化单元的输出端与图像平滑单元的输入端连接，图像平滑单元的输出端与中央处理器1的输入端连接。
上述实施方式中，图像处理模块13对采集的图像依次进行图像降噪、图像增强、图像锐化、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集模块12的图像信息，可提高对环境监测系统周围图像的辨识精度，有效地减少误判情况发生。
具体地，将图像采集模块12传输至图像处理模块13的道路图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像降噪单元对图像f(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中
。
具体地，所述图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，
。
上述实施方式中，图像去噪单元和图象增强单元的目的是为了改进图像采集模块12采集的图像的质量，除去图象中的噪声，使边缘清晰，提高图象的可判读性。
具体地，图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，
。
上述实施方式中，图像锐化单元补偿经过图像增强处理后的图像的轮廓，增强图像的边缘及灰度跳变的部分，使图像变得更加清晰。
具体地，图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，
；
；
其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的。
上述实施方式中，图像平滑单元将经过图像锐化处理后的图像亮度进行平缓渐变，减小突变梯度，从而改善图像质量。
图像平滑单元将所述图像s(x,y)传输至所述中央处理器1。
具体地，蓄电池6为中央处理器1、温度传感器2、气体监测单元7、无线传输单元8、显示单元10、存储单元11、图像采集模块12以及图像处理模块13提供工作电压。
具体地，温度传感器2为热敏电阻器。
具体地，中央处理器1为8位微处理器Atmega128。
上述实施方式中，考虑到成本和处理性能的要求，中央处理器1选用低功耗8位微处理器Atmega128，该芯片硬件资源丰富，具有低功耗、功能多、价格便宜和性能强大等优点，Atmega128自身带有128K字节Flash存储器，同时带有4K字节的EEPROM存储器，温度传感器2采集的数据直接存放在EEPROM存储器中，Atmega128内部的ADC端口具有8个通道，每通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0~5V，能够满足监测数据巡回采集的需要，同时也无需另加AD转换器件，简化了外围电路设计，降低了成本。
具体地，显示单元10为LCD显示单元，其中，LCD显示单元为20pinLCD1286HZ。
上述实施方式中，LCD显示单元采用3.3V电压供电，以便于与微处理器Atmega128的I/O口电平匹配，LCD显示单元与微处理器Atmega128的接口采用串行接口进行通信。
具体地，气体监测单元7包括二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器以及PM2.5传感器，二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器以及PM2.5传感器均与中央处理装置1的ADC端口连接。
上述实施方式中，二氧化碳传感器用于监测环境的二氧化碳浓度值，一氧化碳传感器用于监测环境的一氧化碳浓度值，二氧化氮传感器用于监测环境的二氧化氮浓度值，二氧化硫传感器用于监测环境的二氧化硫浓度值以及PM2.5传感器用于监测环境的PM2.5值。上述传感器用于采集外部环境信息并传递信号至对应的监测模块，监测模块将传感器所传递的信号进行模块化处理成为可读取信号，并传递至控制器。控制部分将各个监测模块所处理完成的数据进行分类运算解析，一边通过wifi模块发送给显示单元10进行可视化显示或者发送给手机端app可直接读取信息，一边进行数据化存储并发送给数据平台。电源部分主要以太阳能提供能源，清洁环保。
在监测模块内分别设有各种监测气体的传感器，多个传感器共同采集外部信息，将采集的信息传递给各自连接的监测模块，每个监测模块都可单独将各自的传感器所感知的信息进行转换处理，各个模块之间相互独立且互不干涉，若其中一个模块有问题，仍不影响其它模块正常运行，保证了系统的正确性和快速性；即采用模块处理提高了系统的信息处理能力。
在进行气体信息测试时，测试传感器探头和空气接触，使整个传感器可以采集到空气中的气体信息，然后经过运算放大处理，将源信号由模拟信号转换为电信号，电信号传递给监测模块，由监测模块经过滤波、转换、调制等一系列过程转换成为可直接读取的信号，之后由控制部分将其分类解析运算，成为可视化数字信号，可以直接进行数据储存和数据显示。当控制器所储存的信号达到一定容量时，由传输模块传递给数据平台，完成一个工作过程。
具体地，无线传输单元8为WiFi模块，WiFi模块为VT6656模块。
上述实施方式中，无线传输单元8为WiFi模块，WiFi作为一种无线联网技术，最主要的优势在于不需要布线，不受布线条件的限制，因此特别适合移动办公用户的需要，WiFi模块采用VT6656模块实现数据的远程传输，VT6656模块内嵌TCP/IP协议线，降低了设计的难度，同时大大提高了Atmega128处理其他数据的能力，VT6656与Atmega128的连接非常简单，二者可以通过标准的USB接口直接相连，VT6656模块采用54Mbps标准的802.11g无线以太网访问，比基于802.11b协议的快5倍，采用USB2.0接口最高比USB1.0接口快40倍，新的天线技术支持更远距离的无线访问，支持所有标准的821.11g和802.11b无线路由器及接入点，支持64/128/256位WEP加密，支持WPA/WPA2、WPA-PSK/WPA2-PSK等高级加密与安全机制。
本发明提供的基于物联网的环境监测系统，利用中央处理器1、温度传感器2、信号处理电路3、太阳能电池板4、整流稳压电路5、蓄电池6、气体监测单元7、无线传输单元8、用户手机9、显示单元10、存储单元11、图像采集模块12、图像处理模块13、底座14以及伸缩杆15对周围环境进行监测，结合传感器和无线通信等技术，实现了对环境的实时检测、精准记录和远程监测，工作人员能够通过用户手机9直接获取所监测的环境参数，人们也能够通过显示单元10获知所监测的环境参数，其结构简单、通用性好、集成度高、成本低廉、实时性好、检测精度高、易于维护、智能化高、可扩展性好等优点，可实现对环境进行自动监测及远程监测，其对环境监测的信息化、智能化管理有着重要的作用。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述基于物联网的环境监测系统包括中央处理器（1）、温度传感器（2）、信号处理电路（3）、太阳能电池板（4）、整流稳压电路（5）、蓄电池（6）、气体监测单元（7）、无线传输单元（8）、用户手机（9）、显示单元（10）、存储单元（11）、图像采集模块（12）、图像处理模块（13）、底座（14）以及伸缩杆（15）；
其中，所述温度传感器（2）的输出端与所述信号处理电路（3）的输入端连接，所述太阳能电池板（4）的输出端与所述整流稳压电路（5）的输入端连接，所述整流稳压电路（5）的输出端与所述蓄电池（6）的输入端连接，所述信号处理电路（3）的输出端与所述蓄电池（6）的输出端均与所述中央处理器（1）的输入端连接，所述气体监测单元（7）的输出端与所述中央处理器（1）的输入端连接，所述显示单元（10）的输入端和所述存储单元（11）的输入端均与所述中央处理器（1）的I/0端口连接，所述无线传输单元（8）与所述中央处理器（1）双向连接，所述无线传输单元（8）与所述用户手机（9）双向连接，所述图像采集模块（12）的输出端与所述图像处理模块（13）的输入端连接，所述图像处理模块（13）的输出端与所述中央处理器（1）的输入端连接；
所述底座（14）用于将环境监测系统和监测点的地面或固定装置安装固定，与所述底座（14）连接的所述伸缩杆（15）用于调整环境监测系统的高度，所述气体监测单元（7）设置在百叶箱内，百叶箱连接在所述伸缩杆（15）上，所述太阳能电池板（4）将采集的电能通过所述整流稳压电路（5）传输至所述蓄电池（6）以用于提供整个环境监测系统的电源，所述伸缩杆（15）顶端设置有所述温度传感器（2）、所述显示单元（10）以及所述存储单元（11）。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述温度传感器（2）用于采集周围环境的温度信号，所述温度传感器（2）的输出端输出表征周围环境温度信号的电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路（3），V1为经过所述信号处理电路（3）处理后的电压信号，所述信号处理电路（3）包括信号放大单元和信号滤波单元，所述温度传感器（2）的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理器（1）的ADC端口连接。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1-A2、电阻R1-R10、电容C1-C3以及三极管T1-T4；
其中，所述温度传感器（2）的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与三极管T2的基极并联后与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与集成运放A2的反相输入端连接，三极管T1的集电极与电容C1的另一端并联后与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R3的一端与三极管T1的发射极连接，电阻R3的另一端接+15V直流电源，电阻R2的一端与三极管T1的基极并联后与三极管T3的集电极连接，电阻R2的另一端接+15V直流电源，电阻R8的一端电容C3的一端并联后与集成运放A1的输出端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R8的另一端并联后与三极管T3的基极连接，电容C3的另一端与集成运放A1的反相输入端连接，集成运放A1的同相输入端接地，电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与集成运放A2的同相端连接，电阻R5、R6、R7的一端均与-15V直流电源连接，三极管T3的发射极与三极管T4的发射极并联后与电阻R15的另一端连接，三极管T2的基极与电阻R6的另一端并联后与三极管T2的发射极连接，三极管T4的集电极与+15V直流电源连接，三极管T2的集电极与+15V直流电源连接，电阻R7的另一端与电容C1的另一端并联后与集成运放A2的反相输入端连接，电阻R9的一端与电容C3的另一端并联后与集成运放A1的反相输入端连接，电阻R9的另一端与三极管T2的基极并联后与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与集成运放A2的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R6-R9、电容C3-C5以及集成运放A3；
其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R11的一端连接，所述信号放大单元的输出端还与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电阻R11的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地，电阻R11的另一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R13的一端与集成运放A3的同相输入端连接，电阻R13的另一端接地，电阻R12与电容C6并联后的一端与集成运放A3的反相输入端连接，电阻R12与电容C6并联后的另一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R12与电容C6并联后的另一端还与电阻R14的一端连接，电阻R14的一端与集成运放A3的输出端连接，电阻R14的另一端与所述中央处理器（1）的ADC端口连接，所述信号处理单元将处理后的电压信号V1传输至所述中央处理器（1）的ADC端口。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述图像处理模块（13）包括图像降噪单元、图像增强单元、图像锐化单元以及图像平滑单元；
其中，所述图像采集模块（12）用于采集环境监测系统周围的图像信息，所述图像采集模块（12）的输出端与所述图像降噪单元的输入端连接，所述图像降噪单元的输出端与所述图像增强单元的输入端连接，所述图像增强单元的输出端与所述图像锐化单元的输入端连接，所述图像锐化单元的输出端与所述图像平滑单元的输入端连接，所述图像平滑单元的输出端与所述中央处理器（1）的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，将所述图像采集模块（12）传输至所述图像处理模块（13）的道路图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，所述图像降噪单元对图像f(x,y)进行图像降噪处理，经过图像降噪处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中
。
7.根据权利要求6所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述图像增强单元对图像g(x,y)进行图像清晰度增强处理，经过图像清晰度增强处理后的图像二维函数为h(x,y)，其中，
。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述图像锐化单元对图像h(x,y)进行图像锐化处理，经过图像锐化处理后的图像二维函数为d(x,y)，其中，
。
9.根据权利要求8所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述图像平滑单元对图像d(x,y)进行图像平滑处理，经过图像平滑处理后的图像二维函数为s(x,y)，平滑函数为q(x,y)，
；
；
其中，﹡为卷积符号，为自定义可调常数，平滑的作用是通过来控制的；
所述图像平滑单元将所述图像s(x,y)传输至所述中央处理器（1）。
10.根据权利要求1所述的基于物联网的环境监测系统，其特征在于，所述气体监测单元（7）包括二氧化碳传感器、一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、二氧化硫传感器以及PM2.5传感器，所述二氧化碳传感器、所述一氧化碳传感器、所述二氧化氮传感器、所述二氧化硫传感器以及所述PM2.5传感器均与所述中央处理装置（1）的ADC端口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181228 |