CN109324151A - 一种菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其技术要点是：无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块通过USB接入端口组与核心处理器连接，且分别具有柔性配置功能；无线通信模块通过核心处理器片上软件架构中的无线通信功能组件实现端口监听和信道类型自动判别，并进行信道切换；数据显示模块和数据采集模块的I/O接口均由核心处理器片上软件架构完成定义，通过轮询机制和中断响应机制，实现支持带电热插拔的数据显示模块和数据采集模块的即插即用。本发明解决了室内空气质量监测终端的需求多样化与产品研发周期和成本之间的矛盾问题，实现了基于用户需求响应的低研发投入的快速定制化产品开发。
Description
技术领域
本发明涉及环境空气质量监测技术，具体为一种菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端。
背景技术
室内环境空气质量直接影响着人的身体健康和生活的舒适程度。室内装饰材料及家具释放的甲醛等有机挥发性气体的污染、室外空气污染通过循环进入室内环境导致的污染、烟草和烹饪等产生的室内燃烧物污染、PM1.0和PM2.5等悬浮细颗粒物污染等室内空气污染源以及温度和湿度等与人体舒适度密切相关的空气指令要素，均被视为室内环境空气质量优良与否的重要指标。
不同的室内环境对于环境空气质量监测的需求是不同的。例如在监测要素的需求方面，对于新装修的住宅，室内空气质量监测的主要需求是甲醛（HCHO）和总挥发性有机物（TVOC）；对于老人和儿童等空气污染的易敏感人群的居住环境，室内空气质量监测的主要需求是温度、湿度和颗粒物浓度；对于教室、会议室等人群密集的室内场所，室内空气质量监测的主要需求是温度、湿度、二氧化碳（CO2）和颗粒物浓度等。
在无线通信信道的选择上，也有很大的差异。比如上述民用领域，家庭都装有WIFI，因此此领域应用的空气质量无线监测终端亦通常采用WIFI无线通信信道；然而在医学领域的暴露反应研究中，则需要监测研究对象的日常生活中在各类室内环境中花费的时间和对应的环境空气质量要素，这是一种典型的移动应用，这类应用则通常采用GSM或4G通信信道。
在数据显示方式上，需求也是不同的。例如在民用领域，人们更关心空气质量的优良情况，用3色LED指示灯来显示空气质量的优良差等级就非常合适，也可以很好地降低成本；对于面粉厂和乳品厂来说，出于防爆的实际需求，对空气中的颗粒物浓度需要进行严格控制，因此可显示颗粒物浓度数值且可靠性更高的数码管就非常适用；对于高端消费级产品而言，绚丽的彩色显示则可以通过LED、OLED、TFT和Eink显示屏来实现。
综上，环境空气质量监测的需求在不同的室内环境、在无线通信信道的选择上及数据显示方式上都存在不同，但是现有室内空气质量监测终端的适应场所、无线通信信道及数据显示方式都比较单一，缺乏多样化，则同一种终端产品的适用范围较窄。然而室内空气质量监测终端的需求多样化又与产品研发周期和研发成本之间存在矛盾，故很多生产厂商通常选择生产利大于弊的功能单一的监测终端，以求快速盈利。
发明内容
本发明的目的是为了解决室内空气质量监测终端的需求多样化与产品研发周期和成本之间的矛盾问题，从而提供一种菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，实现了基于用户需求响应的低研发投入的快速定制化产品开发，使得用户如同按照菜单点菜一样，根据室内空气质量监测的不同需求，进行数据通信模块、数据显示模块和数据采集模块的功能自由选择，而无需进行系统软件和硬件的二次开发，仅需进行数据接收端IP地址等配置参数的调整，灵活性好，适用范围广。
本发明的技术方案是：
一种菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，包括核心处理器、与核心处理器分别连接的无线通信模块、数据显示模块、数据采集模块和电源，其技术要点是：所述无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块通过USB接入端口组与核心处理器连接，且分别具有柔性配置功能；所述无线通信模块通过核心处理器片上软件架构中的无线通信功能组件实现端口监听和信道类型自动判别，并进行信道切换，实现空气质量监测数据的自动无线数据传输；所述数据显示模块和数据采集模块的I/O接口均由核心处理器片上软件架构完成定义，通过轮询机制和中断响应机制，实现支持带电热插拔的数据显示模块和数据采集模块的即插即用。
上述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，通过监听供电电路是否连通，自动判断是否有无线通信模块接入端口，通过询问/应答方式，自动判别通信信道类型，待预设数据链路参数独立配置后，即插即用，所述待预设数据包括数据接收端IP地址。
上述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，通过轮询机制和中断响应机制，判别是否有数据显示模块接入并自动识别数据显示模块的类型。
上述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，所述数据采集模块的硬件接入I/O端口采用模块化设计，通过轮询机制和中断响应机制，判别是否有数据采集模块接入以及进行数据读取。
上述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，所述无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块采用柔性软集成方式实现柔性配置功能，所述柔性软集成方式定义了“数据内容+标志位+校验位”形式的统一数据接口协议约束，数据内容采用结构体数据类型描述，包括采用2进制或16进制的数据内容编码；标志位包括无线监测终端的编号位、数据长度位和状态位；校验位包括数据校验位、编号校验位和状态校验位。
上述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，所述无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块采用柔性软集成方式实现柔性配置功能，所述柔性软集成方式依据统一的数据接口协议约束，进行硬件I/O数据通道转换连接电路的模块化设计和底层驱动与功能程序单元的基类化封装，从而形成系统架构设计的多态性。
上述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，设计和开发数据采集模块的各个传感器单元和电源模块的USB接口I/O端口转接板，作为统一硬件接入端口，实现硬件接入端的多态性。
上述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，所述核心处理器的片上软件架构通过无线通信功能组件、数据采集功能组件、数据显示功能组件、电源功能组件化设计和底层驱动单元的基类化封装，并预定义I/O端口，再通过端口监听、轮询机制和中断响应机制，构建简单高效的多态数据接口通道，从而形成系统架构设计的多态性。
本发明的有益效果是：
本发明使得用户可如同按照菜单点菜一样，根据室内空气质量监测的不同需求，进行无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块的功能自由选择，而无需进行系统硬件的二次开发，生产者只需配置实现各种功能的无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块即可，在对数据接收端IP地址等配置参数进行调整后，即插即用，方便了用户使用，也节省了生产者的投入，本发明真正实现了基于用户多样化需求响应的低投入、快速定制化产品的开发。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，该菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，包括核心处理器、与核心处理器分别连接的无线通信模块、数据显示模块、数据采集模块和电源。
其中，所述无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块通过USB接入端口组与核心处理器连接，且分别具有柔性配置功能。所述无线通信模块通过核心处理器片上软件架构中的无线通信功能组件实现端口监听和信道类型自动判别，并进行信道切换，实现空气质量监测数据的自动无线数据传输。即通过监听供电电路是否连通，自动判断是否有无线通信模块接入端口，通过询问/应答方式，自动判别通信信道类型，待预设数据链路参数独立配置后，即插即用，所述待预设数据包括数据接收端IP地址等配置参数。可柔性配置的无线通信模块的具体实施方式包括：包括ZigBee、WIFI、蓝牙、GSM、GPRS、3G和4G等主流物联网无线通信信道。其中，ZigBee、WIFI和蓝牙分别配置专用I/O端口转接板；GSM和GPRS配置一块兼容I/O端口转接板；3G和4G配置一块兼容I/O端口转接板。其中，3G无线通信信道支持CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA制式；4G无线通信信道支持TD-LTE和FDD-LTE制式。
所述数据显示模块和数据采集模块的I/O接口均由核心处理器片上软件架构完成定义，通过轮询机制和中断响应机制，实现支持带电热插拔的数据显示模块和数据采集模块的即插即用。即通过轮询机制和中断响应机制，判别是否有数据显示模块接入并自动识别数据显示模块的类型。可柔性配置的数据显示模块的具体实施方式包括：3色LED指示灯、8位数码管、TFT显示屏、LED显示屏、OLED显示屏和Eink显示屏等主流数据显示方式。其中，LED指示灯和8位数码管分别配置专用I/O端口转接板；TFT/LED/OLED/Eink显示屏配置一块兼容I/O端口转接板。
所述数据采集模块的硬件接入I/O端口采用模块化设计，通过轮询机制和中断响应机制，判别是否有数据采集模块接入以及进行数据读取。可柔性配置的数据采集模块的具体实施方式包括：可接入的传感器包括温度、湿度、PM1.0、PM2.5、PM10、HCHO、TVOC、CO、CO2、SO2、NO、NO2和负氧离子等检测传感器。区分数字式传感器和模拟量传感器，其中，根据数字式传感器的数据输出协议类型，如I2C协议、232/485串口协议、TTL电平、Modbus协议等，配置兼容I/O端口转接板；而模拟量传感器，配置专用I/O端口转接板。
所述无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块采用柔性软集成方式实现柔性配置功能，
所述柔性软集成方式，是基于硬件I/O端口分类的核心处理器片上软件的功能组件化设计，通过对不同类型I/O端口的预定义、端口监听、轮询机制和中断响应机制，实现了柔性配置的各个模块的即插即用。其具体实施方式为：
（1）、定义“数据内容+标志位+校验位”形式的统一数据接口协议约束，数据内容采用结构体数据类型描述。具体实施方式包括：采用2进制或16进制的数据内容编码；标志位包括无线监测终端的编号位、数据长度位和状态位；校验位包括：数据校验位、编号校验位和状态校验位。
（2）、依据统一的数据接口协议约束，进行硬件I/O数据通道转换连接电路的模块化设计和底层驱动与功能程序单元的基类化封装，从而形成系统架构设计的多态性。其中，硬件接入I/O端口多态性的具体实施方式包括：设计和开发各个传感器模块和数据显示模块的USB接口I/O端口转接板，作为统一硬件接入端口；片上软件架构多态性的具体实施方式包括：如图1所示，进行无线通信功能组件、数据采集功能组件、数据显示功能组件、电源功能组件化设计和底层驱动单元的基类化封装，预定义I/O端口，通过端口监听、轮询机制和中断响应机制，构建简单高效的多态数据接口通道，从而实现片上软件的功能组件和驱动单元的多态性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，包括核心处理器、与核心处理器分别连接的无线通信模块、数据显示模块、数据采集模块和电源，其特征在于：所述无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块通过USB接入端口组与核心处理器连接，且分别具有柔性配置功能；所述无线通信模块通过核心处理器片上软件架构中的无线通信功能组件实现端口监听和信道类型自动判别，并进行信道切换，实现空气质量监测数据的自动无线数据传输；所述数据显示模块和数据采集模块的I/O接口均由核心处理器片上软件架构完成定义，通过轮询机制和中断响应机制，实现支持带电热插拔的数据显示模块和数据采集模块的即插即用。
2.根据权利要求1所述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其特征在于：通过监听供电电路是否连通，自动判断是否有无线通信模块接入端口，通过询问/应答方式，自动判别通信信道类型，待预设数据链路参数独立配置后，即插即用，所述待预设数据包括数据接收端IP地址。
3.根据权利要求1所述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其特征在于：通过轮询机制和中断响应机制，判别是否有数据显示模块接入并自动识别数据显示模块的类型。
4.根据权利要求1所述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其特征在于：所述数据采集模块的硬件接入I/O端口采用模块化设计，通过轮询机制和中断响应机制，判别是否有数据采集模块接入以及进行数据读取。
5.根据权利要求1所述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其特征在于：所述无线通信模块、数据显示模块和数据采集模块采用柔性软集成方式实现柔性配置功能，所述柔性软集成方式定义了“数据内容+标志位+校验位”形式的统一数据接口协议约束，数据内容采用结构体数据类型描述，包括采用2进制或16进制的数据内容编码；标志位包括无线监测终端的编号位、数据长度位和状态位；校验位包括数据校验位、编号校验位和状态校验位。
6.根据权利要求5所述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其特征在于：所述柔性软集成方式依据统一的数据接口协议约束，进行硬件I/O数据通道转换连接电路的模块化设计和底层驱动与功能程序单元的基类化封装，从而形成系统架构设计的多态性。
7.根据权利要求6所述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其特征在于：设计和开发数据采集模块的各个传感器单元和电源模块的USB接口I/O端口转接板，作为统一硬件接入端口，实现硬件接入端的多态性。
8.根据权利要求6所述的菜单式可柔性功能配置的室内空气质量无线监测终端，其特征在于：所述核心处理器的片上软件架构通过无线通信功能组件、数据采集功能组件、数据显示功能组件、电源功能组件化设计和底层驱动单元的基类化封装，并预定义I/O端口，再通过端口监听、轮询机制和中断响应机制，构建简单高效的多态数据接口通道，从而形成系统架构设计的多态性。
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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 |
Application publication date: 20190212 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |