CN109900329A - 一种智能环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能环境监测系统，利用中央处理装置、图像采集模块、图像处理模块、温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、二氧化碳传感器、第一信号处理器、第二信号处理器、喷灌装置、无线传输装置、用户控制端、电池组、太阳能组件、显示装置和存储装置，该系统结构简单，并通过无线通讯技术，将环境监测和远程控制以及防干扰监测有效的结合，用户控制端根据其接收到的数据可以控制喷灌装置对智能环境监测系统周围的林木进行自动灌溉，便于保护环境，同时可以对智能环境监测系统周围的环境状态进行监控，图像采集模块采集智能环境监测系统周围环境，便于及时发现是否有人对智能环境监测系统实施干扰。

Description

一种智能环境监测系统

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种智能环境监测系统。

背景技术

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，城市环境质量监测系统一般放置在污染企业周围，以监督其生产、排放是否符合国家标准，但是，有些污染企业为了降低成本，躲避惩罚，人为的对其周围的城市环境质量监测系统进行干扰，例如对城市环境质量监测系统的传感器进行破坏等，因此，为了能客观、真实、全面的对污染企业周围的环境进行监测，需要不仅能够对城市环境进行全面的监测，还要能够有效防止人为的对城市环境质量监测系统进行干扰的现象。

发明内容

因此，为了克服上述问题，本发明提供一种智能环境监测系统，利用中央处理装置、图像采集模块、图像处理模块、温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、二氧化碳传感器、第一信号处理器、第二信号处理器、喷灌装置、无线传输装置、用户控制端、电池组、太阳能组件、显示装置以及存储装置，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将环境监测和远程控制以及防干扰监测有效的结合，用户控制端根据其接收到的数据可以控制喷灌装置对智能环境监测系统周围的林木进行自动灌溉，便于保护环境，同时可以对智能环境监测系统周围的环境状态进行监控。

根据本发明的一种智能环境监测系统，智能环境监测系统包括中央处理装置、图像采集模块、图像处理模块、温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、二氧化碳传感器、第一信号处理器、第二信号处理器、喷灌装置、无线传输装置、用户控制端、电池组、太阳能组件、显示装置以及存储装置；

其中，图像处理模块的输出端、第一信号处理器的输出端以及第二信号处理器的输出端均与中央处理装置的输入端连接，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，温度传感器的输出端与湿度传感器的输出端均与第一信号处理器的输入端连接，PM2.5传感器的输出端、二氧化硫传感器的输出端、二氧化氮传感器的输出端以及二氧化碳传感器的输出端均与第二信号处理器的输入端连接，喷灌装置的输入端、显示装置的输入端以及存储装置的输入端均与中央处理装置的输出端连接，电池组的输出端与中央处理装置的输入端连接，太阳能组件的输出端与电池组的输入端连接，无线传输装置与中央处理装置双向通讯连接，无线传输装置与用户控制端双向通讯连接。

优选的，温度传感器和湿度传感器检测智能环境监测系统周围环境的温度信号和湿度信号，并将温度信号和湿度信号传输至第一信号处理器，第一信号处理器对温度信号和湿度信号进行信号处理，并将处理后的温度信号和湿度信号传输至中央处理装置，中央处理装置通过无线传输装置将处理后的温度信号和湿度信号传输至用户控制端，中央处理装置控制显示装置显示处理后的温度信号和湿度信号，中央处理装置控制存储装置存储处理后的温度信号和湿度信号。

优选的，PM2.5传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器以及二氧化碳传感器检测智能环境监测系统周围环境的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号，并将PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至第二信号处理器，第二信号处理器对PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号进行信号处理，并将处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至中央处理装置，中央处理装置通过无线传输装置将处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至用户控制端，中央处理装置控制显示装置显示处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号，中央处理装置控制存储装置存储处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号。

优选的，图像采集模块用于采集智能环境监测系统周围环境的图像信息，并将图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对图像进行处理后，将处理后的图像信息传输至中央处理装置，中央处理装置通过无线传输装置将处理后的图像信息传输至用户控制端，中央处理装置控制显示装置显示处理后的图像信息，中央处理装置控制存储装置存储处理后的图像信息。

优选的，太阳能组件内部包括太阳能电池板，电池组用于存储电能。

优选的，第一信号处理器包括依次连接的电压放大器、低通滤波器、差动放大器以及相敏检波器；

其中，温度传感器的输出端与湿度传感器的输出端均与电压放大器的输入端连接，电压放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与差动放大器的输入端连接，差动放大器的输出端与相敏检波器的输入端连接，相敏检波器的输出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的，第二信号处理器包括依次连接的电压放大器和低通滤波器；

其中，PM2.5传感器的输出端、二氧化硫传感器的输出端、二氧化氮传感器的输出端以及二氧化碳传感器的输出端均与电压放大器的输入端连接，电压放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的，将图像采集模块传输至图像处理模块的环境图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，图像处理模块对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)和图像q(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，其中，

；

；

。

图像处理模块将处理后的图像g(x,y)传输至中央处理装置。

优选的，用户控制端根据接收到的温度信号和湿度信号通过无线传输装置向中央处理装置传输控制信号，中央处理装置将控制信号传输至喷灌装置，喷灌装置根据控制信号对智能环境监测系统周围的林木实施喷灌作业。

优选的，用户控制端为环境监测工作人员的手机或平板电脑。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供一种智能环境监测系统，利用中央处理装置、图像采集模块、图像处理模块、温度传感器、湿度传感器、PM2.5传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器、二氧化碳传感器、第一信号处理器、第二信号处理器、喷灌装置、无线传输装置、用户控制端、电池组、太阳能组件、显示装置以及存储装置，该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将环境监测和远程控制以及防干扰监测有效的结合，用户控制端根据其接收到的数据可以控制喷灌装置对智能环境监测系统周围的林木进行自动灌溉，便于保护环境，同时可以对智能环境监测系统周围的环境状态进行监控；

（2）本发明提供的一种智能环境监测系统，图像处理模块对采集的图像进行图像增强处理，可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息，可提高对智能环境监测系统周围环境的辨识精度，能够及时发现是否有人对智能环境监测系统实施干扰，以影响环境监测系统监测数据的准确度。

附图说明

图1为本发明的智能环境监测系统的示意图；

图2为本发明的第一信号处理器的示意图；

图3为本发明的第二信号处理器的示意图。

附图标记：

1-中央处理装置；2-图像采集模块；3-图像处理模块；4-温度传感器；5-湿度传感器；6-PM2.5传感器；7-二氧化硫传感器；8-二氧化氮传感器；9-二氧化碳传感器；10-第一信号处理器；11-第二信号处理器；12-喷灌装置；13-无线传输装置；14-用户控制端；15-电池组；16-太阳能组件；17-显示装置；18-存储装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的智能环境监测系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的智能环境监测系统包括中央处理装置（1）、图像采集模块（2）、图像处理模块（3）、温度传感器（4）、湿度传感器（5）、PM2.5传感器（6）、二氧化硫传感器（7）、二氧化氮传感器（8）、二氧化碳传感器（9）、第一信号处理器（10）、第二信号处理器（11）、喷灌装置（12）、无线传输装置（13）、用户控制端（14）、电池组（15）、太阳能组件（16）、显示装置（17）以及存储装置（18）；

其中，图像处理模块（3）的输出端、第一信号处理器（10）的输出端以及第二信号处理器（11）的输出端均与中央处理装置（1）的输入端连接，图像采集模块（2）的输出端与图像处理模块（3）的输入端连接，温度传感器（4）的输出端与湿度传感器（5）的输出端均与第一信号处理器（10）的输入端连接，PM2.5传感器（6）的输出端、二氧化硫传感器（7）的输出端、二氧化氮传感器（8）的输出端以及二氧化碳传感器（9）的输出端均与第二信号处理器（11）的输入端连接，喷灌装置（12）的输入端、显示装置（17）的输入端以及存储装置（18）的输入端均与中央处理装置（1）的输出端连接，电池组（15）的输出端与中央处理装置（1）的输入端连接，太阳能组件（16）的输出端与电池组（15）的输入端连接，无线传输装置（13）与中央处理装置（1）双向通讯连接，无线传输装置（13）与用户控制端（14）双向通讯连接。

具体地，温度传感器（4）和湿度传感器（5）检测智能环境监测系统周围环境的温度信号和湿度信号，并将温度信号和湿度信号传输至第一信号处理器（10），第一信号处理器（10）对温度信号和湿度信号进行信号处理，并将处理后的温度信号和湿度信号传输至中央处理装置（1），中央处理装置（1）通过无线传输装置（13）将处理后的温度信号和湿度信号传输至用户控制端（14），中央处理装置（1）控制显示装置（17）显示处理后的温度信号和湿度信号，中央处理装置（1）控制存储装置（18）存储处理后的温度信号和湿度信号。

具体地，PM2.5传感器（6）、二氧化硫传感器（7）、二氧化氮传感器（8）以及二氧化碳传感器（9）检测智能环境监测系统周围环境的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号，并将PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至第二信号处理器（11），第二信号处理器（11）对PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号进行信号处理，并将处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至中央处理装置（1），中央处理装置（1）通过无线传输装置（13）将处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至用户控制端（14），中央处理装置（1）控制显示装置（17）显示处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号，中央处理装置（1）控制存储装置（18）存储处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号。

上述实施方式中，利用中央处理装置（1）、图像采集模块（2）、图像处理模块（3）、温度传感器（4）、湿度传感器（5）、PM2.5传感器（6）、二氧化硫传感器（7）、二氧化氮传感器（8）、二氧化碳传感器（9）、第一信号处理器（10）、第二信号处理器（11）、喷灌装置（12）、无线传输装置（13）、用户控制端（14）、电池组（15）、太阳能组件（16）、显示装置（17）以及存储装置（18），该系统结构简单，设计合理，并通过无线通讯技术，将环境监测和远程控制以及防干扰监测有效的结合，用户控制端根据其接收到的数据可以控制喷灌装置对智能环境监测系统周围的林木进行自动灌溉，便于保护环境，同时可以对智能环境监测系统周围的环境状态进行监控。

上述实施方式中，显示装置（17）和存储装置（18）位于环境监测站内。

具体地，图像采集模块（2）用于采集智能环境监测系统周围环境的图像信息，并将图像信息传输至图像处理模块（3），图像处理模块（3）对图像进行处理后，将处理后的图像信息传输至中央处理装置（1），中央处理装置（1）通过无线传输装置（13）将处理后的图像信息传输至用户控制端（14），中央处理装置（1）控制显示装置（17）显示处理后的图像信息，中央处理装置（1）控制存储装置（18）存储处理后的图像信息。

上述实施方式中，图像处理模块对采集的图像进行图像增强处理，可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息，可提高对智能环境监测系统周围环境的辨识精度，能够及时发现是否有人对智能环境监测系统实施干扰，以影响环境监测系统监测数据的准确度。

具体地，太阳能组件（16）内部包括太阳能电池板，电池组（15）用于存储电能。

上述实施方式中，太阳能组件（16）能够将太阳能转换为电能，并传输至电池组（15）进行存储，电池组（15）为智能环境监测系统提供电力支持。

作为上述的进一步优先，如图2所示，第一信号处理器（10）包括依次连接的电压放大器、低通滤波器、差动放大器以及相敏检波器；

其中，温度传感器（4）的输出端与湿度传感器（5）的输出端均与电压放大器的输入端连接，电压放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与差动放大器的输入端连接，差动放大器的输出端与相敏检波器的输入端连接，相敏检波器的输出端与中央处理装置（1）的输入端连接。

上述实施方式中，由于温度传感器（4）、湿度传感器（5）测得的电压值一般比较微弱，第一信号处理器（10）中使用电压放大器对接收到的温度信号和湿度信号进行放大处理，电压放大器为增益可调的电压放大器，并将放大后的信号传输至低通滤波器，低通滤波器对接收到的信号进行滤波处理，滤除噪声信号，然后将滤波后的温度信号和湿度信号传输至差动放大器，调节差动放大器，使其输出波形较大且没有明显失真，最后将经过差动放大器放大后的信号传输至相敏检波器。

作为上述的进一步优先，如图3所示，第二信号处理器（11）包括依次连接的电压放大器和低通滤波器；

其中，PM2.5传感器（6）的输出端、二氧化硫传感器（7）的输出端、二氧化氮传感器（8）的输出端以及二氧化碳传感器（9）的输出端均与电压放大器的输入端连接，电压放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的出端与中央处理装置（1）的输入端连接。

上述实施方式中，由于PM2.5传感器（6）、二氧化硫传感器（7）、二氧化氮传感器（8）以及二氧化碳传感器（9）测得的电压值一般比较微弱，第二信号处理器（11）中使用电压放大器对接收到的温度信号和湿度信号进行放大处理，电压放大器为增益可调的电压放大器，并将放大后的信号传输至低通滤波器，低通滤波器对接收到的信号进行滤波处理，滤除噪声信号。

具体地，将图像采集模块（2）传输至图像处理模块（3）的环境图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，图像处理模块（3）对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)和图像q(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，其中，

；

；

。

图像处理模块（3）将处理后的图像g(x,y)传输至中央处理装置（1）。

上述实施方式中，图像处理模块对采集的图像进行图像增强处理，可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息，可提高对智能环境监测系统周围环境的辨识精度，能够及时发现是否有人对智能环境监测系统实施干扰，以影响环境监测系统监测数据的准确度。

具体地，用户控制端（14）根据接收到的温度信号和湿度信号通过无线传输装置（13）向中央处理装置（1）传输控制信号，中央处理装置（1）将控制信号传输至喷灌装置（12），喷灌装置（12）根据控制信号对智能环境监测系统周围的林木实施喷灌作业。

具体地，用户控制端（14）为环境监测工作人员的手机或平板电脑。

上述实施方式中，环境监测工作人员根据自己的手机或者平板电脑能够实时获知智能环境监测系统检测数据，因此，能够实时监测智能环境监测系统周围的环境数据。

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)

1.一种智能环境监测系统，其特征在于，所述智能环境监测系统包括中央处理装置（1）、图像采集模块（2）、图像处理模块（3）、温度传感器（4）、湿度传感器（5）、PM2.5传感器（6）、二氧化硫传感器（7）、二氧化氮传感器（8）、二氧化碳传感器（9）、第一信号处理器（10）、第二信号处理器（11）、喷灌装置（12）、无线传输装置（13）、用户控制端（14）、电池组（15）、太阳能组件（16）、显示装置（17）以及存储装置（18）；

其中，所述图像处理模块（3）的输出端、所述第一信号处理器（10）的输出端以及第二信号处理器（11）的输出端均与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述图像采集模块（2）的输出端与所述图像处理模块（3）的输入端连接，所述温度传感器（4）的输出端与所述湿度传感器（5）的输出端均与所述第一信号处理器（10）的输入端连接，所述PM2.5传感器（6）的输出端、所述二氧化硫传感器（7）的输出端、所述二氧化氮传感器（8）的输出端以及所述二氧化碳传感器（9）的输出端均与所述第二信号处理器（11）的输入端连接，所述喷灌装置（12）的输入端、所述显示装置（17）的输入端以及所述存储装置（18）的输入端均与所述中央处理装置（1）的输出端连接，所述电池组（15）的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接，所述太阳能组件（16）的输出端与所述电池组（15）的输入端连接，所述无线传输装置（13）与所述中央处理装置（1）双向通讯连接，所述无线传输装置（13）与所述用户控制端（14）双向通讯连接。

2.根据权利要求1所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述温度传感器（4）和所述湿度传感器（5）检测所述智能环境监测系统周围环境的温度信号和湿度信号，并将所述温度信号和湿度信号传输至所述第一信号处理器（10），所述第一信号处理器（10）对所述温度信号和所述湿度信号进行信号处理，并将处理后的温度信号和湿度信号传输至所述中央处理装置（1），所述中央处理装置（1）通过所述无线传输装置（13）将处理后的温度信号和湿度信号传输至所述用户控制端（14），所述中央处理装置（1）控制所述显示装置（17）显示处理后的温度信号和湿度信号，所述中央处理装置（1）控制所述存储装置（18）存储处理后的温度信号和湿度信号。

3.根据权利要求1所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述PM2.5传感器（6）、所述二氧化硫传感器（7）、所述二氧化氮传感器（8）以及所述二氧化碳传感器（9）检测所述智能环境监测系统周围环境的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号，并将所述PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至所述第二信号处理器（11），所述第二信号处理器（11）对所述PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号进行信号处理，并将处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至所述中央处理装置（1），所述中央处理装置（1）通过所述无线传输装置（13）将处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号传输至所述用户控制端（14），所述中央处理装置（1）控制所述显示装置（17）显示处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号，所述中央处理装置（1）控制所述存储装置（18）存储处理后的PM2.5信号、二氧化硫信号、二氧化氮信号以及二氧化碳信号。

4.根据权利要求1所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述图像采集模块（2）用于采集所述智能环境监测系统周围环境的图像信息，并将所述图像信息传输至所述图像处理模块（3），所述图像处理模块（3）对所述图像进行处理后，将处理后的图像信息传输至所述中央处理装置（1），所述中央处理装置（1）通过所述无线传输装置（13）将处理后的图像信息传输至所述用户控制端（14），所述中央处理装置（1）控制所述显示装置（17）显示处理后的图像信息，所述中央处理装置（1）控制所述存储装置（18）存储处理后的图像信息。

5.根据权利要求1所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述太阳能组件（16）内部包括太阳能电池板，所述电池组（15）用于存储电能。

6.根据权利要求2所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述第一信号处理器（10）包括依次连接的电压放大器、低通滤波器、差动放大器以及相敏检波器；

其中，所述温度传感器（4）的输出端与所述湿度传感器（5）的输出端均与所述电压放大器的输入端连接，所述电压放大器的输出端与所述低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的输出端与所述差动放大器的输入端连接，所述差动放大器的输出端与所述相敏检波器的输入端连接，所述相敏检波器的输出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接。

7.根据权利要求3所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述第二信号处理器（11）包括依次连接的电压放大器和低通滤波器；

其中，所述PM2.5传感器（6）的输出端、所述二氧化硫传感器（7）的输出端、所述二氧化氮传感器（8）的输出端以及所述二氧化碳传感器（9）的输出端均与所述电压放大器的输入端连接，所述电压放大器的输出端与所述低通滤波器的输入端连接，所述低通滤波器的出端与所述中央处理装置（1）的输入端连接。

8.根据权利要求4所述的智能环境监测系统，其特征在于，将所述图像采集模块（2）传输至所述图像处理模块（3）的环境图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，所述图像处理模块（3）对图像f(x,y)进行图像亮度增强处理，经过图像亮度增强处理后的图像二维函数为g(x,y)，其中，图像p(x,y)和图像q(x,y)为对图像f(x,y)进行预处理后的图像，其中，

；

；

。

所述图像处理模块（3）将处理后的图像g(x,y)传输至所述中央处理装置（1）。

9.根据权利要求2或6所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述用户控制端（14）根据接收到的温度信号和湿度信号通过所述无线传输装置（13）向所述中央处理装置（1）传输控制信号，所述中央处理装置（1）将所述控制信号传输至所述喷灌装置（12），所述喷灌装置（12）根据所述控制信号对所述智能环境监测系统周围的林木实施喷灌作业。

10.根据权利要求1所述的智能环境监测系统，其特征在于，所述用户控制端（14）为环境监测工作人员的手机或平板电脑。