CN110823284A - 一种智能环境监测设备及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能环境监测设备及监测方法，包括传感器单元、数据处理单元和通信单元，所述传感器单元包括多个传感器，用于监测环境数据；所述数据处理单元与所述传感器单元的输出端连接，用于根据所述传感器单元输出的信号生成监测数据；所述通信单元与所述数据处理单元连接，用于将所述监测数据发送给上位机。本发明的智能环境监测设备可以对环境进行各方面的质量状况的监测并上传到上位机进行相关处理，具有监测数据准确、可靠、安全的优势。

Description

一种智能环境监测设备及监测方法

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特别涉及一种智能环境监测设备及监测方法。

背景技术

随着生活水平的提高，人们对环境的要求越来越高，对环境进行监测的产品也各种各样，例如，有用于监测甲醛的环境监测设备、监测温湿度的环境监测设备等，但是现有技术中的环境监测设备，监测数据不准确，会发生误报事件造成误会等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种智能环境监测设备及监测方法，以解决现有技术中环境监测设备监测数据不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种智能环境监测设备，包括传感器单元、数据处理单元和通信单元，

所述传感器单元包括多个传感器，用于监测环境数据；

所述数据处理单元与所述传感器单元的输出端连接，用于根据所述传感器单元输出的信号生成监测数据；

所述通信单元与所述数据处理单元连接，用于将所述监测数据发送给上位机。

可选的：所述多个传感器包括噪音传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器、PM2.5传感器和PM10传感器。

可选的：所述气体传感器包括二氧化碳传感器和甲醛传感器。

可选的：所述通信单元包括ZigBee无线模块。

可选的：还包括输出模块，所述输出模块包括声光报警模块和显示模块，

所述声光报警模块用于根据所述监测数据发出报警信息；

所述显示模块用于显示所述监测数据。

可选的：还包括电源模块，所述电源模块连接所述数据处理单元，用于将市电转换为所述数据处理单元的工作电压。

根据本发明的另一方面提供了一种环境监测方法，包括：

获取环境数据；

将环境数据与预存的环境阈值对比；

若环境数据不小于所述环境阈值，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息；

若环境数据小于所述环境阈值，则将环境数据发送至上位机。

可选的：所述获取环境数据包括：

先获取空气质量数据；然后获取声音数据；

所述空气质量数据包括温度数据、湿度数据、气体数据、PM2.5数据和PM10数据，所述声音数据包括噪音数据。

可选的：若环境数据不小于所述环境阈值，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息具体包括：

若环境数据不小于所述环境阈值，则判断所述环境数据是否为错误数据，

若所述环境数据不是错误数据，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息；

若所述环境数据是错误数据，则进行扔包处理并记录扔包次数；

若扔包次数大于N则向上位机报告错误信息，其中N不小于3。

可选的：所述错误数据包括大于100％或小于0的湿度数据和浓度大于100％或小于0的气体数据。

采用上述技术方案，由于通过ZigBee无线模块将本设备与上位机(如手机、服务器等)进行通信，具有传输速度快，安全可靠的优点，同时集成了终端显示模块、声光报警模块等，具有显示与声光报警功能，可以方便用户及时了解环境监测情况；另外还能够对错误数据进行识别，避免错误数据影响设备的判断，并发送错误信息给上位机提醒用户传感器可能发生故障。

附图说明

图1为本发明实施例1智能环境监测设备的结构框图；

图2为本发明实施例2智能环境监测设备的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

一种智能环境监测设备，如图1所示，包括传感器单元、数据处理单元和通信单元，

其中，传感器单元包括多个传感器，其用于监测环境数据。

在本发明的实施例中，传感器可以是光敏传感器、声敏传感器、气敏传感器、化学传感器、压敏传感器、温敏传感器、电阻式传感器、变频功率传感器、电阻应变式传感器、热电阻传感器、激光传感器、生物传感器等。

在本发明的实施例中，环境数据包括噪音数据、温度数据、湿度数据、气体数据、PM2.5数据和PM10数据等。

对应的，在本发明的实施例中，传感器单元包括、温度传感器、湿度传感器、气体传感器、PM2.5传感器和PM10传感器，其中气体传感器包括二氧化碳传感器和甲醛传感器，

上述噪音传感器用于获取环境中的噪音数据，温度传感器用于获取环境中的温度数据，湿度传感器用于获取环境中的湿度数据，PM2.5传感器用于获取环境中PM2.5的数据，PM10传感器用于获取环境中PM10的数据，二氧化碳传感器用于获取环境中的二氧化碳浓度数据，甲醛传感器用于获取环境中的甲醛浓度数据。

数据处理单元与传感器单元的输出端连接，用于根据传感器单元输出的信号生成监测数据。

在本发明的实施例中，数据处理单元可以是单片机(下文简称为MCU)，由于传感器单元中采集的数据信息表现为传感器的电阻值，故MCU用于将电阻值转化为数字信号值，并与预存在MCU中的各个阈值对比，并将监测数据(包括数字信号值和对比结果)通过通信单元发生给上位机。

通信单元与数据处理单元连接，用于将监测数据发送给上位机。

在本发明的实施例中，该通信单元为ZigBee无线模块。

ZigBee，是一种低速短距离传输的无线网上协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层。主要特色有低速、低耗电、低成本、支持大量网上节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。将其应用在本发明的中具有以下优点：

1、低功耗：工作模式下，ZigBee技术的传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间很短。其次，在非工作模式情况下，ZigBee的节点处于休眠状态。ZigBee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右，对于某些占空比(工作时间/(工作时间+休眠时间))小于1％的应用，电池的寿命甚至可以超过十年。相比较蓝牙仅能工作数周，WIFI仅可工作数小时。

2、低成本：通过大幅简化协议，降低了对节点存储和计算能力的要求，。根据研究以8051的8位微控制器测算，全功能设备需要32K的代码，精简功能只需要4KB的代码，而且ZigBee协议专利免费。

3、自组网：ZigBee设备支持自组网功能，并且可网络自恢复，设备可根据通信链路健康情况自动进行通信优化。

4、短时延：ZigBee响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需要15ms。节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较蓝牙需要3-10秒，WIFI需要3秒。

5、网络容量大：ZigBee低速率、低功耗和短距离传输的特点使得它非常适宜支持简单器件。通过网络协调器(Network Coordinator)，整个网络可以支持超过65000个ZigBee网络节点，再加上各个网络协调器可以相互连接，整个ZigBee的网络节点的数目将是十分可观。

6、高安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能。在数据传输过程中，可采用AES的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法用户。

7、免执照频段2.4GHz：ZigBee设备物理层采用工业、科学、医疗(ISM)频段。

8、数据传输可靠：ZigBee的媒质传入控制层(MAC层)采用talk-when-ready的碰撞避免机制。ZigBee为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时竞争和冲突。

在本发明的实施例中，上位机可以包括手机、服务器、pc端等。

实施例2

一种智能环境监测设备，如图2所示，该装置还包括输出模块，输出模块包括声光报警模块和显示模块。

在本发明的实施例中，声光报警模块用于根据监测数据发出报警信息；该声光报警模块可以包括声光报警装置。

对于不同的环境，其限定的环境状况不同，即噪音数据、温度数据、湿度数据、气体数据、PM2.5数据和PM10数据在不同的环境中其阈值不同，在本发明的实施例中，以本装置是监测室内环境为例进行说明，对于室内环境，噪音数据、二氧化碳数据、甲醛数据、PM2.5数据和PM10数据国家都规定有不同的标准值，温度数据和湿度数据则可以根据用户的需要进行设定，例如夏天的时候空气比较湿热，湿度数据阈值可能设置为较高的数值，当检测到的湿度数据大于该阈值时发出报警信息，但是冬天的时候，空气比较干燥，此时可以将湿度数值阈值设置为较低的数值，当监测到的湿度数据小于该阈值时发出报警信息。

由于检查的数值是多样的，所以可以根据需要设置多个声光报警装置分别对不同的监测目标进行预报以方便人们区分观察。

显示模块用于显示监测数据，在本发明的实施例中，显示模块可以是液晶显示屏、触摸显示屏等。。

另外，为了给本装置供电，还设置有电源模块，电源模块连接数据处理单元，用于将市电转换为数据处理单元的工作电压。

实施例3

一种环境监测方法，包括：

步骤1、获取环境数据；

在本发明的实施例中，获取环境数据具体包括：

先获取空气质量数据；然后获取声音数据；由于空气质量数据相对于声音数据来说，人主观上不容易发现，即声音数据人通过听觉能相对来说判断出是否超标，所以在本发明的实施例中先获取空气质量数据，然后获取声音数据。

空气质量数据包括温度数据、湿度数据、二氧化碳数据、甲醛数据、PM2.5数据和PM10数据，声音数据包括噪音数据。

步骤2、将环境数据与预存的环境阈值对比；

由于不同的传感器对应的物理数据端口不同，因此MCU将不同的传感器数据进行判断是检测的何种数据，然后将其与阈值对比，例如，PM2.5传感器检测到的数据为a，MCU接收到数值a后，根据该数值发生的端口判断其为PM2.5的数值，然后将a与系统中预设的阈值b进行对比获得对比结果，根据对比结果进行不同的操作。

步骤3、若环境数据不小于环境阈值，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息，具体包括：

步骤301、若环境数据不小于环境阈值，则判断环境数据是否为错误数据，环境数据不小于环境阈值说明此时环境数据可能超过阈值是不安全的，或者传感器发生故障发送了错误数据，例如湿度数据，湿度传感器监测到的湿度数据为30％，而湿度阈值为25％，则此时MCU判断湿度数据是不小于湿度阈值的，然后对湿度数据30％进行判断是否为错误数据。

在本发明的实施例中，错误数据包括大于100％或小于0的湿度数据和浓度大于100％或小于0的气体数据。

步骤302、若环境数据不是错误数据，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息；在本发明的实施例中，湿度数据30％即不是大于100％，也不是小于0，因此该数据并非错误数据，此时MCU将湿度数据30％发生至上位机，且控制声光报警模块发出报警信息以提醒用户注意并处理。

步骤303、若环境数据是错误数据，则进行扔包处理并记录扔包次数，若扔包次数大于N则向上位机报告错误信息，其中N不小于3，在本发明的实施例中N等于3。

若环境数据是错误数据，说明传感器有可能发生故障；但是为了防止误报，在扔包3次以上的时候才将向上位机报告错误信息，该错误信息可以是该数据对应的传感器疑似故障的信息。

步骤4、若环境数据小于环境阈值，则将环境数据发送至上位机。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能环境监测设备，其特征在于：包括传感器单元、数据处理单元和通信单元，

所述传感器单元包括多个传感器，用于监测环境数据；

所述数据处理单元与所述传感器单元的输出端连接，用于根据所述传感器单元输出的信号生成监测数据；

所述通信单元与所述数据处理单元连接，用于将所述监测数据发送给上位机。

2.根据权利要求1所述的智能环境监测设备，其特征在于：所述多个传感器包括噪音传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器、PM2.5传感器和PM10传感器。

3.根据权利要求2所述的智能环境监测设备，其特征在于：所述气体传感器包括二氧化碳传感器和甲醛传感器。

4.根据权利要求2所述的智能环境监测设备，其特征在于：所述通信单元包括ZigBee无线模块。

5.根据权利要求4所述的智能环境监测设备，其特征在于：还包括输出模块，所述输出模块包括声光报警模块和显示模块，

所述声光报警模块用于根据所述监测数据发出报警信息；

所述显示模块用于显示所述监测数据。

6.根据权利要求5所述的智能环境监测设备，其特征在于：还包括电源模块，所述电源模块连接所述数据处理单元，用于将市电转换为所述数据处理单元的工作电压。

7.一种环境监测方法，其特征在于，包括：

获取环境数据；

将环境数据与预存的环境阈值对比；

若环境数据不小于所述环境阈值，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息；

若环境数据小于所述环境阈值，则将环境数据发送至上位机。

8.根据权利要求7所述的一种环境监测方法，其特征在于：所述获取环境数据包括：

先获取空气质量数据；然后获取声音数据；

所述空气质量数据包括温度数据、湿度数据、气体数据、PM2.5数据和PM10数据，所述声音数据包括噪音数据。

9.根据权利要求8所述的一种环境监测方法，其特征在于：若环境数据不小于所述环境阈值，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息具体包括：

若环境数据不小于所述环境阈值，则判断所述环境数据是否为错误数据，

若所述环境数据不是错误数据，则将环境数据发送至上位机且控制声光报警模发出报警信息；

若所述环境数据是错误数据，则进行扔包处理并记录扔包次数；

若扔包次数大于N则向上位机报告错误信息，其中N不小于3。

10.根据权利要求9所述的一种环境监测方法，其特征在于：所述错误数据包括大于100％或小于0的湿度数据和浓度大于100％或小于0的气体数据。

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