CN111629009B - 基于区块链的空气质量监测装置及其监测方法 - Google Patents

基于区块链的空气质量监测装置及其监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空气监测技术领域,具体涉及一种基于区块链的空气质量监测装置及其监测方法,空气质量监测装置包括设置在移动工具上的检测装置,检测装置包括设置在外壳内的控制器、与控制器连接的空气检测件、定位器及电源模块,外壳包括对应设置的底壳及上壳,电源模块包括设置在上壳的金属通电片、底壳对应金属通电片设置的通电底片及通电底片连接的可充电电池,通电底片与金属通电片形成电源导通回路,可充电电池连接控制器、空气检测件及定位器,底壳壳壁对应空气检测件设置有通风口,控制器通过通讯模块连接远程服务器终端。

Description

基于区块链的空气质量监测装置及其监测方法
技术领域
本发明涉及空气监测技术领域,具体涉及一种基于区块链的空气质量监测装置及其监测方法。
背景技术
随着我国社会不断发展的同时,空气污染情况愈发严峻,空气污染监测装置应运而生。现有的空气质量监测装置大部分不具有移动性,多固定在设定位置对一定区域范围内空气质量进行监测,由于空气的流动性,区域范围内的不同地点其空气质量情况不同,所以在进行空气质量监测过程中数据可靠性较低,不具有全面性。而若要对特定位置进行监测需要专人携带相应的空气质量监测装置到设定位置进行监测,存在携带不方便,操作复杂的问其。且绝大多数监测装置无法实现异地实时、动态的监测数据跟踪的功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种监测数据准确度高,提高监测的全面性,可靠性强的空气质量监测装置及监测方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为:基于区块链的空气质量监测装置,包括设置在移动工具上的检测装置,所述检测装置包括设置在外壳内的控制器、与所述控制器连接的空气检测件、定位器及电源模块,所述外壳包括对应设置的底壳及上壳,所述电源模块包括设置在上壳的金属通电片、底壳对应所述金属通电片设置的通电底片及通电底片连接的可充电电池,所述通电底片与金属通电片形成电源导通回路,可充电电池连接所述控制器、空气检测件及定位器,所述底壳壳壁对应空气检测件设置有通风口,控制器通过通讯模块连接远程服务器终端。
所述移动工具为移动汽车、移动自行车、无人机中的一种。
所述空气检测件上设置有红外探头,所述底壳对应所述红外探头设置有红外通孔,所述红外探头及红外通孔均靠近所述通风口设置,所述红外探头连接所述控制器。红外探头及红外通孔均靠近所述通风口设置,通过红外探头判断通风口是否有遮挡物遮挡,保证检测装置在一个自然情况下进行空气的检测,避免人为通过过滤装置等物进行刻意遮挡,保证数据检测的真实性。
所述远程服务器终端为连接网络的计算机,远程服务器终端设有校验模块、存储模块及区块链模块。
所述通讯模块包括SIM卡,控制器通过SIM卡与远程服务器终端建立无线网络连接。
所述控制器包括计时单元、处理单元及存储单元,所述处理单元分别与计时单元及存储单元连接,所述空气检测件、定位器及通讯模块均连接所述处理单元,所述计时单元用于进行时间计时,所述处理单元用于接收处理定位器的定位信息及空气检测件的检测信息,所述存储单元用于进行数据存储。
一种基于区块链的空气质量监测方法,包括以下步骤:
步骤一:数据采集,定位器采集定位信息,判断移动工具移动状态,若移动工具静止,则空气检测件采集空气质量信息;
步骤二:数据传输,控制器将采集的定位信息及空气质量信息发送至远程服务器终端;
步骤三:数据接收及存储,远程服务器终端接收空气质量信息及定位信息并进行数据校验,将通过校验的数据信息分别发送至数据库存储模块及区块链模块进行存储;
步骤四:数据显示,在智能地图平台上显示所需查询位置的空气质量情况,实现数据可视化。
所述步骤一包括以下子步骤:
1-1):通过红外探头判断通风口处是否被遮挡,若被遮挡则控制器控制空气检测件停止空气检测并向远程服务器发送故障信号;否则即通风口未被遮挡,进入步骤1-2);
1-2):定位器每隔设定的时间间隔进行一次定位,获取当前所处位置的定位信息;
1-3):若相邻三次采集的定位信息无变化,则判定移动工具静止,控制器向空气检测件(3)发送信息采集信号并开始计时,每隔设定计时间隔,控制器向空气检测件发送一次信息采集信号,空气检测件接收信息采集信号采集空气质量信息并将空气质量信息发送至控制器。空气检测件根据控制器的信号进行采集,无需实时采集,达到省电的目的,节约资源,延长使用寿命。若相邻三次采集的定位信息发生变化,则判定移动工具移动,控制器向空气检测件发送停止采集信号,空气检测件停止监测,监测的定位信息及空气质量信息由存储器存储。
所述步骤二包括以下子步骤:
2-1):远程服务器终端每隔设定时间向控制器询问最近N次的空气质量信息,N为自然数;
2-2):控制器接收询问信息,若当前位置监测次数大于等于远程服务器终端需要的次数N,则控制器将当前位置监测的最近的N条定位信息及空气质量信息发送至远程服务器终端,若当前位置监测次数小于远程服务器终端需要的次数N,则控制器忽略远程服务器终端的询问。
所述步骤三中数据校验包括以下子步骤:
3-1):防拆校验,判断检测装置是否非法断电过,若是则远程服务器将该检测装置记为掉线,并不再采信该检测装置上报的数据;否则,则防拆校验通过,进入步骤3-2);保证检测装置不会被人为恶意篡改,确保检测装置采集信息的真实性。
3-2):通过CRC校验法对上传的数据校验其数据完整性,若通过则数据信息分别发送至数据库存储模块及区块链模块进行存储,否则直接丢弃。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、通过移动工具进行移动,流动性强,监测数据具有全面性。
2、通过EOS区块链模块保存,利用EOS区块链不可更改的特性,保证数据的真实性可靠性。
3、利用LBS基站定位服务,定位准确度高,从而能够更精确掌握特定地点的空气监测数据情况。
附图说明
图1是本发明结构原理图。
图2是本发明控制器、空气检测件及定位器连接的电路图。
图3是检测装置结构示意图。
图4是检测装置底壳内结构示意图。
图5是检测装置爆炸图。
图6是图5中A的局部放大图。
图中:1、外壳;101、底壳;102、上壳;103、金属通电片;104、通电底片;2、控制器;3、空气检测件;4、通风口;5、红外探头;6、红外通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例做进一步描述:
实施例1
如图1至图6所示,基于区块链的空气质量监测装置,包括设置在移动工具上的检测装置,检测装置包括设置在外壳1内的控制器2、与控制器2连接的空气检测件3、定位器及电源模块,外壳1包括对应设置的底壳101及上壳102,电源模块包括设置在上壳102的金属通电片103、底壳101对应金属通电片103设置的通电底片104及通电底片104连接的可充电电池,通电底片104与金属通电片103形成电源导通回路,可充电电池连接控制器2、空气检测件3及定位器,底壳101壳壁对应空气检测件设置有通风口4,控制器2通过通讯模块连接远程服务器终端。外壳1安装完成后,底壳101与上壳102相对闭合,金属通电片103与通电底片104形成一个闭合回路可充电电池导通供电,保证外壳1安装后使用过程中的完整性,避免人为刻意破坏拆开对装置进行恶性篡改,保证数据采集的真实性。本实施例中空气检测件3为PM2.5传感器及PM10传感器,也可以是其他现有的空气质量传感器或空气质量检测仪。电源模块包括锂电池连接的太阳能电源模块,保持装置长久运行。定位器采用LBS基站定位服务及GPS定位系统。通过LBS及GPS定位覆盖范围广,定位精度高,更能够对监测点进行更为精准的定位。
移动工具为移动汽车、移动自行车、无人机中的一种。本实施例将空气监测件、定位器及控制器设置在共享单车上,利用共享单车的流动性,能够更广泛的同地点的空气质量情况。
空气检测件3上设置有红外探头5,底壳101对应红外探头5设置有红外通孔6,红外探头5及红外通孔6均靠近通风口4设置,红外探头5连接控制器2。红外探头5及红外通孔6均靠近通风口4设置,通过红外探头5判断通风口4是否有遮挡物遮挡,保证检测装置在一个自然情况下进行空气的检测,避免人为通过过滤装置等物进行刻意遮挡,保证数据检测的真实性。
控制器2包括计时单元、处理单元及存储单元,处理单元分别与计时单元及存储单元连接,空气检测件3、定位器及通讯模块均连接处理单元,计时单元用于进行时间计时,处理单元用于接收处理定位器的定位信息及空气检测件3的检测信息,存储单元用于进行数据存储。本实施例采用的控制器是型号为STC12c5A60S2的中央处理器。该中央处理器具有更快的运速以及双串口,中央处理器通过串口分别连接定位器及空气监测件,接收定位器的定位信息以及空气监测件的空气监测信息,并发送相关指令。
通讯模块包括SIM卡,控制器2通过SIM卡与远程服务器终端建立无线网络连接。控制器2将获取的空气监测信息及定位信息以透传模式发送至远程服务器终端。通过SIM卡进行无线网络透传,可以实现该装置的任意移动,比如安装到共享单车等移动工具上,达到对区域内不定点的宽泛监测。
远程服务器终端为连接网络的计算机,本实施例设置该远程服务器终端采用Ubuntu系统。通讯模块采用非对称加密协议及MQTT协议获取控制器的有关空气监测及定位数据信息并传送至远程服务器终端。远程服务器终端设有校验模块、存储模块及区块链模块。本实施例存储模块选用MongoDB数据库。尽管从技术层面来看,现有多种数据库可供选择,但是MongoDB数据库具有以下优点:首先,本发明中需要后台服务器对数据进行记录,而且预期投放到环境中的空气检测件较多,同时各空气检测件监测频率较高,故需可承受大量二进制数据多次写入的高性能数据库;而MongoDB允许使用内存映射存储引擎,把磁盘的I/O操作转换成为内存的操作;其次,考虑到需要记录监测装置的LBS及GPS位置信息,恰好MongoDB支持2d index:;最后,随着装置运行,需按运行状况优化数据存储方式,故需允许在生产环境下修改数据结构而不影响程序运行,恰好mongodb是NoSQL允许在生产环境下修改数据。区块链模块为EOS区块链模块。利用区块链的防伪功能确保存储数据信息的真实性和有效性,防止篡改。
实施例2
如图1至图6所示,一种基于区块链的空气质量监测方法,包括以下步骤:
步骤一:数据采集,定位器采集定位信息,判断移动工具移动状态,若移动工具静止,则空气检测件采集空气质量信息;步骤一包括以下子步骤:
1-1):通过红外探头5判断通风口4处是否被遮挡,若被遮挡则控制器2控制空气检测件3停止空气检测并向远程服务器发送故障信号;否则即通风口4未被遮挡,进入步骤1-2);
1-2):定位器每隔设定的时间间隔进行一次定位,获取当前所处位置的定位信息,本实施例设置该时间间隔为1分钟,即定位器每隔一分钟进行一次定位,定位器采集当前所处的定位信息,并将定位信息发送至控制器;
1-3):若相邻三次采集的定位信息无变化,则判定移动工具静止,控制器2向空气检测件3发送信息采集信号并开始计时,每隔设定计时间隔,本实施例设定该计时间隔为1分钟,控制器2向空气检测件3发送一次信息采集信号,空气检测件接收信息采集信号采集空气质量信息并将空气质量信息发送至控制器2。空气检测件根据控制器2的信号进行采集,无需实时采集,达到省电的目的,节约资源,延长使用寿命。若相邻三次采集的定位信息发生变化,则判定移动工具移动,控制器向空气检测件发送停止采集信号,空气检测件停止监测,监测的定位信息及空气质量信息由控制器2的存储单元存储。
步骤二:数据传输,控制器将采集的定位信息及空气质量信息发送至远程服务器终端;步骤二包括以下子步骤:
2-1):远程服务器终端每隔设定时间向控制器询问最近N次的空气质量信息,N为自然数,本实施例设置服务器终端每隔10分钟向控制器询问最近10次的空气质量信息;
2-2):控制器接收询问信息,若当前位置监测次数大于等于远程服务器终端需要的次数N,则控制器将当前位置监测的最近的N条定位信息及空气质量信息发送至远程服务器终端,若当前位置监测次数小于远程服务器终端需要的次数N,则控制器忽略远程服务器终端的询问。
步骤三:数据接收及存储,远程服务器终端接收空气质量信息及定位信息并进行数据校验,将通过校验的数据信息分别发送至数据库存储模块及区块链模块进行存储。
步骤三中数据校验包括以下子步骤:
3-1):防拆校验,判断检测装置是否非法断电过,即判断金属通电片与通电底片形成的闭合回路是否断开过,在使用过程中,若底壳101与上壳102拆开,则金属通电片103与通电底片104形成的闭合回路随之断开,整个检测装置断电,当再次通电时,由于已经断过电,控制器2中对应通讯模块设置的通信密钥已经丢失,此时控制器2向远程服务器发送的任何信号在通过通讯模块传输时均不能通过MQTT协议的校验,由此该检测装置认定为非法断电,远程服务器将该检测装置记为掉线,并不在采信该检测装置上报的数据;否则,则防拆校验通过,进入步骤3-2);保证检测装置不会被人为恶意篡改,确保检测装置采集信息的真实性。
3-2):通过CRC校验法对上传的数据校验其数据完整性,若通过则数据信息分别发送至数据库存储模块及区块链模块进行存储,否则直接丢弃。
步骤四:数据显示,在智能地图平台上显示所需查询位置的空气质量情况,实现数据可视化。服务器终端从MongoDB数据库中提取数据进行本地查询,结合现有的智能地图平台并通过web系统实现数据可视化,使得查询数据信息更加直观清楚,本实施例的所采用的智能地图平台为百度地图。通过智能地图平台锁定需要查询的位置,根据位置查找数据库存储模块中的相应定位信息,调取最近一次服务器终端询问时控制器发送的该位置的N条空气质量信息计算平均值,计算的平均值为作为该位置的空气质量信息情况,并在智能地图平台锁定的该位置上显示。更新数据在一定程度上做到了既保证了测量数据的准确性又做到了实时性。区块链在本设计中不作为日常查询数据的工具使用,只作为防伪措施使用。即当有组织或个人对本设计的本地服务器的展示数据以及MongoDB存储数据篡改时,通过区块链的不可篡改的特性,进行查询验证,保证数据的真实性。

Claims (5)

1.一种基于区块链的空气质量监测方法,其特征在于,基于区块链的空气质量监测装置包括设置在移动工具上的检测装置,所述检测装置包括设置在外壳(1)内的控制器(2)、与所述控制器(2)连接的空气检测件(3)、定位器及电源模块,所述外壳(1)包括对应设置的底壳(101)及上壳(102),所述电源模块包括设置在上壳(102)的金属通电片(103)、底壳(101)对应所述金属通电片(103)设置的通电底片(104)及通电底片(104)连接的可充电电池,所述通电底片(104)与金属通电片(103)形成电源导通回路,可充电电池连接所述控制器(2)、空气检测件(3)及定位器,所述底壳(101)壳壁对应空气检测件设置有通风口(4),控制器(2)通过通讯模块连接远程服务器终端;
所述空气检测件(3)上设置有红外探头(5),所述底壳(101)对应所述红外探头(5)设置有红外通孔(6),所述红外探头(5)及红外通孔(6)均靠近所述通风口(4)设置,所述红外探头(5)连接所述控制器(2),基于区块链的空气质量监测装置的监测方法包括以下步骤:
步骤一:数据采集,定位器采集定位信息,判断移动工具移动状态,若移动工具静止,则空气检测件采集空气质量信息;所述步骤一包括以下子步骤:
1-1):判断通风口(4)处是否被遮挡,若被遮挡则控制器(2)控制空气检测件(3)停止空气检测并向远程服务器发送故障信号;否则进入步骤1-2);
1-2):定位器每隔设定的时间间隔进行一次定位,获取当前所处位置的定位信息;
1-3):若相邻三次采集的定位信息无变化,则判定移动工具静止,控制器(2)向空气检测件(3)发送信息采集信号并开始计时,每隔设定计时间隔,控制器(2)向空气检测件(3)发送一次信息采集信号,空气检测件接收信息采集信号采集空气质量信息并将空气质量信息发送至控制器;
步骤二:数据传输,控制器将采集的定位信息及空气质量信息发送至远程服务器终端;所述步骤二包括以下子步骤:
2-1):远程服务器终端每隔设定时间向控制器询问最近N次的空气质量信息,N为自然数;
2-2):控制器接收询问信息,若当前位置监测次数大于等于远程服务器终端需要的次数N,则控制器将当前位置监测的最近的N条定位信息及空气质量信息发送至远程服务器终端,若当前位置监测次数小于远程服务器终端需要的次数N,则控制器忽略远程服务器终端的询问;
步骤三:数据接收及存储,远程服务器终端接收空气质量信息及定位信息并进行数据校验,将通过校验的数据信息分别发送至数据库存储模块及区块链模块进行存储;所述步骤三中数据校验包括以下子步骤:
3-1):防拆校验,判断检测装置是否非法断电过,若是则远程服务器将该检测装置记为掉线,并不再采信该检测装置上报的数据;否则,则防拆校验通过,进入步骤3-2);
3-2):通过CRC校验法对上传的数据校验其数据完整性,若通过则数据信息分别发送至数据库存储模块及区块链模块进行存储,否则直接丢弃;
步骤四:数据显示,在智能地图平台上显示所需查询位置的空气质量情况,实现数据可视化。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的空气质量监测方法,其特征在于,所述移动工具为移动汽车、移动自行车、无人机中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的空气质量监测方法,其特征在于,所述远程服务器终端为连接网络的计算机,远程服务器终端设有校验模块、存储模块及区块链模块。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的空气质量监测方法,其特征在于,所述通讯模块包括SIM卡,控制器(2)通过SIM卡与远程服务器终端建立无线网络连接。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的空气质量监测方法,其特征在于,所述控制器(2)包括计时单元、处理单元及存储单元,所述处理单元分别与计时单元及存储单元连接,所述空气检测件(3)、定位器及通讯模块均连接所述处理单元,所述计时单元用于进行时间计时,所述处理单元用于接收处理定位器的定位信息及空气检测件(3)的检测信息,所述存储单元用于进行数据存储。
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