CN112362108A - 环境监测处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境监测领域，具体涉及一种环境监测处理系统。包括：数据采集单元、功能管理单元与操作单元；数据采集单元将数据发送到功能管理单元进行存储；数据采集单元包括：网关、协调器与终端节点；终端节点用于采集物理环境数据；终端节点包括：温度传感器、烟雾传感器与光照强度检测仪；协调器汇聚终端节点数据再发送给网关，网关将Zigbee转换成WiFi；数据采集单元还包括移动智能体，移动智能体用于实施操作单元发出的相关措施；操作单元将数据发送到功能管理单元进行数据处理；操作数据单元可以实时观看室内的视频，当发生意外情况时，操作单元进行警告并进行相关措施；本方案能远距离传输终端节点采集的信息至系统服务器。

Description

环境监测处理系统
技术领域
本发明属于环境监测领域，具体涉及环境监测处理系统。
背景技术
环境监测系统是在室内场景中收集信号环境信息和物理环境信息，并能够根据收集到的信息数据做出相应的判断。室内环境监测系统包括数据采集单元、功能管理单元与操作单元，数据采集单元与功能管理单元通信连接，功能管理单元与操作单元通信连接。数据采集单元用于采集环境的物理信息，数据采集单元包括传感器网络，感知网络包括：终端节点与汇聚节点。功能管理单元用于存储数据采集单元的数据和对操作单元的数据进行处理。
传统感知网络的数据集中在其自己的汇聚节点上，而这些汇聚节点采用的都是短距离传输，并且这些汇集节点分布较为分散，且距离系统服务器位置距离不一，使得收集到的数据难以有效地传输到系统服务器，限制了采集信息的范围和种类。数据采集设备在长时间使用后上面会有灰尘，影响监测结果。
发明内容
本方案提供一种远距离传输的环境监测处理系统。
为了达到上述目的，本方案提供一种环境监测处理系统，包括：数据采集单元、功能管理单元与操作单元；所述数据采集单元用于各类信息数据的采集与实施系统的各种处理措施；所述数据采集单元包括：终端节点；所述终端节点用于采集物理环境数据；所述终端节点包括：温度传感器、烟雾传感器与光照强度检测仪； 所述数据采集单元将数据发送到功能管理单元进行存储；所述功能管理单元由系统服务器构成，用于进行数据存储、数据处理与数据交互；所述操作单元用于相关的业务操作和请求；所述操作单元将数据发送到功能管理单元进行数据处理；所述操作单元通过WiFi与功能管理单元连接；还包括：所述数据采集单元通过WiFi与功能管理单元连接；所述数据采集单元还包括：协调器与网关；所述协调器通过Zigbee网络汇集终端节点数据，协调器将数据发送给网关；所述网关将Zigbee转换成WiFi；所述网关将数据发送给功能管理单元；所述数据采集单元还包括移动智能体，所述移动智能体用于实施操作单元发出的相关措施命令；所述光照强度检测仪包括：机架、第一传动轴、第一锥形齿轮、第二锥形齿轮、第二传动轴、转动架、与定位座；所述第一传动轴转动设置在机架上；所述第一传动轴同轴连接有风机，第一传动轴与第一锥形齿轮同轴连接；所述第二传动轴转动设置在机架上，所述第二传动轴同轴连接有凸轮；所述第二传动轴同轴连接有转动架，转动架上设有若干个光敏传感器；第二传动轴与第二锥形齿轮同轴连接；所述第二锥形齿轮与第一锥形齿轮相啮合；所述定位座固定设置在机架上，定位座上设有滑槽，滑槽上滑动设有连接杆；所述连接杆上设有毛刷；所述连接杆通过弹簧与机架固定连接。
本方案原理：气流使风机转动，风机使第一传动轴转动，从而使第一锥形齿轮转动。第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合，第一锥形齿轮带动第二锥形齿轮转动，第二锥形齿轮带动第二传动轴转动，第二传动轴带动光敏传感器转动，光敏传感器采集光照强度数据。第二传动轴带动凸轮转动，使连接杆移动，带动毛刷移动清洁光敏传感器，弹簧使连接杆抖动，从而使毛刷抖动，使毛刷上灰尘脱落。温度传感器采集室内温度数据，烟雾传感器采集室内烟雾数据。数据采集层中的终端节点的数据通过Zigbee技术传输给汇集器，汇集器通过串口通信的方式将数据传送到网关，网关进行协议转换，将 Zigbee 转换为 WiFi，网关将数据传送到系统服务器，系统服务器再将数据发送到操作平台。
本方案有益效果：气流使光敏传感器转动，光敏传感器能测到多个面的光照强度，得出的室内光照强度结果更准确。当其中一个光敏传感器损坏，不会影响检测结果，并且能快速找出损坏的光敏传感器进行维修处理。由于光敏传感器和毛刷一直接触，灰尘会堆积在光敏传感器上，毛刷就没有清洁效果，所以需要毛刷与光敏传感器脱离，凸轮与连接杆配合使毛刷脱离光敏传感器,从而使毛刷带走光敏传感器上灰尘，起到清洁光敏传感器的效果。毛刷与机架通过弹簧连接，毛刷在移动过程中，弹簧会使毛刷抖动，从而将毛刷上灰尘脱落。使毛刷变得干净，增加毛刷使用时间，毛刷清洁效果更好。光敏传感器不需要实时清洁，使用气流使风机转动，从而清洁光敏传感器，节约能源，使用方便。网关能够进行数据协议的转换，以此克服传统网络中的信息采集限制，使其能够做到将任意时间各个位置采集到的感知信息远距离传输至系统服务器进行进一步的处理。通过采集温度、烟雾浓度、光照强度数据实时监测室内是否有火灾发生，实时保障室内安全。
进一步，所述第二传动轴同轴连接有吸风机，第二传动轴转动带动吸风机转动，吸风机吸走光敏传感器灰尘，使光敏传感器检测结果更准确。
进一步，所述移动智能体为采用 Arduino 控制器的四轴直流电机驱动的智能小车。能够方面快捷的执行操作平台下发的各类相关指令。
进一步，所述移动智能体携带有视频拍摄器。视频拍摄器拍摄室内情况，通过移动智能体将数据传送到操作单元上显示。
进一步，所述操作单元包括：安卓客户端或PC端。安卓客户端用于室内网络环境监测的场景下，用户可以通过安卓客户端请求相关服务。PC端用于室内物理环境监测的场景下，在此平台下，用户或管理员可以直接掌握室内各个位置的物理环境情况，当室内某处出现意外情况时，该平台会及时通知用户，并使用移动智能体作出相应的措施。移动智能体将拍摄器拍摄的视频传送到服务器，从而安卓客户端与PC端可以观看现场的实时视频。
进一步，所述移动智能体上携带有信号放大器。在室内网络信号差时，用户可以通过安卓客户端请求操作平台使移动智能体上信号放大器加强室内网络信号。
进一步，所述协调器以串口通信的方式将数据发送给网关。串口通信程序编写简单，硬件接口简单，而且用电脑显示相关的调试信息，不需要借助其他外部硬件，可以很方便地进行程序调试。
附图说明
图1为本发明实施例的系统示意图。
图2为本发明实施例的光照强度检测仪的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
说明书附图中的附图标记包括：机架1、风机2、第一传动轴3、第一锥形齿轮4、第二锥形齿轮5、第二传动轴6、凸轮7、吸风机8、转动架9、光敏传感器10、毛刷11、连接杆12、弹簧13、定位座14。
实施例基本如附图1与附图2所示：
一种室内环境监测处理系统，本系统的架构按层级可分为操作页面层、功能管理层、数据采集层三个部分。操作页面层和数据采集层均通过WiFi与功能管理层连接。
数据采集层位于室内环境监测系统三层架构的底层，是整个系统的基础。该层主要负责各类信息数据的采集以及系统各类措施的具体实施，该层主要包括两类感知节点：移动智能体、Zigbee 传感器网络。移动智能体主要负责具体实施服务器下发的指令。移动智能体上携带有网络信号放大器与视频拍摄器。可以增强用户附近网络信号强度以及将采集到的视频信息回传。移动智能体为采用 Arduino 控制器的四轴直流电机驱动的智能小车，能够方便快捷的执行各类相关指令。
Zigbee 传感器网络主要负责收集室内各个位置的物理环境信息，并将这些环境数据主动发送至系统服务器。该传感器网络主要由网关、协调器、终端节点构成。网关负责协议转换，将 Zigbee 转换为 WiFi，以达到远距离传输的作用；协调器负责汇集终端节点的数据，并将数据以串口通信方式传输给网关；终端节点负责采集具体物理环境数据。
终端节点包括：温度传感器、烟雾传感器与光照强度检测仪，温度传感器用于采集室内实时的温度数据，烟雾传感器用于采集室内的烟雾浓雾数据，光照强度检测仪用于检测室内的光照强度。终端节点采集的温度、烟雾浓雾与光照强度用于分析是否发生火灾，方便及时处理意外情况。
光照强度采集器包括：机架1、风机2。风机2转动设置在机架1上，风机2与外界接触，气流使风机2转动。机架1可以安装在墙体上。也可以在风机2上安装电机，通过电机使风机2转动。风机2同轴连接有第一传动轴3， 第一传动轴3同轴连接有第一锥形齿轮4。
机架1上转动设有第二传动轴6，第二传动轴6同轴连接有第二锥形齿轮5。第二锥形齿轮5与第一锥形齿轮4相啮合，第一锥形齿轮4和第二锥形齿轮5均为镂空形。第二传动轴6同轴连接有凸轮7，凸轮7为镂空形。第二传动轴6同轴连接有转动架9，转动架9上设有多个光敏传感器10，光敏传感器10用于采集光照强度，设置多个使数据更加准确，当其中的一个光敏传感器10损坏时，不会影响到检测结果，还能判断出损坏的光敏传感器10，便于及时处理维修。第二传动轴6上设有吸风机8，第二传动轴6转动时会带动吸风机8旋转，吸风机8吸走光敏传感器10上灰尘。使光敏传感器10检测出的光照强度结果更准确。
机架1上设有定位座14，定位座14上设有滑槽，滑槽中滑动设有连接杆12，连接杆12上设有毛刷11，连接杆12滑动过程中，毛刷11接触光敏传感器10，毛刷11清除光敏传感器10上灰尘。连接杆12通过弹簧13与机架1固定连接。第二传动轴6上凸轮7使连接杆12左右移动，弹簧13使连接杆12左右移动过程中使毛刷11上灰尘抖落。毛刷11不能与光敏传感器10一直接触，达不到清洁光敏传感器10的效果，凸轮7与连接杆12配合使毛刷11与光敏传感器10位置间歇性分离，同时弹簧13使毛刷上灰尘抖落。由于光敏传感器10和毛刷11一直接触，灰尘会堆积在光敏传感器10上，毛刷11就没有清洁效果，所以需要毛刷11与光敏传感器10脱离，从而使毛刷11带走光敏传感器10上灰尘，起到清洁光敏传感器10的效果。凸轮7与连接杆12配合使毛刷11脱离光敏传感器10。毛刷11与机架1通过弹簧13连接，毛刷11在移动过程中，弹簧13会使毛刷11抖动，从而将毛刷11上灰尘脱落。使毛刷11变得干净，增加毛刷11使用时间，毛刷11清洁效果更好。
通过气流使风机2转动，从而对光敏传感器10进行清洁。光敏传感器10不需要实时清洁，通过气流来实现对光敏传感器10的清洁，不需要额外的能源，节约能源和方便使用。
功能管理层位于室内环境监测系统三层架构的中间层，该层起到承上启下的作用。操作页面层的请求数据发往该层进行数据处理，信息数据发往该层进行数据存储，显示数据从该层获取；数据采集层的数据也会发往该层进行数据的存储；所有数据经过处理后引起的一系列后续操作指令的下发也由该层发起。该层主要由系统服务器构成。系统服务器是整个系统的核心，是系统的“大脑”，是整个系统的数据汇集点，数据在服务器里进行存储、处理、交互等一系列操作。
操作页面层位于室内环境监测系统三层架构的最上层，主要面向用户和管理员。通过可视化界面，用户或管理员可以方便全面了解室内环境的状况，并且通过这些可视化界面，用户或管理员也可以进行相关业务操作和请求。该层主要包括了两种操作平台：安卓客户端PC端。
安卓客户端主要用于室内网络环境监测的场景下，当用户所处位置的网络信号较差时，用户可以通过安卓客户端请求相关服务，移动智能体便会携带信号放大器来增强用户侧网络信号强度。PC端主要用于室内物理环境监测的场景下，在此平台下，用户或管理员可以直接掌握室内各个位置的物理环境情况，当室内某处出现意外情况时，该平台会及时通知用户，并使用移动智能体作出相应的措施。移动智能体将拍摄器拍摄的视频传送到服务器，从而安卓客户端与PC端可以观看现场的实时视频。
本方案操作方法：风使风机2转动，风机2使第一传动轴3转动，从而使第一锥形齿轮4转动。第一锥形齿轮4与第二锥形齿轮5啮合，第一锥形齿轮4带动第二锥形齿轮5转动，第二锥形齿轮5带动第二传动轴6转动，第二传动轴6带动光敏传感器10转动，光敏传感器10采集光照强度数据。第二传动轴6带动凸轮7转动，使连接杆12移动，带动毛刷11移动清洁光敏传感器10，弹簧13使连接杆12抖动，从而使毛刷11抖动，使毛刷11上灰尘脱落。第二传动轴6带动吸风机8转动，吸风机8吸走光敏传感器10上灰尘。温度传感器采集室内温度数据，烟雾传感器采集室内烟雾数据。数据采集层中的终端节点的数据通过Zigbee技术传输给汇集器，汇集器通过串口通信的方式将数据传送到网关，网关进行协议转换，将 Zigbee 转换为 WiFi，网关将数据传送到系统服务器，系统服务器再将数据发送到操作平台。当用户所处位置网络信号差时，用户可以通过安卓客户端请求相关服务，然后智能小车会携带信号放大器增强用户区域网络信号。PC端实时监测室内环境，当发生意外情况时，PC端下发命令，通知用户室内产生意外情况和使智能小车进行相关的处理。本方案可以远距离传输数据至系统服务器，采集的光照强度数据更加准确。当室内发生意外时可以及时进行处理。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.环境监测处理系统，包括：数据采集单元、功能管理单元与操作单元；所述数据采集单元用于各类信息数据的采集与实施系统的各种处理措施；所述数据采集单元包括：终端节点；所述终端节点用于采集物理环境数据；所述终端节点包括：温度传感器、烟雾传感器与光照强度检测仪；
所述数据采集单元将数据发送到功能管理单元进行存储；所述功能管理单元由系统服务器构成，用于进行数据存储、数据处理与数据交互；所述操作单元用于相关的业务操作和请求；所述操作单元将数据发送到功能管理单元进行数据处理；所述操作单元通过WiFi与功能管理单元连接；
其特征在于，还包括：所述数据采集单元通过WiFi与功能管理单元连接；所述数据采集单元还包括：协调器与网关；所述协调器通过Zigbee网络汇集终端节点数据，协调器将数据发送给网关；所述网关将Zigbee转换成WiFi；所述网关将数据发送给功能管理单元；所述数据采集单元还包括移动智能体，所述移动智能体用于实施操作单元发出的相关措施命令；
所述光照强度检测仪包括：机架（1）、第一传动轴（3）、第一锥形齿轮（4）、第二锥形齿轮（5）、第二传动轴（6）、转动架（9）与定位座（14）；
所述第一传动轴（3）转动设置在机架（1）上；所述第一传动轴（3）同轴连接有风机（2），第一传动轴（3）与第一锥形齿轮（4）同轴连接；
所述第二传动轴（6）转动设置在机架（1）上，所述第二传动轴（6）同轴连接有凸轮（7）；所述第二传动轴（6）同轴连接有转动架（9），转动架（9）上设有若干个光敏传感器（10）；第二传动轴（6）与第二锥形齿轮（5）同轴连接；所述第二锥形齿轮（5）与第一锥形齿轮（4）相啮合；
所述定位座（14）固定设置在机架（1）上，定位座（14）上设有滑槽，滑槽上滑动设有连接杆（12）；所述连接杆（12）上设有毛刷（11）；所述连接杆（12）通过弹簧（13）与机架（1）固定连接。
2.根据权利要求1所述的环境监测处理系统，其特征在于：所述第二传动轴（6）同轴连接有吸风机（8）。
3. 根据权利要求1所述的环境监测处理系统，其特征在于：所述移动智能体为采用Arduino 控制器的四轴直流电机驱动的智能小车。
4.根据权利要求1所述的环境监测处理系统，其特征在于：所述移动智能体携带有视频拍摄器。
5.根据权利要求4所述的环境监测处理系统，其特征在于：所述操作单元包括：安卓客户端或PC端。
6.根据权利要求5所述的环境监测处理系统，其特征在于：所述移动智能体上携带有信号放大器。
7.根据权利要求1所述的环境监测处理系统，其特征在于：所述协调器以串口通信的方式将数据发送给网关。
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