CN204461485U - 一种基于物联网的空气质量检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的一种基于物联网的空气质量检测系统，其包括感知层、网络层和应用层；感知层包括粉尘传感器、CO传感器、NH3传感器、CO2传感器、温度传感器、湿度传感器、风扇和空气净化器；网络层包括无线节点、无线协调器和无线综合传感网络适配器，应用层包括计算机终端和显示器，计算机终端负责接收信号并且分析处理，且计算机终端采用C/S模式，显示器实时显示采集的空气质量参数；本实用新型通过采用物联网技术和无线网络通信术，实现了对区域内的空气质量检测、分析和异常处理，在不同区域安装若干个低功耗的空气质量检测模块，可同时检测空气粉尘固体颗粒、空气温度、湿度、NH3、CO、CO2等指标。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测设备，具体为一种基于物联网的空气质量检测系统，属于通信与计算机技术领域。
背景技术
我国的空气质量检测系统与发达国家相比起步比较晚，近年来，国家对空气质量网络建设逐渐重视，部分省区和重点城市开展了检测站点的联网工作，当前国家空气质量检测网络主要以城市检测站为基础，然而这种检测网络仍然存在许多问题，我国所使用的一些空气质量检测装置很大一部分是采购国外厂家现有的检测装置，由于各家公司的协议或者软件互不兼容，并且拓展性差，安装形式、使用风格、数据格式、人机界面也各不相同，这就导致了移植到国内后使用效果比较差，而且我国现有检测站点的数据采集基本上是基于电话MODEM拨号的方式进行，而该方式已经不能适应现代信息的传输，没有联网就无法进行数据的实时传输和自动调度，国内大多数的环境空气质量自动检测系统中，模块化程度不高，系统的开发过程比较混乱，导致系统升级再开发以及维护的工作量加大，最主要的是严重影响到系统检测项目和某些数据分析处理功能的添加和删除等等，而随着物联网技术的不断发展与完善，如何提供一种采用物联网技术来实现空气质量的检测，显得越来越重要。
为解决以上的各个技术问题，本实用新型提供了一种基于物联网的空气质量检测系统，其结构简单、使用方便、可靠，通过采用物联网技术和无线网络通信术，实现了对区域内的空气质量检测、分析和异常处理，在不同区域安装若干个低功耗的空气质量检测模块，安全节能，可同时检测空气粉尘固体颗粒、空气温度、湿度、NH3、CO、CO2等指标，同时利用串口摄像头实时查看现场状况，采用客户端/服务器(C/S)架构实时远程监控，通过信息融合算法判断某种空气指标是否超过警戒线，若某个节点所在区域出现超过警戒线的情况，则节点可立即开启空气净化装置与通风装置，从而改善空气质量。
发明内容
针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供了一种基于物联网的空气质量检测系统，其包括感知层、网络层和应用层；其特征 在于，所述感知层包括粉尘传感器、CO传感器、NH3传感器、CO2传感器、温度传感器、湿度传感器、风扇和空气净化器；所述网络层包括无线节点、无线协调器和无线综合传感网络适配器，所述网络层用来传输采集到的各个传感器的检测数据以及图片信息，同时进行数据处理，所述网络层分为一个父节点和多个子节点，子节点实现与各种传感器的数据通信，并且与父节点建立连接，父节点实现与子节点和上位机通信；所述应用层包括计算机终端和显示器，所述计算机终端负责接收信号并且分析处理，且计算机终端采用C/S模式，所述显示器实时显示采集的空气质量参数；其中，所述粉尘传感器采用能够测量0.8μm以上的微小粒子的型号为SHARP GP2Y1010AU0F的粉尘传感器，所述CO传感器采用ME2-CO型电化学传感器，所述温度传感器采用DS18B20数字式温度传感器，所述NH3传感器采用MQ137传感器、所述CO2传感器采用MH-410V/D NDIR红外气体传感器，所述湿度传感器采用SHT10传感器；所述网络层所用的无线传输器采用集成到MSP430中的CC1101无线收发器。
进一步，作为优选，本实用新型还包括电源模块，所述电源模块采用多路输出的DC-DC可调电源模块，且电源电压的调节是通过改变电位器的阻值来实现的。
进一步，作为优选，所述网络层还包括USB接口、CAN总线接口、以太网无线通信接口以及ZigBee无线通信接口，各个传感器采集的数据通过所述USB接口、CAN总线接口、以太网无线通信接口以及ZigBee无线通信接口直接将数据传送到监控室或者显示器。
进一步，作为优选，以太网无线通信接口采用10/100M以太网物理层收发器DP83848，ZigBee无线通信接口采用第二代片上系统CC2530F256芯片。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的一种基于物联网的空气质量检测系统，其结构简单、使用方便、可靠，通过采用物联网技术和无线网络通信术，实现了对区域内的空气质量检测、分析和异常处理，在不同区域安装若干个低功耗的空气质量检测模块，安全节能，可同时检测空气粉尘固体颗粒、空气温度、湿度、NH3、CO、CO2等指标，同时利用串口摄像头实时查看现场状况，采用客户端/服务器(C/S)架构实时远程监控，通过信息融合算法判断某种空气指标是否超过警戒线，若某个节点所在区域出现超过警戒线的情况，则节点可立即 开启空气净化装置与通风装置，从而改善空气质量。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种基于物联网的空气质量检测系统的结构示意图；
图2为本实用新型提供的一种基于物联网的空气质量检测系统的感知层的结构示意图；
图3为本实用新型提供的一种基于物联网的空气质量检测系统的网络层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1-2所示，本实用新型提供了一种基于物联网的空气质量检测系统，其包括感知层、网络层和应用层；感知层包括粉尘传感器、CO传感器、NH3传感器、CO2传感器、温度传感器、湿度传感器、风扇和空气净化器；网络层包括无线节点、无线协调器和无线综合传感网络适配器，网络层用来传输采集到的各个传感器的检测数据以及图片信息，同时进行数据处理，网络层分为一个父节点和多个子节点，子节点实现与各种传感器的数据通信，并且与父节点建立连接，父节点实现与子节点和上位机通信；应用层包括计算机终端和显示器，所述计算机终端负责接收信号并且分析处理，且计算机终端采用C/S模式，显示器实时显示采集的空气质量参数；其中，粉尘传感器采用能够测量0.8μm以上的微小粒子的型号为SHARP GP2Y1010AU0F的粉尘传感器，其可测量例如感知烟草产生的烟气和花粉，房屋粉尘等，该传感器通过内嵌的高稳定激光信号源穿越烟道，然后照射烟尘粒子，这样被照射的烟尘粒子就会反射激光信号，而反射的信号强度正好与烟尘浓度成正比，通过检测烟尘反射过来的微弱激光信号，再用特定的算法即可计算出烟道中烟尘的浓度。
本实用新型的CO传感器采用ME2-CO型电化学传感器，其根据电化学的原理工作，利用待测气体在电解池中工作电极电位上的电化学氧化过程，待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度呈正比并遵循法拉第定律，通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度传感器为模拟电流型输出，输出灵敏度为(0.015±0.005)A/ppm，需要采用信号调理电路将电流信号转换为电压信号，然后 连接到MCU中进行A/D转换，
温度传感器采用DS18B20数字式温度传感器，温度传感器选用DS18B20数字式温度传感器，其具有单总线接口数字输出方式，分辨率为9～12位可选，只需占用MC的1个I/O引脚，系统中使用了MCU的PB1引脚与传感器信号引脚相连，供电范围为3.0～5.5V，测温范围为-15～125℃。NH3传感器采用MQ137传感器，该传感器模拟量输出随浓度增加而增加，浓度越高电压越高，具有快速的响应恢复特性，测量范围是10×10-6～300×10-6，测量精度为1×10-6。
本实用新型的CO2气体传感器选用采用MH-410V/D NDIR红外气体传感器，该传感器是利用NDI R原理对空气中存在的CO2进行探测，具有模拟和数字输出方式，系统使用数字输出形式将传感器连接到MCU，该传感器工作电压为4.5～5.5V，系统中采用4.8V电池直接供电，输出信号范围为0.4～2V。湿度传感器采用SHT10传感器，这个传感器全部校准，数字输出，并且接口简单(2-wire)，可用性强，它基于IIC数据传输协议进行通信，响速度快，功耗非常低，带有自动休眠功能，测量的度精度范围±45％RH，测量温度精度范围在±0.5(25℃)；网络层所用的无线传输器采用集成到MSP430中的CC1101无线收发器，它具有一个中低频接收机接收到的RF信号由低噪声放大器放大，并在求积分，过程中被降压转换至中频(IF)在IF下，I/Q信号被模数转换器(ADC)数字化自动增益控制，精确信道滤波和调制解调位/数据包同步均以数字化方式完成发射器部分是基于RF频率的直接合成频率合成器包含一个完全的片上LC压控振荡器和一个90°移相器，以便在接收模式下，向压降转换器生成I和Q的本地振荡器的信号一个26MHz警惕振荡器生成合成器的基准频率以及ADC数字部分的时钟信号数字基带包括对频率配置，数据包处理和数据缓冲的支持该无线传输模块实现信息的处理与传输，是物联网技术的重要组成部分。
本实用新型还包括电源模块，电源模块采用多路输出的DC-DC可调电源模块，且电源电压的调节是通过改变电位器的阻值来实现的。如图3所示，网络层还包括USB接口、CAN总线接口、以太网无线通信接口以及ZigBee无线通信接口，各个传感器采集的数据通过所述USB接口、CAN总线接口、以太网无线通信接口以及ZigBee无线通信接口直接将数据传送到监控室或者显示器。以太网无线通信接口采用10/100M以太网物理层收发器DP83848，ZigBee无线通 信接口采用第二代片上系统CC2530F256芯片，其具有内置8051微处理器核256KB的FLASH 8KB的RAM 5通道的DMA 8通道12位的ADC 21个通用I/O接口支持精确的数字RSSI/LQI、2个USART等功能。
本实用新型通过采用物联网技术和无线网络通信术，实现了对区域内的空气质量检测、分析和异常处理，在不同区域安装若干个低功耗的空气质量检测模块，安全节能，可同时检测空气粉尘固体颗粒、空气温度、湿度、NH3、CO、CO2等指标，同时利用串口摄像头实时查看现场状况，采用客户端/服务器(C/S)架构实时远程监控，通过信息融合算法判断某种空气指标是否超过警戒线，若某个节点所在区域出现超过警戒线的情况，则节点可立即开启空气净化装置与通风装置，从而改善空气质量。
Claims (4)
1.一种基于物联网的空气质量检测系统，其包括感知层、网络层和应用层；其特征在于，所述感知层包括粉尘传感器、CO传感器、NH3传感器、CO2传感器、温度传感器、湿度传感器、风扇和空气净化器；所述网络层包括无线节点、无线协调器和无线综合传感网络适配器，所述网络层用来传输采集到的各个传感器的检测数据以及图片信息，同时进行数据处理，所述网络层分为一个父节点和多个子节点，子节点实现与各种传感器的数据通信，并且与父节点建立连接，父节点实现与子节点和上位机通信；所述应用层包括计算机终端和显示器，所述计算机终端负责接收信号并且分析处理，且计算机终端采用C/S模式，所述显示器实时显示采集的空气质量参数；其中，所述粉尘传感器采用能够测量0.8μm以上的微小粒子的型号为SHARP GP2Y1010AU0F的粉尘传感器，所述CO传感器采用ME2-CO型电化学传感器，所述温度传感器采用DS18B20数字式温度传感器，所述NH3传感器采用MQ137传感器、所述CO2传感器采用MH-410V/D NDIR红外气体传感器，所述湿度传感器采用SHT10传感器；所述网络层所用的无线传输器采用集成到MSP430中的CC1101无线收发器。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的空气质量检测系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块采用多路输出的DC-DC可调电源模块，且电源电压的调节是通过改变电位器的阻值来实现的。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的空气质量检测系统，其特征在于，所述网络层还包括USB接口、CAN总线接口、以太网无线通信接口以及ZigBee无线通信接口，各个传感器采集的数据通过所述USB接口、CAN总线接口、以太网无线通信接口以及ZigBee无线通信接口直接将数据传送到监控室或者显示器。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的空气质量检测系统，其特征在于，以太网无线通信接口采用10/100M以太网物理层收发器DP83848，ZigBee无线通信接口采用第二代片上系统CC2530F256芯片。
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