CN205027724U - 一种空气环境监测终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气环境监测终端，包括：外壳；分时采集芯片，设置于外壳内，分时采集芯片与第一空气环境传感器相连，第一空气环境传感器设置于空气环境监测点且提供电流/电压信号；通讯芯片，设置于外壳内，通讯芯片与第二空气环境传感器相连，第二空气环境传感器设置于空气环境监测点且提供通讯信号；主处理芯片，主处理芯片的模拟量输入引脚与分时采集芯片相连，主处理芯片的通讯引脚与通讯芯片相连。由于本实用新型实施例提供的空气环境监测终端能够同时对电流/电压信号、通讯信号进行处理，所以满足了各类环境监测传感器的需求。

Description

一种空气环境监测终端

技术领域

本实用新型涉及空气质量监测技术领域，尤其涉及一种空气环境监测终端。

背景技术

空气质量(airquality)的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的，对人们生活的影响越来越大，人们也开始通过各种设备来监测空气环境的质量。

目前，由于用于监测空气质量的传感器的种类多样，传感器提供的信号可以为电压信号、电流信号、通讯信号或脉冲信号等等，而空气环境监测终端仅仅针对单一信号进行处理，无法满足人们对越来越多的空气环境参数的监测要求。

因此，现有技术中存在空气环境监测终端因进对单一信号进行处理而无法满足人们对越来越多的空气环境参数进行监测的要求的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例通过提供一种空气环境监测终端，用以解决现有技术中现有技术中存在的空气环境监测终端因进对单一信号进行处理而无法满足人们对越来越多的空气环境参数进行监测的要求的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种空气环境监测终端，包括：

外壳；

分时采集芯片，设置于所述外壳内，所述分时采集芯片与第一空气环境传感器相连，所述第一空气环境传感器设置于空气环境监测点且提供电流/电压信号；

通讯芯片，设置于所述外壳内，所述通讯芯片与第二空气环境传感器相连，所述第二空气环境传感器设置于所述空气环境监测点且提供通讯信号；

主处理芯片，所述主处理芯片的模拟量输入引脚与所述分时采集芯片相连，所述主处理芯片的通讯引脚与所述通讯芯片相连。

可选地，所述第一空气环境传感器包括以下至少一种传感器：风速风向传感器；温湿度传感器；气压传感器；总悬浮颗粒物采样器。

可选地，所述第二空气环境传感器具体为能见度传感器。

可选地，所述主处理芯片还与降雨量传感器相连，所述降雨量传感器设置于所述空气环境监测点且提供脉冲信号。

可选地，所述分时采集芯片与所述空气环境传感器之间设置有共模干扰滤波电路。

可选地，所述通讯芯片与所述第二空气环境传感器之间设置有瞬变保护电路。

可选地，所述空气环境监测终端还包括：显示屏，设置于所述外壳上，所述显示屏通过CAN总线与所述主处理芯片相连。

可选地，所述显示屏具体为触控屏。

可选地，所述显示屏与所述主处理芯片之间设置有瞬变保护电路。

可选地，所述空气环境监测终端还包括：以太网通信接口，所述以太网通信接口与所述主处理芯片相连。

本实用新型实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

1、由于本实用新型实施例提供的空气环境监测终端能够同时对电流/电压信号、通讯信号进行处理，所以解决了现有技术中现有技术中存在的空气环境监测终端因进对单一信号进行处理而无法满足人们对越来越多的空气环境参数进行监测的要求的技术问题，满足了各类环境监测传感器的需求；

2、由于采用了分时采集芯片来采集第一空气环境传感器提供的信号，所以有效降低了各信号之间的相互干扰，采集信号稳定；同时对于不同电源引入的传感器信号，可避免同时采集引起的电源共地或串联干扰。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的空气环境监测终端的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的分时采集芯片与风速风向传感器、气压传感器进行连接的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的分时采集芯片与温湿度传感器进行连接的电路图；

图4为本实用新型实施例提供的分时采集芯片与总悬浮颗粒物采样器进行连接的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的通讯芯片与能见度传感器进行连接的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的主处理芯片与降雨量传感器进行连接的电路图；

图7为本实用新型实施例提供的空气环境监测终端上的CAN通信接口的电路图。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种空气环境监测终端，用以解决现有技术中现有技术中存在的空气环境监测终端因进对单一信号进行处理而无法满足人们对越来越多的空气环境参数进行监测的要求的技术问题。

请参考图1，图1是本实用新型实施例提供的空气环境监测终端的示意图，如图1所示，该空气环境监测终端包括：

外壳101；

分时采集芯片102，设置于所述外壳101内，所述分时采集芯片102与第一空气环境传感器相连，所述第一空气环境传感器设置于空气环境监测点且提供电流/电压信号；在具体实施过程中，请继续参考图1，所述第一空气环境传感器包括以下至少一种传感器：风速风向传感器；温湿度传感器；气压传感器；总悬浮颗粒物采样器；

通讯芯片103，设置于所述外壳101内，所述通讯芯片103与第二空气环境传感器相连，所述第二空气环境传感器设置于所述空气环境监测点且提供通讯信号；在具体实施过程中，所述第二空气环境传感器具体为能见度传感器；

主处理芯片104，所述主处理芯片104的模拟量输入引脚与所述分时采集芯片102相连，所述主处理芯片104的通讯引脚与所述通讯芯片103相连。

在接下来的部分中，将以主处理芯片104为STM32F105、分时采集芯片102为ADC4111、通讯芯片103为MAX485芯片为例，来进行详细的举例介绍。

在具体实施过程中，若第一空气环境传感器提供的电流/电压信号超出了分时采集芯片102采集信号的范围，则需要通过匹配的1个或者多个电阻进行调节。

在本实施例中，设定风速风向传感器和气压传感器超过了分时采集芯片102的输入电压范围，请参考图2，图2为本实用新型实施例提供的分时采集芯片与风速风向传感器、气压传感器进行连接的电路图，如图2所示，风速风向传感器或气压传感器提供的电压信号从A+和A-端口输入，经过R1和R2电阻分压，R1的阻值2003代表是1％精密电阻200K，R2的阻值5102代表是1％精密电阻51K，经过分压后，按照比值关系R2/(R1+R2)，输入信号从0-5V信号变成0-1V信号，从而实现了将风速风向传感器和气压传感器提供的电压信号调节到满足分时采集芯片102采集信号的范围的目的。

调节后的信号经过C1、C2和C3组成的共模干扰滤除电路后进入到线性光耦当中。线性光耦由MCU(英文：MicroControllerUnit；简称：微控制单元)给出的Con1信号控制，当Con1为逻辑低时，线性光耦6、8脚分别与5、7脚导通，0-1V信号被接入到AN0/A0和VSSA当中。

AN0/A0是采集终端主MCU芯片STM32F105的模拟量输入引脚，VSSA为接地引脚。STM32在片上集成的ADC外设十分强大。它采用12位逐次逼近型模拟数字转换器，多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或者间断模式执行。模数转换的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。

当然，若第一空气环境传感器提供的电流/电压信号满足分时采集芯片102采集信号的范围，则不需要进行调节，在此就不再赘述了。

请参考图3，图3为本实用新型实施例提供的分时采集芯片与温湿度传感器进行连接的电路图，在本实施例中，设定温湿度传感器输出信号为0-1V信号，则其满足分时采集芯片102采集信号的范围，因此如图3所示，取消图2中的分压电阻R2，并将R1电阻换成图3中的0欧姆R5电阻，温湿度传感器提供的电压信号通过B+端和B-端直接进入到MCU的AD转换器中。

请参考图4，图4为本实用新型实施例提供的分时采集芯片与总悬浮颗粒物采样器进行连接的电路图，总悬浮颗粒物采样器根据实际需要可以进行PM10或PM2.5等的监测，在此不做限制；如图4所示，总悬浮颗粒物采样器提供的信号通过C+端和C-端输入，经过R11后变成电压信号，R11的阻值1100是1％精度的110欧姆电阻，4-20mA信号经过该电阻后变成0.44V-2.2V信号，满足了满足分时采集芯片102采集信号的范围，然后经过共模干扰滤波电路后进入到MCU的AD转化器中。

请参考图5，图5为本实用新型实施例提供的通讯芯片与能见度传感器进行连接的电路图，能见度传感器提供的信号为通讯信号，也即通过RS485接口传输的信号，如图5所示，本实施例提供的空气环境监测终端采用低功耗、稳定的MAX485芯片作为RS485收发器。它内部自带1个驱动器和1个接收器。其最高可实现250kbps的无差错数据传输。其2、3脚分别为接受和发送数据使能引脚，低电平时接受数据使能，数据可从差分接口A/B传递到MAX485的1脚，然后再经过光耦实现信号隔离传递到MCU引脚上。当2、3脚为高电平时，串口传递的数据从MCU出发，经过光耦信号隔离到达MAX485的4脚，然后传递到差分数据A/B线上。

图5中采用高速光耦合器TLP521-1起到信号隔离的作用，其最高转换速率高达10Mbit/s，同时也采用TLP521-1用作收/发控制引脚的信号隔离，发光二极管LED1和LED2用来直观显示数据收发状态。瞬态二极管TVS1和TVS2组成了瞬变保护电路，以防止总线上引入的大电压信号对本实施例提供的空气环境监测终端造成损坏。

请参考图6，图6为本实用新型实施例提供的主处理芯片与降雨量传感器进行连接的电路图，该降雨量传感器设置于所述空气环境监测点且提供脉冲信号，例如，每个脉冲可以代表0.2mm降雨量。传感器信号采用两线制，一端与X1相连，另一端与24VG(+24V的参考地)相连。采集电路采用TLP627光耦对输入信号进行隔离，最大转换速率可达10KHz，满足特大暴雨的降雨量统计速率要求。传感器每产生一个脉冲信号均会使光耦导通一次。光耦导通时IN1为低电平，不导通时为高电平。IN1接入到MCU外部中断引脚，由MCU控制检测信号下降沿，每进入一次中断，MCU内部计数器自加一次，将最终得到的计数值乘以0.2便可计算出当前环境下的降雨量。

在具体实施过程中，请继续参考图1，所述空气环境监测终端还包括：显示屏105，设置于所述外壳101上，方便用户查看空气环境监测点的空气质量；所述显示屏105具体可以为触控屏，方便用户进行控制，例如进行参数切换等等；所述显示屏105通过CAN总线与所述主处理芯片104相连。

请参考图7，图7为本实用新型实施例提供的空气环境监测终端上的CAN通信接口的电路图，如图7所示，信号隔离部分与MAX485类似。本电路采用高速CAN收发器TJA1050作为CAN通讯的物理层芯片。TJA1050是控制器区域网络(CAN)协议控制器和物理总线之间的接口。TJA1050可以为总线提供差动发送性能，为CAN控制器提供差动接收性能。TJA1050的设计使用了最新的EMC技术，它采用了先进的绝缘硅Silicon-on-InsulatorSOI技术进行处理。这样TJA1050比早期的CAN收发器PCA82C250/251使用分离终端的抗电磁干扰性能提高了20dB。

图7中R26为终端电阻，其值等于传输电缆的特性阻抗，一般取值120R。这个电阻解决了远近端阻抗不匹配的影响。串联的50R电阻是用来限流，保持总线处于高阻态。H1和L2之间并联一对方向相反的瞬态二极管TVS3和TVS4，瞬态二极管TVS3和TVS4组成了瞬变保护电路可以防雷击，以及防止其他总线上的瞬变干扰。

在具体实施过程中，请继续参考图1，所述空气环境监测终端还包括：以太网通信接口108，所述以太网通信接口108与所述主处理芯片104相连，用于将空气环境监测终端采集到的空气环境监测数据发送给上位机，在此就不再赘述了。

当然，在实际应用中，附图中所示的各个电器元件的参数如电阻值、电容值等等可以根据实际情况进行调节，在此不做限制。

本实用新型实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

1、由于本实用新型实施例提供的空气环境监测终端能够同时对电流/电压信号、通讯信号进行处理，所以解决了现有技术中现有技术中存在的空气环境监测终端因进对单一信号进行处理而无法满足人们对越来越多的空气环境参数进行监测的要求的技术问题，满足了各类环境监测传感器的需求；

2、由于采用了分时采集芯片来采集第一空气环境传感器提供的信号，所以有效降低了各信号之间的相互干扰，采集信号稳定；同时对于不同电源引入的传感器信号，可避免同时采集引起的电源共地或串联干扰。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种空气环境监测终端，其特征在于，包括：

外壳；

分时采集芯片，设置于所述外壳内，所述分时采集芯片与第一空气环境传感器相连，所述第一空气环境传感器设置于空气环境监测点且提供电流/电压信号；

通讯芯片，设置于所述外壳内，所述通讯芯片与第二空气环境传感器相连，所述第二空气环境传感器设置于所述空气环境监测点且提供通讯信号；

主处理芯片，设置于所述外壳内，所述主处理芯片的模拟量输入引脚与所述分时采集芯片相连，所述主处理芯片的通讯引脚与所述通讯芯片相连。

2.如权利要求1所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述第一空气环境传感器包括以下至少一种传感器：风速风向传感器；温湿度传感器；气压传感器；总悬浮颗粒物采样器。

3.如权利要求1所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述第二空气环境传感器具体为能见度传感器。

4.如权利要求1所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述主处理芯片还与降雨量传感器相连，所述降雨量传感器设置于所述空气环境监测点且提供脉冲信号。

5.如权利要求1所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述分时采集芯片与所述空气环境传感器之间设置有共模干扰滤波电路。

6.如权利要求1所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述通讯芯片与所述第二空气环境传感器之间设置有瞬变保护电路。

7.如权利要求1所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述空气环境监测终端还包括：显示屏，设置于所述外壳上，所述显示屏通过CAN总线与所述主处理芯片相连。

8.如权利要求7所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述显示屏具体为触控屏。

9.如权利要求7所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述显示屏与所述主处理芯片之间设置有瞬变保护电路。

10.如权利要求1所述的空气环境监测终端，其特征在于，所述空气环境监测终端还包括：以太网通信接口，所述以太网通信接口与所述主处理芯片相连。