CN205691796U - 一种小区域气象环境监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体涉及一种小区域气象环境监测系统，该系统包括传感器采集模块、第一单片机、显示器、数据存储器、无线发送模块、无线接收模块、第二单片机、串口模块、上位机、GSM模块和电源模块；所述传感器采集模块、显示器、数据存储器和无线发送模块分别与第一单片机连接，所述无线接收模块与第二单片机连接，所述第二单片机的输出端一路与GSM模块连接，另一路通过串口模块与上位机连接；所述电源模块为整个系统提供电源。通过本系统一方面能够对小区域气象环境进行实时显示，另一方面通过无线传输模块将监测信息传送至上位机，从而实现对小区域气象环境参数随时随地的监测，不受时间及地域的限制。
Description
技术领域
本实用新型涉及环境监测技术领域，具体涉及一种小区域气象环境监测系统。
背景技术
气象环境检测与人类的生产生活密切相关，在农业、工业、林业等诸多领域已得到广泛应用。大多区域对于气象环境的检测多依靠当地天气预报，但其包含地域较广，无法确定小区域范围内具体的气象环境参数，虽然目前市面已出现了对于小区域范围内气象环境检测的仪器，但大多采用有线的监测方式，很大程度上限制了数据采集的场合，并且现有的小区域气象监测系统往往监测数据不准确，从而影响人们对气象环境的误判断。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种结构简单、监测准确的小区域气象环境监测系统。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种小区域气象环境监测系统，包括传感器采集模块、第一单片机、显示器、数据存储器、无线发送模块、无线接收模块、第二单片机、串口模块、上位机、GSM模块和电源模块；所述传感器采集模块、显示器、数据存储器和无线发送模块分别与第一单片机连接，所述无线接收模块与第二单片机连接，所述第二单片机的输出端一路与GSM模块连接，另一路通过串口模块与上位机连接；所述电源模块为整个系统提供电源。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，所述传感器采集模块包括温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，所述第一单片机和第二单片机均采用MSP430F149。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，所述无线发送模块和无线接收模块均采用NRF24L01。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，还包括电压跟随电路，所述温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器均分别通过电压跟随电路与第一单片机连接。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，所述电压跟随电路包括运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述运算放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1与运算放大器U1的输出端连接，所述运算放大器U1的正向输入端与第二电阻R2连接，所述运算放大器U1的输出端通过第三电阻R3与第一单片机连接。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，还包括防辐射罩，所述温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器均分别安装在防辐射罩内。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，所述防辐射罩内设有气流扇，所述气流扇包括叶片和微型电机，所述微型电机通过气流扇驱动电路与第一单片机连接。
如上所述的一种小区域气象环境监测系统，进一步说明为，所述气流扇驱动电路包括光耦器件T1、三极管V1、二极管D1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，所述光耦器件T1包括发光二极管D2和与发光二极管对应设置的光敏三极管V2，所述发光二极管D2的阳极通过第四电阻R4与电源模块连接，阴极与第一单片机连接；所述光敏三极管V2的集电极通过第五电阻R5与电源模块连接，所述光敏三极管V2的发射极一路与三极管V1的基极连接，另一路通过第七电阻R7与三极管V1的发射极连接，所述三极管V1的集电极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极通过第六电阻R6与电源模块连接，所述二极管D1的正极与微型电机的负极连接，二极管D1的负极与微型电机的正极连接，三极管V1的发射极接地。
本实用新型的有益效果是：1、通过本系统一方面能够对小区域气象环境进行实时显示，另一方面通过无线传输模块将监测信息传送至上位机；同时，系统也可利用GSM模块将监测到的数据以短消息的形式发送至手机，从而实现对小区域气象环境参数随时随地的监测，不受时间及地域的限制。2、单片机均采用MSP430F149，所述MSP430F149功耗低、数据处理能力强，内部中设有8路快速12位A/D转换器、2个16位定时器、2个通用串行同步/异步通信信号接口等模块，减少了外围电路的设计，使结构更加简化，同时提高整个系统的稳定性，可满足系统长时间进行气象环境数据采集的要求。3、所述无线发送模块和无线接收模块均采用NRF24L01，NRF24L01模块集成度高，无线通信速度快，通过单片机的I/O接口与单片机直接进行连接。4、通过设置电压跟随电路，能够减少信号的损失失真，具有高输入阻抗和低输出阻抗，具有隔离和缓冲的作用，能够对传感器和单片机电路进行隔离，使信号快速地传递，减少电路中反馈信号的干扰，避免相互间串扰，从而使监测数据更加准确。5、通过设置防辐射罩，及在防辐射罩内设立气流扇，从而保护传感器的同时，使监测数据更加准确合理，从而使人们对气象环境有更加准确的了解。
附图说明
图1为本实用新型结构框图。
图2为电压跟随电路电路原理图。
图3为防辐射罩结构示意图。
图4为气流扇驱动电路电路原理图。
图中：1、防辐射罩；2、气流扇。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施方式做进一步的阐述。
如图1所示，本实用新型提供的一种小区域气象环境监测系统，适用于小区域内的气象环境监测。该监测系统包括传感器采集模块、第一单片机、显示器、数据存储器、无线发送模块、无线接收模块、第二单片机、串口模块、上位机、GSM模块和电源模块；所述传感器采集模块、显示器、数据存储器和无线发送模块分别与第一单片机连接，所述无线接收模块与第二单片机连接，所述第二单片机的输出端一路与GSM模块连接，另一路通过串口模块与上位机连接，所述电源模块为整个系统提供电源，电源模块将电压经过转化后，为系统提供不同的工作电压，保证系统的正常运行，电源模块为现有技术，这里不做详细阐述。
所述传感器采集模块包括温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器，所述的温湿度传感器将监测的温湿度信号传递给第一单片机，温湿度传感器的型号可以选为DHT22，DHT22包括一个NTC测温元件和一个电容式感湿元件，与第一单片机连接，具有响应快速、抗干扰能力强、性价比高等优点，也可以选用其他型号的温湿度传感器，这里不做限定。所述的粉尘传感器将监测的空气中粉尘信号传递给第一单片机，粉尘传感器可以选用SDS011型号的激光PM2.5传感器，该传感器对空气PM2.5参数进行实时监测。激光PM2.5传感器主要是采用激光散射的原理，当传感器上电时，激光照射到通过检测位置的颗粒物时会产生微弱的光散射，在特定方向上的光散射波形与颗粒直径有一定关系，从而可检测到空气中0.3～10微米悬浮颗粒物的浓度，数字化输出，响应快速，数据稳定可靠，也可以选用其他型号的粉尘传感器，这里不做限定。所述的空气污染传感器可以对空气中有害气体含量进行实时监测，并将监测信号传输给第一单片机，所述的空气污染传感器可以采用MQ135气体传感器，该传感器可实现对氨气、芳族化合物、硫化物、烟雾等有害气体浓度的准确探测。
第一单片机将温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器传输过来的监测信号进行转换处理后，一方面通过显示器显示监测结果，所述显示器可以为液晶显示器，也可以为数码管显示，这里不做具体的限定；另一方面通过无线发送模块发送出去，同时还将数据存储在数据储存器中，方便操作人员的随时调用查看。所述的第一单片机采用MSP430F149，MSP430F149功耗低、数据处理能力强，内部中设有8路快速12位A/D转换器、2个16位定时器、2个通用串行同步/异步通信信号接口等模块，减少了外围电路的设计，使结构更加简化，同时提高整个系统的稳定性，可满足系统长时间进行气象环境数据采集的要求。
所述的无线接收模块用于接收无线发送模块发送的数据，并将接收到的数据传输给第二单片机，无线发送模块和无线接收模块均采用NRF24L01，NRF24L01模块集成度高，无线通信速度快，通过单片机的I/O接口与单片机直接进行连接。第二单片机型号同样可以选用MSP430F149，第二单片机将无线接收模块传输过来的信号进行转化处理后，一方面通过GSM模块传输给手机终端，从而方便人们随时随地的监测气象环境参数，所述的GSM模块为现有技术，这里不做具体的阐述，另一方面通过串口模块将数据传输给上位机。
如图2所示，述温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器均分别通过电压跟随电路与第一单片机连接。通过设置电压跟随电路能够减少信号的损失失真，具有高输入阻抗和低输出阻抗，具有隔离和缓冲的作用，能够对传感器和单片机电路进行隔离，使信号快速地传递，减少电路中反馈信号的干扰，避免相互间串扰，从而使监测数据更加准确。所述电压跟随电路包括运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述运算放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1与运算放大器U1的输出端连接，所述运算放大器U1的正向输入端与第二电阻R2连接，第二电阻R2与相应的传感器连接，这里以温湿度传感器为例，第二电阻R2与温湿度传感器连接，所述运算放大器U1的输出端通过第三电阻R3与第一单片机连接，也可以选用其他形式的电压跟随电路。
如图3所示，所述温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器均分别安装在防辐射罩内。防辐射罩1一方面可以防止传感器在长期日照情况下温度升高造成与外界大气气温不一致的情况，从而造成监测数据的偏差，另一方面防辐射罩1能够最大限制的反射太阳光以及雨水，从而保护传感器，同时层式结构能实现空气的自由流通，防辐射罩1为现有技术，这里不说详细阐述。为了使防辐射罩1内的空气变化速度始终与防辐射罩1外的空气变化速度保持一致，在防辐射罩1内设有气流扇，从而使监测数据更加准确无误。所述气流扇包括叶片和微型电机，叶片由微型电机带动旋转，所述微型电机通过气流扇驱动电路与第一单片机连接，即第一单片机控制气流扇2的启停。
如图4所示，所述气流扇驱动电路包括光耦器件T1、三极管V1、二极管D1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，所述光耦器件T1包括发光二极管D2和与发光二极管对应设置的光敏三极管V2，所述发光二极管D2的阳极通过第四电阻R4与电源模块连接，阴极与第一单片机连接；所述光敏三极管V2的集电极通过第五电阻R5与电源模块连接，所述光敏三极管V2的发射极一路与三极管V1的基极连接，另一路通过第七电阻R7与三极管V1的发射极连接，所述三极管V1的集电极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极通过第六电阻R6与电源模块连接，所述二极管D1的正极与微型电机的负极连接，二极管D1的负极与微型电机的正极连接，三极管V1的发射极接地。光耦器件T1作为隔离与控制作用，隔离第一单片机控制引脚与后端气流扇电路。当第一单片机控制引脚为高电平时，发光二极管D2截止，从而光耦器件T1和三极管V1截止，二极管D1正极对地不导通，因而气流扇2无电流通过，气流扇关闭。当第一单片机控制引脚为低电平时，发光二极管D2导通，三极管V1基极电压为正，从而三极管V1导通，二极管D1正极对地导通，此时气流扇2内部有电流流过，气流扇2开启。从而实现第一单片机控制气流扇2的启停。
本实用新型并不限于上述实例，在本实用新型的权利要求书所限定的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种变形或修改均受本专利的保护。
Claims (9)
1.一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：包括传感器采集模块、第一单片机、显示器、数据存储器、无线发送模块、无线接收模块、第二单片机、串口模块、上位机、GSM模块和电源模块；所述传感器采集模块、显示器、数据存储器和无线发送模块分别与第一单片机连接，所述无线接收模块与第二单片机连接，所述第二单片机的输出端一路与GSM模块连接，另一路通过串口模块与上位机连接；所述电源模块为整个系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：所述传感器采集模块包括温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器。
3.根据权利要求1所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：所述第一单片机和第二单片机均采用MSP430F149。
4.根据权利要求1所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：所述无线发送模块和无线接收模块均采用NRF24L01。
5.根据权利要求2所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：还包括电压跟随电路，所述温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器均分别通过电压跟随电路与第一单片机连接。
6.根据权利要求5所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：所述电压跟随电路包括运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3；所述运算放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1与运算放大器U1的输出端连接，所述运算放大器U1的正向输入端与第二电阻R2连接，所述运算放大器U1的输出端通过第三电阻R3与第一单片机连接。
7.根据权利要求2所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：还包括防辐射罩，所述温湿度传感器、粉尘传感器和空气污染传感器均分别安装在防 辐射罩内。
8.根据权利要求7所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：所述防辐射罩内设有气流扇，所述气流扇包括叶片和微型电机，所述微型电机通过气流扇驱动电路与第一单片机连接。
9.根据权利要求8所述的一种小区域气象环境监测系统，其特征在于：所述气流扇驱动电路包括光耦器件T1、三极管V1、二极管D1、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，所述光耦器件T1包括发光二极管D2和与发光二极管对应设置的光敏三极管V2，所述发光二极管D2的阳极通过第四电阻R4与电源模块连接，阴极与第一单片机连接；所述光敏三极管V2的集电极通过第五电阻R5与电源模块连接，所述光敏三极管V2的发射极一路与三极管V1的基极连接，另一路通过第七电阻R7与三极管V1的发射极连接，所述三极管V1的集电极与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极通过第六电阻R6与电源模块连接，所述二极管D1的正极与微型电机的负极连接，二极管D1的负极与微型电机的正极连接，三极管V1的发射极接地。
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