CN205943293U - 环境监测及天气演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环境监测及天气演示装置，涉及环境的检测装置技术领域。所述演示装置包括玻璃箱体，所述玻璃箱体内设有电控装置，所述电控装置包括控制器、人机交互模块、WIFI模块、天气信息演示模块以及室内环境检测模块，人机交互模块与所述控制器双向连接；所述WIFI模块与所述控制器双向连接；所述室内环境检测模块与所述控制器的信号输入端连接；所述天气信息演示模块与所述控制器的信号输出端连接。所述演示装置采用物理演示的方式对天气进行预报，为消费者的生活提供更多的乐趣和享受，同时通过演示装置内部的一系列空气质量检测传感器对室内的空气进行检测，为用户的健康生活保驾护航。

Description

环境监测及天气演示装置

技术领域

本实用新型涉及环境的检测装置技术领域，尤其涉及一种环境监测及天气演示装置。

背景技术

传统的天气显示设备往往离不开液晶屏幕等载体，在美观性上已经无法满足客户的需求。而与手机APP互联的智能设备，目前只有墨迹天气做出了“空气果”的尝试，但是它高达999元的昂贵价格使其处境尴尬。围绕空气的智能硬件可以被归为三大类：监测器，对空气中的一些气体进行检测并提供实时数据和建议，还可指挥空气净化、加湿器、空调等做出动作，墨迹空气果属于此列。监测器具有不同的使用场景和目的，室内的、室外的、车载的、便携的、专业的。除了PM2.5、温度、湿度、二氧化碳这些常规监测外，甲醛、CO、过敏源、放射物、电磁辐射也是一些设备所支持的。

智能监测器通过加载传感器收集空气指标，利用App进行分析和信息服务，通过API控制其他设备做出一些反应。报警器，例如Nest Protect，在空气出现突发情况时可通过声音、光线、远程App提醒、拨打救火电话等方式报警，它们监测的目标是一些危险气体，一氧化碳、烟雾、高温、瓦斯气体等。处理器，可做出一些动作来影响空气的设备。包括净化器、加湿器、抽湿机、恒温系统、智能空调、智能风扇、智能窗户、活性炭净化器。有不少智能硬件横跨几个领域。Birdi即是报警器也是检测器；T3空气卫士即可以做净化也可以做监测；Nest则是集感知、学习、监测和恒温控制于一体。现代人对于健康越来越重视，空气质量糟糕的现状让大家尤其重视空气环境，PM2.5监测App的风靡便可证明。因此空气监测智能硬件受到关注是必然的，而评论家们相信接下来会有越来越多的空气监测相关的智能硬件走上市场的舞台，与我们见面。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种环境监测及天气演示装置，所述演示装置采用物理演示的方式对天气进行预报，为消费者的生活提供更多的乐趣和享受，同时通过演示装置内部的一系列空气质量检测传感器对室内的空气进行检测，为用户的健康生活保驾护航。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种环境监测及天气演示装置，其特征在于：包括玻璃箱体，所述玻璃箱体内设有电控装置，所述电控装置包括控制器、人机交互模块、WIFI模块、天气信息演示模块、室内环境检测模块以及电源模块，人机交互模块与所述控制器双向连接，用于输入和显示数据；所述WIFI模块与所述控制器双向连接，用于通过WIFI网络实现与外围设备的数据交互；所述室内环境检测模块与所述控制器的信号输入端连接，用于检测室内的光照、温湿度、烟雾以及粉尘信息；所述天气信息演示模块与所述控制器的信号输出端连接，用于根据天气信息控制相关的装置动作，所述电源模块与所述环境监测及天气演示装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。

进一步的技术方案在于：所述玻璃箱体的前侧面以及左右侧面为透明玻璃板，所述玻璃箱体的背面为中空塑料板并用贴纸遮挡以隐藏底面与顶面的连接排线，玻璃箱体的底面用于安置电池、电机、蓄水池以及超声波雾化器。

进一步的技术方案在于：所述人机交互模块包括与所述控制器的信号输入端连接的按键模块以及与所述控制器的输出端连接的显示模块。

进一步的技术方案在于：所述人机交互模块为与所述控制器双向连接的触摸屏。

进一步的技术方案在于：所述室内环境检测模块包括光照传感器模块、温湿度传感器模块、烟雾传感器模块以及粉尘传感器模块。

进一步的技术方案在于：所述天气信息演示模块包括电机、水泵、风车、继电器、小灯珠、沙盘路灯、高亮LED、换能片驱动板、换能片以及超声波雾化器，所述控制器的控制信号输入端分别与所述继电器以及电机的控制端连接，所述继电器用于控制所述小灯珠、沙盘路灯、高亮LED以及换能片驱动板工作或不工作，所述换能片驱动板的输出端与所述换能片的输入端连接，所述换能片的输出端与所述超声波雾化器的控制输入端连接，所述电机的动力输出端分别与水泵和风车的动力输入端连接；电源模块、电机、蓄水池和超声波雾化器设置于玻璃箱体的底面，电机通过传动装置连接玻璃箱体内部的风车，超声波雾化器置于蓄水池中并在玻璃箱体内开口，小灯珠以及高亮LED设置于玻璃箱体的顶部，水泵连接蓄水池并在玻璃箱体的顶部设置紧贴玻璃箱体的出水口，顶部外设启动用的按键和电源开关。

进一步的技术方案在于：所述电源模块包括AC/DC电路和DC降压电路，所述AC/DC电路的输入端接220V交流电，所述AC/DC电路的输出端与所述DC降压电路的输入端连接，所述DC降压电路的输出端为所述电源模块的电源输出端。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述演示装置采用物理演示的方式对天气进行预报，为消费者的生活提供更多的乐趣和享受，同时通过演示装置内部的一系列空气质量检测传感器对室内的空气进行检测，为用户的健康生活保驾护航。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型所述演示装置内电控装置的原理框图；

图2是本实用新型电源模块中AC/DC电路的原理图；

图3是本实用新型电源模块中LM7805三端稳压器的原理图；

图4是本实用新型电源模块中LM1117-3.3稳压器的原理图；

图5是本实用新型中控制器的电路原理图；

图6是本实用新型中换能片驱动板的电路原理图；

图7是电机驱动电路的原理图；

图8是温湿度检测电路的原理图；

图9是光照传感电路的原理图；

图10是烟雾传感电路的原理图；

图11是灰尘传感电路的原理图；

图12是WIFI模块的电路原理图；

图13是四路继电器电路原理图；

图14是本演示装置的软件流程图；

图15是本演示装置的菜单层次示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实用新型公开了一种环境监测及天气演示装置，包括玻璃箱体，所述玻璃箱体内设有电控装置，所述电控装置包括控制器、人机交互模块、WIFI模块、天气信息演示模块、室内环境检测模块以及电源模块。人机交互模块与所述控制器双向连接，用于输入和显示数据；人机交互模块的形式有两种，第一种：所述人机交互模块包括与所述控制器的信号输入端连接的按键模块以及与所述控制器的输出端连接的显示模块。第二种：所述人机交互模块为与所述控制器双向连接的触摸屏。

所述WIFI模块与所述控制器双向连接，用于通过WIFI网络实现与外围设备的数据交互；所述室内环境检测模块与所述控制器的信号输入端连接，所述室内环境检测模块包括光照传感器模块、温湿度传感器模块、烟雾传感器模块以及粉尘传感器模块，用于检测室内的光照、温湿度、烟雾以及粉尘信息；

所述天气信息演示模块与所述控制器的信号输出端连接，用于根据天气信息控制相关的装置动作，所述电源模块与所述环境监测及天气演示装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。

进一步的，所述天气信息演示模块包括电机、水泵、风车、继电器、小灯珠、沙盘路灯、高亮LED、换能片驱动板、换能片以及超声波雾化器，所述控制器的控制信号输入端分别与所述继电器以及电机的控制端连接，所述继电器用于控制所述小灯珠、沙盘路灯、高亮LED以及换能片驱动板工作或不工作，所述换能片驱动板的输出端与所述换能片的输入端连接，所述换能片的输出端与所述超声波雾化器的控制输入端连接，所述电机的动力输出端分别与水泵和风车的动力输入端连接；电源模块、电机、蓄水池和超声波雾化器设置于玻璃箱体的底面，电机通过传动装置连接玻璃箱体内部的风车，超声波雾化器置于蓄水池中并在玻璃箱体内开口，小灯珠以及高亮LED设置于玻璃箱体的顶部，水泵连接蓄水池并在玻璃箱体的顶部设置紧贴玻璃箱体的出水口，顶部外设启动用的按键和电源开关。

玻璃箱体为三面（正面以及左右侧面）透明的玻璃玻璃箱体，蚀刻有花纹，正面为LED玻璃板，背面为中空塑料板并用贴纸遮挡以隐藏底面与顶面的连接排线。底面安置电源模块、电机、小蓄水池和超声波雾化器，电机通过传动装置连接玻璃箱体内部的风车，超声波雾化器置于蓄水池中并在玻璃箱体内开口，顶部内藏小灯珠和多个高亮LED灯，还有水泵连接蓄水池并在顶部有紧贴玻璃的出水口，顶部外设启动用的轻触按键和电源开关，内置空气质量检测设备。设备通过wifi的方式从天气信息服务平台接受天气信息，然后通过LED玻璃面板显示温度信息，轻触启动按钮后，温度信息向下淡出，同时水泵抽出一排液流，配合LED板的动画效果，此后启动天气演示模块。

比如天气晴朗，小灯珠会亮起；阴天，小灯珠亮度会降低；天气多云，超声波雾化器会产生少量的水雾在玻璃罩中；有风，电机会驱动风车工作，造成起风的观感，同时风车转动快慢与风力级数相关；阴雨天气，水泵从蓄水池中抽水，沿玻璃流下，水量大小由雨量大小决定；暴雨、雨夹雪等恶劣天气时，水泵工作，同时雾化器激发大量水雾笼罩整个玻璃匣，同时LED灯交替闪烁，模拟闪电的效果，使得恶劣的天气情况一目了然。

设备连有粉尘检测、温湿度检测、易燃有害气体检测、光照检测等模块，可以实时测量室内空气温湿度和粉尘含量，同时取得室内的亮暗情况信息，也可以对室内易燃气体超标或烟尘超标进行火灾预警。

设备通过WiFi模块与互联网，进行天气信息的接收工作。同时设备可以实时回传室内的空气质量信息，监测室内温度、湿度、有害气体、粉尘含量等等，本设备同其他联网设备共同使用还可以实时调整空气质量，作为智能空调、智能加湿器、智能灯等设备的枢纽工作。就算用户没有智能家居设备，也可通过app关注室内空气信息，在返回家中时及时开窗通风或打开加湿器等对空气质量进行调整，为用户的健康提供保障。

如图2所示为AC/DC电路的原理图：电源电路采取220V交流供电，为了向其它模块供电，采用开关电源模块进行AC/DC转换。开关电源模块是将开关电源上的分立元器件进行模块化封装，从而形成体积更小、功率密度更高的模块电源。其内部电路也是开关电源，具有设计简单、开发周期短、优质可靠等特点。为了获取更好的电源性能，故在模块外部添加一系列外围元件，构成EMC低纹波电路。

DC降压电路：开关电源模块输出12V电压，经过LM7805三端稳压器和LM1117-3.3稳压器变换，得到可以供给各个模块的电压，两个三端稳压器的电路如图3-4所示。

如图5所示为控制器外围电路的原理图，控制器采用TI公司出品的MSP430系列单片机，它具有处理能力强、运算速度快、超低功耗、片内资源丰富、开发环境方便高效的特点。MSPx1xx系列，基于闪存或 ROM 的超低功耗 MCU，提供 8MIPS，工作电压为 1.8V -3.6V，具有高达 60KB 的闪存和各种高性能模拟及智能数字外设。超低功耗低至：0.1μARAM（保持模式）0.7μA（实时时钟模式）200μA/MIPS（工作模式）在6μs之内快速从待机模式唤醒。

如图6所示为雾化片驱动板的原理图，雾化器采用超声波振荡片为核心，在使用过程中应产生高频PWM电压，对换能片进行驱动。其中如何匹配到换能片的固有频率，是提升电源效率和雾化量的关键。在驱动电路的设计中，采用SJ303芯片为核心构成电路，单片机输出TTL电平信号对其进行控制。IC在启动过程中会进行扫频，确保振荡频率接近与换能片固有频率相近。

电机驱动电路：全桥PWM功率驱动电路在直流电机驱动中应用广泛。采用专业全桥驱动芯片L9110配合MOS管对电机进行驱动，控制器输出的PWM信号给予驱动信号，对全桥电路进行间断性导通和闭合，从而调节加于电机上的平均电压，对转速进行调控。由于只需要电机进行单向转动，所以全桥驱动电路可以简化为如图7所示的电路结构。

如图8所示为温湿度检测电路的原理图，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术。感器测NTC个湿元件和一感式阻的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电连接。因此该产品具有品质卓越、超快位单片机相8高性能温元件，并与一个传感器都在极为精确的DHT11响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

如图9所示为光照传感电路的原理图，光敏模块采用光敏电阻构成，结构较为简单。通过对电位器的校正得到室内环境的阈值电压，从而接收到室内明暗界限的电平信号。

如图10所示为烟雾传感电路的原理图，MQ-2烟雾传感器模块具有双路信号输出、模拟量与浓度正相关的特点，其使用寿命长，稳定性高，可以快速恢复响应，对液化气、天然气、煤气等也有较好的灵敏度，常用于家庭或工厂的气体泄漏监测，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的检测。

如图11所示为灰尘传感电路的原理图：GP2Y1010AU0F是日本夏普公司开发的一款光学灰尘浓度检测传感器。此传感器内部成对脚分布的红外发光管和光电晶体管，利用光敏原理来工作。用于检测特别细微的颗粒，如香烟颗粒、细微灰尘等，它依靠输出脉冲的高度来判断颗粒浓度。

如图12所示为WIFI模块的电路原理图，USR-WIFI232系列产品用于实现串口到WIFI数据包的双向透明转发，用户无需关心具体细节，模块内部完成协议转换，串口一侧串口数据透明传输，WIFI网络一侧是TCP/IP数据包，通过简单设置即可指定工作细节，设置可以通过模块内部的网页进行，也可以通过串口使用AT指令进行，一次设置永久保存。模块支持802.11无线标准，超低功耗，支持UART/PWM/GPIO数据通讯接口，支持STA/AP/STA+AP共存工作模式，使用3.3V单电源供电。

如图13所示为四路继电器电路：采用松乐继电器10W次开关。控制信号为TTL电平，带电源指示灯，控制脚加下拉电路，防止继电器误动作。输出采用大电流接线端子，无需焊接方便接线。

显示模块使用TFT液晶屏，Thin Film Transistor (薄膜场效应晶体管)，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度高亮度高对比度显示屏幕信息。 目前在手机上TFT使用最为广泛， 中高端彩屏手机中普遍采用的屏幕，分65536色及26万色， 1600万色三种，其显示效果非常出色。 随着技术的进步， TFT不仅应用在手机上，许多智能仪表，工控人机界面也都在使用 TFT取代之前的黑白屏。

如图14所示为所述演示装置的软件流程图，系统在启动后会对各模块进行初始化，同时液晶屏提示用户“请稍后”。在初始化完毕后尝试联网获取天气信息，进行第一次天气预报的演示。空气质量信息也会在开机后进行采集，在液晶屏上显示出来。空气信息在采集到后，如果已进行联网，则上传到云端，进行共享。

图15是本演示装置的菜单层次示意图，在选取菜单界面后可以选择四个子菜单选型，时间设置可以手动进行时间校正，网络设置可以进入下一级子菜单，触摸校准可以校正触摸屏的偏移，帮助提供一系列使用说明信息。在网络设置的子菜单里，可以选择网络连接与断开，在已联网时还可以立即同步天气信息和时间信息，或者选取每天中的固定时间点进行同步。

所述演示装置采用物理演示的方式对天气进行预报，为消费者的生活提供更多的乐趣和享受，同时通过演示装置内部的一系列空气质量检测传感器对室内的空气进行检测，为用户的健康生活保驾护航。

Claims (7)

1.一种环境监测及天气演示装置，其特征在于：包括玻璃箱体，所述玻璃箱体内设有电控装置，所述电控装置包括控制器、人机交互模块、WIFI模块、天气信息演示模块、室内环境检测模块以及电源模块，人机交互模块与所述控制器双向连接，用于输入和显示数据；所述WIFI模块与所述控制器双向连接，用于通过WIFI网络实现与外围设备的数据交互；所述室内环境检测模块与所述控制器的信号输入端连接，用于检测室内的光照、温湿度、烟雾以及粉尘信息；所述天气信息演示模块与所述控制器的信号输出端连接，用于根据天气信息控制相关的装置动作，所述电源模块与所述环境监测及天气演示装置中需要供电的模块的电源输入端连接，用于为其提供工作电源。

2.如权利要求1所述的环境监测及天气演示装置，其特征在于：所述玻璃箱体的前侧面以及左右侧面为透明玻璃板，所述玻璃箱体的背面为中空塑料板并用贴纸遮挡以隐藏底面与顶面的连接排线，玻璃箱体的底面用于安置电池、电机、蓄水池以及超声波雾化器。

3.如权利要求1所述的环境监测及天气演示装置，其特征在于：所述人机交互模块包括与所述控制器的信号输入端连接的按键模块以及与所述控制器的输出端连接的显示模块。

4.如权利要求1所述的环境监测及天气演示装置，其特征在于：所述人机交互模块为与所述控制器双向连接的触摸屏。

5.如权利要求1所述的环境监测及天气演示装置，其特征在于：所述室内环境检测模块包括光照传感器模块、温湿度传感器模块、烟雾传感器模块以及粉尘传感器模块。

6.如权利要求1所述的环境监测及天气演示装置，其特征在于：所述天气信息演示模块包括电机、水泵、风车、继电器、小灯珠、沙盘路灯、高亮LED、换能片驱动板、换能片以及超声波雾化器，所述控制器的控制信号输入端分别与所述继电器以及电机的控制端连接，所述继电器用于控制所述小灯珠、沙盘路灯、高亮LED以及换能片驱动板工作或不工作，所述换能片驱动板的输出端与所述换能片的输入端连接，所述换能片的输出端与所述超声波雾化器的控制输入端连接，所述电机的动力输出端分别与水泵和风车的动力输入端连接；电源模块、电机、蓄水池和超声波雾化器设置于玻璃箱体的底面，电机通过传动装置连接玻璃箱体内部的风车，超声波雾化器置于蓄水池中并在玻璃箱体内开口，小灯珠以及高亮LED设置于玻璃箱体的顶部，水泵连接蓄水池并在玻璃箱体的顶部设置紧贴玻璃箱体的出水口，顶部外设启动用的按键和电源开关。

7.如权利要求1所述的环境监测及天气演示装置，其特征在于：所述电源模块包括AC/DC电路和DC降压电路，所述AC/DC电路的输入端接220V交流电，所述AC/DC电路的输出端与所述DC降压电路的输入端连接，所述DC降压电路的输出端为所述电源模块的电源输出端。