CN207036163U

CN207036163U - 一种基于物联网的城市环境监测系统

Info

Publication number: CN207036163U
Application number: CN201720278746.8U
Authority: CN
Inventors: 杨剑; 林奎; 杨大勇; 汪中洋
Original assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2027-03-22

Abstract

本实用新型主要涉及城市环境监测领域，涉及一种基于物联网的城市环境监测系统，利用太阳能供电，节约能源，检测城市环境中的相关环境参数信息，通过网络模块传送给数据服务器，并进行存储，为城市环境的监测提供有效数据。基于物联网的城市环境监测系统的太阳能充电模块的输出端连接着供电模块、主控制器的输入端，供电模块、噪声检测模块、温湿度检测模块、粉尘检测模块、紫外线检测模块、按键模块、时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端，电压调整模块连接着太阳能充电模块，电压调整模块连接着主控制器，主控制器的输出端连接着显示模块的输入端，数据服务器通过串口转网络模块与主控制器连接。

Description

一种基于物联网的城市环境监测系统

技术领域

本实用新型主要涉及城市环境监测领域，更具体地说，涉及一种基于物联网的城市环境监测系统。

背景技术

随着社会的进步，科学技术的飞速发展，城市中的环境空气质量大不如农村，并且在车水马龙的城市中，产生噪声的设备非常多，噪声对人们的生活和工作都有着影响；环境中的粉尘含量也影响着人们的身体健康，而且现代人越来越注重保养，对环境中紫外线强度有着很高的重视度，因此，在当下物联网盛行时代，将城市中一些主要环境信息与物联网相结合，为人们连接环境信息提供直接数据是很有意义的。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于物联网的城市环境监测系统，放置在阳台的窗台外侧，利用太阳能供电，节约能源，检测城市环境中的粉尘、温湿度、噪声、紫外线信息，通过网络模块传送给数据服务器，连接到互联网，将数据存储到数据服务器中，为城市环境的监测提供有效数据。

为解决上述技术问题，本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统包括主控制器、噪声检测模块、温湿度检测模块、粉尘检测模块、紫外线检测模块、按键模块、时钟模块、显示模块、串口转网络模块、数据服务器、太阳能充电模块、供电模块、电压调整模块，放置在阳台的窗台外侧，利用太阳能供电，节约能源，检测城市环境中的粉尘、温湿度、噪声、紫外线信息，通过网络模块传送给数据服务器，连接到互联网，将数据存储到数据服务器中，为城市环境的监测提供有效数据。

其中，所述太阳能充电模块的输出端连接着供电模块的输入端；所述供电模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述太阳能充电模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述电压调整模块连接着太阳能充电模块；所述电压调整模块连接着主控制器；所述噪声检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述温湿度检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述粉尘检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述紫外线检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述按键模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着显示模块的输入端；所述数据服务器通过串口转网络模块与主控制器连接。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统所述主控制器采用STC89C52单片机。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统所述时钟模块采用DS1302时钟芯片。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统所述温湿度检测模块采用AM2305湿敏电容数字温湿度模块。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统所述粉尘检测模块采用GP2Y1010AUOF粉尘传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统所述紫外线检测模块采用PNo36PD紫外线传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统所述串口转网络模块采用WF-U-09T网络模块。

控制效果：本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统，放置在阳台的窗台外侧，利用太阳能供电，节约能源，检测城市环境中的粉尘、温湿度、噪声、紫外线信息，通过网络模块传送给数据服务器，连接到互联网，将数据存储到数据服务器中，为城市环境的监测提供有效数据。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的硬件结构图。

图2为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的主控制器的电路图。

图3为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的时钟模块的电路图。

图4为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的温湿度检测模块的电路图。

图5为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的按键模块的电路图。

图6为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的噪声检测模块的电路图。

图7为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的粉尘检测模块的电路图。

图8为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的紫外线检测模块的电路图。

图9为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的显示模块的电路图。

图10为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的串口转网络模块的电路图。

图11为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的供电模块的电路图。

图12为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的太阳能充电模块的电路图。

图13为本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的电压调整模块的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13说明本实施方式，本实施方式所述一种基于物联网的城市环境监测系统包括主控制器、噪声检测模块、温湿度检测模块、粉尘检测模块、紫外线检测模块、按键模块、时钟模块、显示模块、串口转网络模块、数据服务器、太阳能充电模块、供电模块、电压调整模块，放置在阳台的窗台外侧，利用太阳能供电，节约能源，检测城市环境中的粉尘、温湿度、噪声、紫外线信息，通过网络模块传送给数据服务器，连接到互联网，将数据存储到数据服务器中，为城市环境的监测提供有效数据。

其中，所述太阳能充电模块的输出端连接着供电模块的输入端，太阳能充电模块中的太阳能电池板采用两个P/N型号的太阳能电池板串联，每个P/N型号的太阳能电池板的输出电压为2.5V，功率为5W，采用两个P/N型号太阳能电池板相串联，输出电压为5V，功率为10W，经过供电模块稳压后可获得主控制器工作的5V电压。太阳能充电模块的太阳能电池板输出端IN_S端与供电模块的IN_S端相连接，太阳能电池板产生的电压直接传送给供电模块进行稳压处理。

所述供电模块的输出端连接着主控制器的输入端，供电模块的IN_S端与太太阳能充电模块的IN_S端相连接，太阳能充电模块产生的电压经LM2576稳压后，在OUTPUT端输出主控制器的工作电压VCC，VCC的值可通过电位器进行调整，其运算公式为：Vcc＝1.23*(1+R₅/R₆)，根据以上公式只要调节好R5的阻值就能使主控制器获得较为精准的参考电压，当电路中因为某些原因使VCC电压发生改变时可以马上调节R5，使VCC重新稳定。

所述太阳能充电模块的输出端连接着主控制器的输入端，太阳能充电模块的ON/OFF端与主控制器的P1.7引脚相连接，用于控制太阳能充电模块的开启与关闭，太阳能充电模块的OUT1_S、OUT2_S端与主控制器的P2.3、P2.4引脚相连接，主控制器通过P2.3引脚和P2.4引脚对太阳能充电模块进行采样，P2.3引脚获得采样电流，P2.4引脚获得采样电压，主控制获得采样电压和电流数据后通过串口转网络模块传送给数据服务器进行存储，对太阳能充电模块的电压电流进行监测。

所述电压调整模块连接着太阳能充电模块，太阳能充电模块中的太阳能电池板采用两个P/N型号的太阳能电池板串联，太阳能充电模块中的稳压部分采用LM2576开关型降压稳压器，采用LM2576进行稳压，反馈端FB与电压调整模块的D/AOUT端相连接，进行调压。太阳能充电模块用于给一个蓄电池充电，蓄电池的充电电压为12V，提高充电效率。

所述电压调整模块连接着主控制器，电压调整模块的DIN、CLK、CS端分别与主控制器的P2.7、P2.6、P2.5引脚相连接，电压调整模块采用TLC5615芯片，TLC5615芯片的作用是进行D/A转换，当片选CS为低电平时，在每一个CLK时钟的上升沿将DIN的一位数据移入16位寄存器，接着CS的上升沿将16位移位寄存器的10位有效数据锁存于10位DAC寄存器，供DAC模块进行转换；当片选CS为高电平时，串行输入数据则不会被移入16位移位寄存器。当DIN读入数据后，经DA转换，在OUT输出电压D/AOUT，D/AOUT与太阳能充电模块中LM2576的反馈端FB端口相连接，与内部参考电压比较，进而调整充电电压。

所述噪声检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，噪声检测模块采用SG麦克风采集噪声，SG麦克风用于将声波转换为相应电信号，由于麦克风输出的电信号微弱，必须经过电压放大器进行电压放大，故采用LM386放大器进行放大，麦克风输出电信号通过滑动电阻R5传送给LM386放大器的同相放大端进行放大，LM386放大器将放大后的信号传送给AD536芯片，AD536芯片用于测量信号的有效值，经过处理得到信号有效值通过BUFOUT端输出，传送给LM331电压/频率变换集成芯片，LM331电压/频率变换集成芯片将电压信号转换为频率信号，通过FOUT端传送给主控制器的P1.5引脚。

所述温湿度检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，温湿度检测模块采用AM2305湿敏电容数字温湿度模块，采用单总线进行通信，SDA_A端通过与主控制器的P1.0引脚相连接，R1和C2用于增强电路的抗干扰性，R2为上拉电阻，当总线闲置时，其状态为高电平；主控制器每次读取温湿度检测模块的温湿度数值使上一次测量的结果，需连续读取两次，才能获取实时数据，连续多次读取温湿度检测模块的温度数值时，每次读取间隔大于2S即可获得准确的数据。

所述粉尘检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，粉尘检测模块采用GP2Y1010AUOF粉尘传感器，粉尘检测模块用于检测空气中粉尘、烟雾及PM2.5等细微颗粒，利用光学原理，采用NPN三极管驱动此传感器的LED端，输出模拟电压传送给模数转换芯片ADC0832，经过模数转换芯片ADC0832将模拟电压转换为数字电压传送给给主控制器，粉尘检测模块的OUT_G端、CS_G端、CLK_G端、DIO_G端分别与主控制器的P1.4、P3.2、P3.3、P3.4引脚相连接。

所述紫外线检测模块的输出端连接着主控制器的输入端，紫外线检测模块采用PNo36PD紫外线传感器，PNo36PD紫外线传感器响应的波段是300-360nm，紫外线传感器用于采集紫外线强度，并将其转换为电流，经过放大电路将电流放大为电压，放大电路采用MAX4218运算放大器，放大电路输出电压计算公式为：V_OUT＝lph×R8×(1+R10/R9)，其中lph紫外线传感器产生的电流，通过调节R8、R9、R10电阻阻值可以调整放大倍数，放大电路输出模拟电压经过模数转换芯片ADC0832，将模拟电压转换为数字电压，传送给主控制器进行处理；紫外线检测模块的CS_P端、CLK_P端、DIO_P端分别与主控制器的P1.1、P1.2、P1.3引脚相连接。

所述按键模块的输出端连接着主控制器的输入端，按键电路采用ST5.0LF160Q型号独立按键，按键SW1的一端通过电阻R2接地，另一端SW1端与主控制器的P1.6引脚相连接，按键SW1为切换按键，每按下一次SW1按键，主控制器的P1.6引脚都会接收到一个脉冲信号，从而控制显示模块按设定好的显示顺序切换显示检测的环境参数信息。

所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端，时钟模块用于产生时钟信号给系统提供实时时间，通过显示模块进行显示，时钟模块的SCLK引脚与主控制器的P3.6引脚相连接；时钟模块的RST引脚与主控制器的P3.5引脚相连接，RST引脚为输入信号，在读、写数据期间，必须为高；时钟模块的I/O引脚与主控制器的P3.7引脚相连接。

所述主控制器的输出端连接着显示模块的输入端，显示电路采用LCD12864液晶屏，用于显示设定时间及空气净化器的工作时间信息；显示电路的DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7端与主控制器的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7引脚相连接，用来显示数据；显示电路的RS_LCD端与主控制器的P2.0引脚相连接，用来控制数据命令；显示电路的R/W_LCD端与主控制器的P2.1引脚相连接，用来控制读写操作；显示电路的使能端E_LCD与主控制器的P2.2引脚相连接；主控制器的P2.0、P2.1、P2.2引脚用于控制显示电路中的数码管的选通状态。

所述数据服务器通过串口转网络模块与主控制器连接，串口转网络模块采用WF-U-09T网络模块，用于实现主控制器与远端的数据服务器的通信，即实现主控制器和互联网的数据交流，WF-U-09T是一个集成网络模块，WF-U-09T网络模块的RX端和TX端分别与主控制器的P3.1、P3.0引脚相连接。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13说明本实施方式，所述主控制器采用STC89C52单片机。所述STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构)，全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13说明本实施方式，所述时钟模块采用DS1302时钟芯片。所述DS1302时钟芯片具有一种高性能、低功耗、带RAM的时钟模块，它可以对年、月、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。主要特点是采用串行数据传输，可以为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通32.768Hz晶振。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13说明本实施方式，所述温湿度检测模块采用AM2305湿敏电容数字温湿度模块。所述AM2305湿敏电容数字温湿度模块是一款含有已校准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，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，分为3引线(单总线接口)连接方便。

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13说明本实施方式，所述粉尘检测模块采用GP2Y1010AUOF粉尘传感器。所述GP2Y1010AUOF利用光电来测定空气质量的一个传感器，利用发光二极管发射光线，利用晶体管接收二极管发射的光引起电压的变化，这时候传感器里的空气传导设备就会产生一定的作用使空气流通，此设计能够检测到小的微粒，甚至非常小的烟草颗粒也能感应到。即使在一个地方测量到比较高的PM2.5值，到另外一个地方空气质量较好，PM2.5值低的地区测量的结果也是比较准确的。依靠输出脉冲的高度来判断颗粒浓度。

具体实施方式六：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13说明本实施方式，所述紫外线检测模块采用PNo36PD紫外线传感器。所述PNo36PD紫外线传感器具有非常优越的线性度、灵敏度和稳定性。PNo36PD紫外线传感器响应的波段是300-360nm，紫外线传感器用于采集紫外线强度，并将其转换为电流，经过放大电路将电流放大为电压，放大电路采用MAX4218运算放大器，放大电路输出电压计算公式为：V_OUT＝lph×R8×(1+R10/R9)，其中lph紫外线传感器产生的电流，通过调节R8、R9、R10电阻阻值可以调整放大倍数，放大电路输出模拟电压经过模数转换芯片ADC0832，将模拟电压转换为数字电压，传送给主控制器进行处理；紫外线检测模块的CS_ADC端、CLK_ADC端、DIO端分别与主控制器的P1.1、P1.2、P1.3引脚相连接。

具体实施方式七：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13说明本实施方式，所述串口转网络模块采用WF-U-09T网络模块。WF-U-09T是一个集成网络模块，用于实现主控制器与远端的数据服务器的通信，即实现主控制器和互联网的数据交流，WF-U-09T网络模块的RX端和TX端分别与主控制器的P3.1、P3.0引脚相连接。

本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统的工作原理为：本实用新型一种基于物联网的城市环境监测系统，采用太阳能电池板采集太阳能，并将太阳能转换为电能，供电模块对太阳能电池板输出的电压进行稳压，输出得到稳定的5V电压给主控制器进行供电，太阳能充电模块同时给一个蓄电池进行充电，主控制器对充电电压和电流进行监测，主控制器通过电压调整模块对太阳能充电模块的充电电压进行调整。将本实用新型一种基于物联网的城市环境检测系统放置在阳台的窗户外侧，通过噪声检测模块检测环境中的噪声信息，噪声信息通过显示模块显示；温湿度检测模块用于采集周围环境的温湿度信息，并通过主控制器处理后由显示模块显示；粉尘检测模块用于检测周围环境中的粉尘、烟雾及PM2.5等细微颗粒，并通过主控制器处理后由显示模块显示，紫外线检测模块用于检测周围环境中的紫外线强度，并通过主控制器处理后由显示模块显示，通过按键模块中的SW1按键切换显示内容，时钟模块为系统提供实时时间，通过显示模块进行显示；主控制器将检测环境参数信息通过串口转网络模块将检测数据输送给互联网，并传送给远端的数据服务器，由数据服务器进行数据存储与数据分析，并在远端的智能终端上进行控制操作。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种基于物联网的城市环境监测系统，其特征在于，所述基于物联网的城市环境监测系统包括主控制器、噪声检测模块、温湿度检测模块、粉尘检测模块、紫外线检测模块、按键模块、时钟模块、显示模块、串口转网络模块、数据服务器、太阳能充电模块、供电模块、电压调整模块，所述太阳能充电模块的输出端连接着供电模块的输入端；所述供电模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述太阳能充电模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述电压调整模块连接着太阳能充电模块；所述电压调整模块连接着主控制器；所述噪声检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述温湿度检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述粉尘检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述紫外线检测模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述按键模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述时钟模块的输出端连接着主控制器的输入端；所述主控制器的输出端连接着显示模块的输入端；所述数据服务器通过串口转网络模块与主控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市环境监测系统，其特征在于：所述主控制器采用STC89C52单片机。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市环境监测系统，其特征在于：所述时钟模块采用DS1302时钟芯片。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市环境监测系统，其特征在于：所述温湿度检测模块采用AM2305湿敏电容数字温湿度模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市环境监测系统，其特征在于：所述粉尘检测模块采用GP2Y1010AUOF粉尘传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市环境监测系统，其特征在于：所述紫外线检测模块采用PNo36PD紫外线传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的城市环境监测系统，其特征在于：所述串口转网络模块采用WF-U-09T网络模块。