CN207096482U - 负氧离子环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种负氧离子环境监测系统，包括若干个用于监测所在地点环境数据的监测站、云平台、展示板及用户终端，展示板包括显示屏，监测站包括传感器模块、环境数据采集器、通讯模块，传感器模块包括负氧离子传感器、PM2.5/PM10传感器，通讯模块为GPRS模块或lora扩频电台，环境数据采集器对各传感器采集到的数据进行处理并把数据按协议格式发送给通讯模块，监测站通过GPRS或无线将环境数据发送给云平台；用户终端可向各监测站发送查询命令，相应监测站将环境数据通过GPRS上传至云平台；云平台对收到的环境数据存储并通过GPRS传送至相应的显示屏，显示屏对环境数据实时展示，使得人们可以得知被监测地点的实时环境参数，也可为环境管理部门提供数据支持。

Description

负氧离子环境监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种负氧离子环境监测系统。

背景技术

负氧离子是由空气中的瞬间电荷将水电离而形成的。人体皮肤和呼吸系统都可以将负氧离子吸入血液系统和淋巴系统。长期吸入大量负氧离子，对人体健康有非常重要的作用，例如，可以活化细胞，促进体内外钠、钾离子的交换，净化血液，促进体内有毒物质排放；平衡植物神经系统，稳定精神情绪，增强抗病能力。负离子被誉为“健康长寿因子”、“空气维生素”。随着人们对环境问题的重视，在外出游玩时，特别是景区的环境质量备受人们关注。环境质量不仅体现在负氧离子的浓度参数上，还有PM2.5/PM10、悬浮颗粒物、温湿度、风速风向、噪音等的参数。如何让人们都能实时了解到景区等室外场所的环境质量是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够实时监测环境中的多项参数的负氧离子环境监测系统。

为实现上述目的，本实用新型负氧离子环境监测系统采用如下技术方案：负氧离子环境监测系统，包括若干个用于监测所在地点环境数据的监测站、云平台、展示板及用户终端，展示板包括显示屏，监测站包括传感器模块、环境数据采集器、通讯模块，传感器模块包括负氧离子传感器、PM2.5/PM10传感器、温湿度传感器，通讯模块为GPRS模块或lora扩频电台，环境数据采集器对各传感器采集到的数据进行处理并把数据按协议格式发送给通讯模块，环境数据采集器为各传感器和通讯模块供电，监测站通过GPRS或无线将监测的环境数据发送给云平台或用户终端；用户终端可向各监测站发送查询命令，相应的监测站将环境数据通过GPRS上传至云平台；云平台对收到的环境数据存储并通过GPRS传送至相应的显示屏，显示屏对环境数据实时展示。

进一步地，所述传感器模块还包括风速传感器、风向传感器、噪音传感器。

进一步地，所述用户终端通过终端配置器以无线形式将自定义的通知、广告信息显示在所述的显示屏上。

进一步地，所述监测站包括立杆和机箱，负氧离子传感器和环境数据采集器安装于机箱内，机箱设有连通外界空气的通气孔，机箱外设有百叶箱，PM2.5/PM10传感器、温湿度传感器及噪音传感器安装在百叶箱内，风速传感器、风向传感器安装在机箱外侧。

进一步地，所述环境数据采集器至少具有1路对应PM2.5/PM10传感器的TTL接口、2路分别对应风速传感器与风向传感器的AD接口、1路对应温湿度传感器的I2C接口、2路分别对应无线模块与负氧离子传感器的RS232接口、1路对应噪音传感器的模拟输入接口及5路DC5V/20W和2路DC12V/20W输出接口。

进一步地，所述环境数据采集器具有拨码开关，能够调节无线模块信道。

进一步地，所述负氧离子环境监测系统还包括中继器，中继器包括外壳及设置在外壳内的两个通信模块与一个中继电路板，中继电路板进行通信控制，通信模块一端为lora扩频无线模块，另一端为GPRS模块或lora扩频电台。

进一步地，所述外壳通过防水接头引出有三个接口，用于连接两个天线和一个电源线。

进一步地，所述展示板的显示屏为LED屏，展示板还包括电源模块、LED屏控制卡、展示板主控模块、GPRS模块、无线模块、环境监测设备，环境监测设备内设有用于监测展示板周围环境的环境监测传感器，LED屏有分别用于显示云平台传来的环境数据、终端配置器的配置信息、环境监测设备监测的环境数据的三个区域。

进一步地，所述展示板的电源入口端安装有空气断路器。

本实用新型的有益效果：本实用新型的环境监测系统能够应用于全国各地生态公园、湿地、湖泊、瀑布、温泉、山区、森林、自然保护区等旅游区，以及小区、酒店等生活区。系统中的监测站负责监测所在地点的环境数据，如负氧离子浓度和PMM2.5/10的值，以及温湿度等。经GPRS将监测到的环境数据上传至云平台。云平台可以将监测到的数据进行存储，并把实时数据发送给展示板，通过展示板的显示屏展示，或者也可将数据传送给用户终端，使得人们可以得知被监测地点的实时环境参数，也可通过用户终端对数据管理分析。同时，本监测系统也可为相关环境管理部门提供数据支持。用户也可以使用PC机等用户终端，通过终端配置器以无线形式配置展示板，在展示板上显示自定义的通知、广告等信息。

附图说明

图1是本实用新型负氧离子环境监测系统实施例的原理示意图；

图2是本实用新型负氧离子环境监测系统实施例中的展示板的结构示意图。

具体实施方式

下面将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所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型负氧离子环境监测系统的实施例：如图1-图2所示，负氧离子环境监测系统，包括若干个用于监测所在地点环境数据的监测站、云平台、展示板及用户终端。监测站包括传感器模块、环境数据采集器、通讯模块、安装设备。监测站也即设置在相应地点的监测站，用于监测其所在位置的负氧离子、PM2.5/PM10、悬浮颗粒物(TPS)、温湿度、风速、风向、噪音等环境中的气象参数，并通过GPRS或无线将监测到的数据发送给云平台或用户终端，用户终端为电脑，台式电脑或笔记本。监测站所监测环境数据的项目可根据用户或现场的需求而定。

传感器模块包括负氧离子传感器、PM2.5/PM10传感器、温湿度传感器、风速传感器、风向传感器、噪音传感器。

安装设备采用机箱立杆式，包括机箱、立杆、支架和地笼。机箱用于安装负氧离子传感器，应有足够的通风环境能使传感器监测到机箱外的空气，并且能达到户外长期工作的防尘、防水、防虫要求。机箱采用金属机箱，并在机箱外丝印文字，尺寸根据传感器尺寸选择，以美观、耐用、满足功能要求为宜。支架用来安装风速、风向传感器和百叶箱。立杆、地笼应使设备安装结实稳固，立杆尺寸、颜色应美观，与机箱尺寸及安装位置协调。

具体地，各传感器的安装位置如下：负氧离子传感器和环境数据采集器安装于机箱内，机箱设有连通外界空气的通气孔；机箱外设有百叶箱，PM2.5/PM10传感器、温湿度传感器及噪音传感器安装在百叶箱内，风速传感器、风向传感器安装在机箱外侧。

通讯模块为GPRS模块或lora扩频电台。当监测点有GPRS信号覆盖时，采用GPRS模块；当监测点无GPRS信号覆盖时，采用433MHzlora扩频电台，该模块可采用DC12V供电，通信最远可达8km，并可通过配置选择信道。

环境数据采集器对各传感器采集到的数据进行处理并把数据按协议格式发送给通讯模块。环境数据采集器采用市电供电，能够为各传感器和通讯模块供电。在采集器电路板设计上，应能达到以下要求：(1)至少应具1路TTL接口(对应PM2.5/PM10传感器)、2路AD接口(分别对应风速、风向传感器)、1路I2C接口(对应温湿度传感器)、2路RS232接口(分别对应无线模块、负氧离子传感器)、1路模拟输入接口(对应噪音传感器)，5路DC5V/20W和2路DC12V/20W输出接口；(2)市电供电，并有电气保护和EMC滤波设计；(3)有拨码开关，能够调节无线模块信道；(4)通讯模块接口能兼容lora扩频电台或和GPRS模块，并且在切换时无需软件或硬件改动。

对监测站的安装设计要求：机箱用过不锈钢抱箍安装在立杆上，安装高度以美观、安全为宜；支架通过丝杠固定在立杆最高处；监测点选择负氧离子浓度较高的地区进行安装，根据用户和现场实际的需求，可以安装多套监测点。如果安装地点选在未硬化的土质地区，安装时需要用地笼和混凝土制作地基。选取安装地点时应避免选择土质易流失、易塌陷的地区，和地区最高点等易受雷击地区。监测设备安装后应能满足结实稳定，抗雨水、大风的要求。

监测设备还要做好防护设计：

1、电气防护

考虑到设备用电安全，要做好以下电气防护措施，(1)、在监测点电源入口端安装空气断路器，以达到过流和短路保护的目的；(2)采集器电路板设计时使用压敏电阻、温敏电阻和自恢复保险丝，进行过压、过流和过载防护；(3)为防止电压冲击损坏电路板的电源模块，采集器电路板设计时应对电源进行稳压和滤波；(4)所有设备进行接地保护，接地电阻小于4Ω。

2、雷电防护

根据实际情况，如果监测站安装在区域最高点、平坦山坡等易遭受雷击的地区，则应安装避雷设备。

3、水、尘、虫防护

风速、风向传感器选用的是户外工作设备，具备户外防护条件，可以不再考虑防尘、防水需求。温湿度传感器、PM2.5/PM10传感器、噪音传感器安装于百叶箱内部，能达到防水的目的，还安装有PVC防尘网以达到风尘、防虫的目的。机箱本身具有防水功能，进一步地，在机箱的通气口处也安装PVC防尘网，使机箱内的传感器、环境数据采集器和通信模块也达到防尘、防水的目的。

4、凝露防护

考虑到监测点可能设置在山区，在深秋季节，监测设备上易产生凝露，会损坏设备。各传感器和Lora扩频电台具备凝露防护功能。GPRS电路板和采集器电路板刷三防漆以达到凝露防护的目的。

负氧离子环境监测系统还包括中继器，中继器采用市电供电，可以实现以下两种功能：(1)监测点和用户终端因距离太远不能直接通信，中继器接收并转发用户终端和监测发送的信息，以实现用户终端和各个监测点能够通信；(2)监测点没有GPRS信号覆盖时，中继器安装在有GPRS信号覆盖的地区，接收监测点433MHz无线模块发送出来的数据信息，并将接收到的数据通过GPRS上传到服务器。中继器包括外壳及设置在外壳内的两个通信模块与一个中继电路板，中继电路板进行通信控制，通信模块一端为lora扩频无线模块，另一端为GPRS模块或lora扩频电台。另一端不采用lora扩频无线模块而采用lora扩频电台，是因为lora扩频电台和GPRS模块有相同的接口，现场安装时更换方便。外壳通过防水接头引出有三个接口，用于连接两个天线和一个电源线，使得中继器达到密封设计。

中继器的电路板应满足以下几方面要求：(1)DC12V/20W电源输出接口(lora扩频电台要求发射瞬时电流1.5A)，DC5V/10W负载能力的电源模块(lora扩频无线模块要求发射瞬时电流1.2A)；(2)两路拨码开关以调节两个通讯模块的信道；(3)lora扩频无线模块安装接口；(4)通讯模块接口能兼容lora扩频电台或和GPRS模块，并且在切换时无需软件或硬件改动；(5)市电供电，并有电气保护和EMI滤波设计。中继器电路板设计时使用压敏电阻、温敏电阻和自恢复保险丝，进行过压、过流和过载防护。

安装中继器时，根据通信要求选择适当的地点。用螺丝钉通过外壳的耳朵将中继器固定于适当的位置即可。由于中继器外壳采用防水盒和防水接头，使中继器内部成为密封环境，自然实现了户外工作的环境防护要求。

系统中还有主机，是系统的通信控制中枢，可向各监测站发送查询命令，相应的监测站将环境数据通过GPRS上传至云平台；云平台对收到的环境数据存储并通过GPRS传送至相应的显示屏，显示屏对环境数据实时展示。主机包括主机电路板、GPRS模块、lora扩频无线模块和主机外壳四部分，采用市电供电。电路板进行逻辑控制和为通讯模块供电，lora扩频无线模块用于接收各个监测点所采集的数据，GPRS模块将数据上传至云平台。电路板、GPRS模块和lora扩频无线模块安装于主机机箱内。机箱上有工作指示灯，指示工作状态。主机采用的通讯模块和中继使用的通讯模块一样。

主机电路板至少需要满足以下要求：(1)DC12V/20W电源输出接口(GPRS模块)，DC5V/10W负载能力的电源模块，lora扩频无线模块要求发射瞬时电流1.2A；(2)预留拨码开关；(3)lora扩频无线模块安装接口；(4)通讯模块接口能兼容lora扩频电台或和GPRS模块，并且在切换时无需软件或硬件改动；(5)预留工作指示灯接口；(6)市电供电，并有电气保护和EMI滤波设计。主机电路板设计时使用压敏电阻、温敏电阻和自恢复保险丝，进行过压、过流和过载防护。

主机机箱采用125*175*75防水盒，在机箱上开孔并安装防水接头，引出两根通信天线和一根电源线，达到密封设计。机箱体积并不大，安装时可直接放置于办公区，也可挂或者用螺丝固定到室内外的墙壁上。

展示板主要安装于景区大门口处，用于显示监测到的环境信息、景区工作人员发布的通知信息，并且在展示板机箱上方安装一套环境监测设备，把监测到的数据也显示到展示板上。展示板能够通过GPRS接收云平台发送来的监测点的实时环境数据信息，通过170MHz无线模块接收来自终端配置器的用户发布的通知和广告信息，通过有线直接显示在展示板上。

具体地，展示板包括显示屏，显示屏为LED屏，LED屏有三个区域，区域1、区域2、区域3分别用于显示云平台传来的环境数据、环境监测设备监测的环境数据、终端配置器的配置信息。显示屏的屏幕由6块×10块P10户外LED屏拼接而成。展示板还包括电源模块、LED屏控制卡、展示板主控模块、GPRS模块、170MHz无线模块、环境监测设备，环境监测设备内设有用于监测展示板周围环境的环境监测传感器。环境监测传感器包括温湿度、PM2.5/PM10、风速风向、噪音传感器。鉴于展示板有192*160个点，选用EQ2023-1N控制卡，并使用HUB12(16口排针)转接板，通过排线把显示数据发送到LED屏上。

展示板主控模块是展示板的控制中枢，并能够采集环境监测设备数据，并将其显示在展示板上；接收GPRS和无线模块数据，并将要显示的数据发送给控制卡。根据功能要求，展示板主控电路板应能满足以下要求：(1)至少应具1路TTL接口(对应PM2.5/PM10传感器)、2路AD接口(对应风速、风向传感器)、1路I2C接口(对应温湿度传感器)、2路RS232接口(无线模块、负氧离子传感器)、1路模拟输入接口(对应噪音传感器)，5路DC5V/20W和2路DC12V/20W输出接口，2路TTL无线模块接口(170MHz和433MHz，433MHz预留接收主机数据使用)；(2)市电供电，并有电气保护和EMI滤波设计；(3)预留一路有拨码开关，调节433MHz无线模块信道；(4)GPRS模块接口。

展示板安装时采用两根立杆安装的方式，两根立杆左右间隔设置，展示板处于两根立杆中间。考虑到设备用电安全，在采集点设备中做以下电气防护措施：(1)在展示板电源入口端安装空气断路器，以达到过流和短路保护的目的；(2)展示板主控电路板设计时使用压敏电阻、温敏电阻和自恢复保险丝，进行过压、过流和过载防护；(3)为防止电压冲击损坏电路板的电源模块，展示板主控电路板设计时应对电源进行稳压和滤波；(4)所有设备进行接地保护，接地电阻小于4Ω。根据实际情况，如果监测点安装位于区域最高点、平坦山坡等易遭受雷击的地区，则应安装避雷设备。

终端配置器的用途，景区工作人员通过PC机的USB，使用无线配置展示板的通知区域信息。终端配置器由配置器电路板、170MHz无线模块和机壳组成。因为数据传输使用的是433MHz，为了避免干扰，该处的无线模块使用的是170MHz。配置器电路板应具备：(1)USB转TTL串口电路；(2)170MHz无线模块接口；(3)工作指示灯。

本实用新型的环境监测系统能够应用于全国各地生态公园、湿地、湖泊、瀑布、温泉、山区、森林、自然保护区等旅游区，以及小区、酒店等生活区。环境监测系统的原理：监测站负责监测所在地点的环境数据，经GPRS将监测到的环境数据上传至云平台。如果个别监测站不具备GPRS通信条件，安装中继器(无线传输中继)，通过无线将数据传送给中继器，通过中继器将数据通过GPRS发送给云平台。云平台可以将监测到的数据进行存储，并把实时数据发送给展示板，通过展示板展示。用户可以使用PC机，通过终端配置器以无线形式配置展示板，在展示板上显示自定义的通知、广告等信息。

本实用新型的环境监测系统具有如下的效果：

(1)采用高精度、高性能传感器与环境采集设备，对负氧离子、温湿度、PM2.5/PM10、风速、风力、风向、噪音等多项环境参数进行实时监测；(2)全天候、全地域自动运行，具备防水、防雷、抗风、防凝露等多种保护；(3)支持多种远程通讯方式，包括无线、GPRS、3G/4G、WiFi及以太网；(4)能够将监测的数据实时传送到远程服务器，用户可通过客户端对数据管理分析；(5)监测到的数据能够本地和远程显示；(6)采用模块化结构设计，便于扩展。

Claims (10)

1.负氧离子环境监测系统，其特征在于：包括若干个用于监测所在地点环境数据的监测站、云平台、展示板及用户终端，展示板包括显示屏，监测站包括传感器模块、环境数据采集器、通讯模块，传感器模块包括负氧离子传感器、PM2.5/PM10传感器、温湿度传感器，通讯模块为GPRS模块或lora扩频电台，环境数据采集器对各传感器采集到的数据进行处理并把数据按协议格式发送给通讯模块，环境数据采集器为各传感器和通讯模块供电，监测站通过GPRS或无线将监测的环境数据发送给云平台或用户终端；用户终端可向各监测站发送查询命令，相应的监测站将环境数据通过GPRS上传至云平台；云平台对收到的环境数据存储并通过GPRS传送至相应的显示屏，显示屏对环境数据实时展示。

2.根据权利要求1所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述传感器模块还包括风速传感器、风向传感器、噪音传感器。

3.根据权利要求1所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述用户终端通过终端配置器以无线形式将自定义的通知、广告信息显示在所述的显示屏上。

4.根据权利要求2所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述监测站包括立杆和机箱，负氧离子传感器和环境数据采集器安装于机箱内，机箱设有连通外界空气的通气孔，机箱外设有百叶箱，PM2.5/PM10传感器、温湿度传感器及噪音传感器安装在百叶箱内，风速传感器、风向传感器安装在机箱外侧。

5.根据权利要求2所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述环境数据采集器至少具有1路对应PM2.5/PM10传感器的TTL接口、2路分别对应风速传感器与风向传感器的AD接口、1路对应温湿度传感器的I2C接口、2路分别对应无线模块与负氧离子传感器的RS232接口、1路对应噪音传感器的模拟输入接口及5路DC5V/20W和2路DC12V/20W输出接口。

6.根据权利要求5所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述环境数据采集器具有拨码开关，能够调节无线模块信道。

7.根据权利要求1所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述负氧离子环境监测系统还包括中继器，中继器包括外壳及设置在外壳内的两个通信模块与一个中继电路板，中继电路板进行通信控制，通信模块一端为lora扩频无线模块，另一端为GPRS模块或lora扩频电台。

8.根据权利要求7所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述外壳通过防水接头引出有三个接口，用于连接两个天线和一个电源线。

9.根据权利要求1所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述展示板的显示屏为LED屏，展示板还包括电源模块、LED屏控制卡、展示板主控模块、GPRS模块、无线模块、环境监测设备，环境监测设备内设有用于监测展示板周围环境的环境监测传感器，LED屏有分别用于显示云平台传来的环境数据、终端配置器的配置信息、环境监测设备监测的环境数据的三个区域。

10.根据权利要求9所述的负氧离子环境监测系统，其特征在于：所述展示板的电源入口端安装有空气断路器。