CN207779445U - 智能环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能环境监测装置，包括控制板、温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器；温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器的一端分别通过多个传感器接口与控制板电连接，温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器的另一端分别通过电源接口与控制板电连接；控制板通过电源接口外接电源。本实用新型能对环境温度、湿度进行监测，对环境中的有害气体和火焰等危险进行报警，提供较好的居家安全防护；采用灵敏的人体红外传感器可以有效地监测是否有意外企图的人进行过近距离的靠近，对于人们的个人财产进行保证。

Description

智能环境监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种电子设备，尤其涉及一种智能环境监测装置。

背景技术

从比尔盖茨于1995年在《未来之路》中提出“物-物互联”的设想，到2009年，美国前总统奥巴马在与美国工商界领袖举行的圆桌会议上听取了IBM公司首席执行官彭明关于“智慧地球”的报告。物联网一直是20世纪末到21世纪初时代的“宠儿”。世界各国均提出不同的方案来支持物联网技术的创新发展。在我国，政府部门高度重视物联网的研究与发展。2011年3月，政府发布国民经济和社会发展“十二五”规划纲要中多次提到了推动物联网关键技术的研发。物联网被誉继计算机、互联网后的世界信息产业的第三次工业革命。

智能环境方向是最早提出、应用最为广泛的、影响最为深远的物联网应用技术之一。传统的环境监测装置往往依靠人力，采取人为测量、实时分析为手段，对于所在环境进行监测与判断。在物联网应用技术发展的支持下，传统的人工方式便逐渐显露其所在的缺点，诸如频率次数，分析效率等等。引入新一代物联网技术以后，便可以极大程度上解决上述问题。

在国际上，智能环境装置技术已经较为正式，有一定规模。主要是对于其传感器技术、单片机技术、数据分析技术、实时处理装置方面均有较大突破。在国内，基本上可以自主研制相关软件装置，但具有如下缺点：

1、传统环境监测的人力监测消耗大。

2、传统技术的采集数据繁琐。

3、传统技术分析频率、效率较低。

4、无法辅助环境的有害气体监测。

5、传统温湿度难以调控。

6、无法帮助用户了解当前环境状况。

7、无法帮助用户做好警报防护。

实用新型内容

本实用新型的目的：提供一种智能环境监测装置，利用Arduino初步实现环境的监测与控制，能实现物理信息与电子技术的初步融合，为推进物联网技术的实现做出稳步贡献。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种智能环境监测装置，包括控制板、温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器；所述的温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器分别间隔安装在环境中；所述的控制板上设有电源接口及多个传感器接口，所述的温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器的一端分别通过所述的多个传感器接口与所述的控制板电连接，所述的温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器的另一端分别通过所述的电源接口与所述的控制板电连接；所述的控制板通过所述的电源接口外接电源，所述的控制板上设有USB接口，所述的控制板通过USB设备经所述的USB接口外接后台设备。

上述的智能环境监测装置，其中，所述的控制板的型号为Arduino UNOATEMGA328。

上述的智能环境监测装置，其中，所述的温度传感器的型号为LM35。

上述的智能环境监测装置，其中，所述的湿度传感器的型号为CK006 DHT11。

上述的智能环境监测装置，其中，所述的火焰传感器的探测角度约为60°，所述的火焰传感器的探测火焰波长范围为760~1100nm。

上述的智能环境监测装置，其中，所述的气体传感器的型号为MQ2，所述的气体传感器上设有QM-NG1探头，所述的QM-NG1探头的气敏材料为二氧化锡。

上述的智能环境监测装置，其中，所述的人体红外传感器的型号为HC-SR501，所述的人体红外传感器上设有LHI778探头，所述的人体红外传感器的感应范围在<120°锥角内。

上述的智能环境监测装置，其中，所述的有源蜂鸣器内设有震荡源。

本实用新型能对环境温度、湿度进行监测，对环境中的有害气体和火焰等危险进行报警，提供较好的居家安全防护；采用灵敏的人体红外传感器可以有效地监测是否有意外企图的人进行过近距离的靠近，对于人们的个人财产进行保证。

附图说明

图1是本实用新型智能环境监测装置的原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

请参见附图1所示，一种智能环境监测装置，包括控制板1、温度传感器2、湿度传感器3、火焰传感器4、气体传感器5、人体红外传感器6及有源蜂鸣器7；所述的温度传感器2、湿度传感器3、火焰传感器4、气体传感器5、人体红外传感器6及有源蜂鸣器7分别间隔安装在环境中；所述的控制板1上设有电源接口及多个传感器接口，所述的温度传感器2、湿度传感器3、火焰传感器4、气体传感器5、人体红外传感器6及有源蜂鸣器7的一端分别通过所述的多个传感器接口与所述的控制板1电连接，所述的温度传感器2、湿度传感器3、火焰传感器4、气体传感器5、人体红外传感器6及有源蜂鸣器7的另一端分别通过所述的电源接口与所述的控制板1电连接；所述的控制板1通过所述的电源接口外接电源，所述的控制板1上设有USB接口，所述的控制板1通过USB设备经所述的USB接口外接后台设备。

所述的控制板1的型号为Arduino UNO ATEMGA328，Arduino开发板是一款完全开源的硬件平台，设计对于公共开放，允许自由使用和修改。其基础核心是八位的微控制器。

所述的温度传感器2的型号为LM35，其工作电压范围是直流4～30V。LM35采用内部补偿机制，使其可以从0℃开始输出温度。其转换公式为：

Vout(T)=10mV/℃*T℃

其共有3个引脚。VCC(5V)，OUT输出引脚和GND引脚。用户通过OUT引脚连接Arduino控制板1的模拟信号I/O口。对其开发口进行数据采集即可得到温度信息。

所述的湿度传感器3的型号为CK006 DHT11，DHT11湿度传感器是目前应用较为广泛的一种综合测量温湿度的数字传感器。其内含专门的数字模块采集技术与温湿度传感技术。主要内部原件为电阻式感湿原件与NTC测温原件。本实用新型主要运用到其测湿的功能。

DHT11工作在3~5V的电压下，通过DATA信号进行处理。每次通信时间大约为4ms左右。其完整的数据包包含了40bit，具体实现原理较为复杂。

所述的火焰传感器4的探测角度约为60°，火焰传感器4的原理是利用火焰燃烧时所散发出的火焰波长（760~1100nm）进行检测。火焰传感器4对于火焰的光谱特别灵敏，当红外光波长在940nm附近。其灵敏度达到最大。

火焰传感器4工作在3.3~5V之间，利用控制板1上的电源即可。火焰传感器4共有四个引脚，分别为VCC、GND、DO(数字量OUT)、AO(模拟量OUT)。通过DO与AO引脚进行数据的输入与输出。通过程序可以控制对于火焰检测的级别。

所述的气体传感器5的型号为MQ2，MQ-2气体传感器对于空气中的等气体检测及其灵敏，对于其他天然气或可燃气体检测效果也十分出色。通过与Arduino拓展版相连接便可得到很好的效果。结合有源蜂鸣器7可以完成对于空气当中的烟雾警报、液化气（天然气）泄漏警报等功能。

MQ-2传感器是基于QM-NG1探头的气体传感器。其气敏材料采用了空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）作为敏感基体。当所处的环境中的可燃有害气体（氢气、CO、烷烃类气体等）时，气体传感器5的电导率随着环境中可燃气体浓度的增加而增大，通过外围电路可以将电导率的变化情况转化为与该气体浓度相对应的电压输出信号。

所述的人体红外传感器6的型号为HC-SR501，是一种能够检测人或者动物由自身发射出的红外线而输出电信号的传感器。其核心探头是采用LHI778。其灵敏度高，可靠性强，采用超低压的工作模式，目前已经被广泛应用于各种自动感应设备当中。

HC-SR501人体红外传感器6工作在5~20V的电压环境。感应范围在<120°锥角内，7M为最大感应距离。其自身有三个外部引脚。分别为1号引脚VCC，2号引脚OUT输出信号，3号引脚GND。内部含有CDS光敏电阻与RT温度补偿电阻。

所述的有源蜂鸣器7是市场上使用较为广泛的一种发声元器件，其内部含有震荡源。有源蜂鸣器7工作在3.3-5V的电压下，通过VCC引脚接入即可开始正常工作。通过编程进行I/O端口的输入高低电平，即可控制其发声。

进行环境温度监测时，打开装置，放于室内。本实用新型可以自动监测当前装置温度。本实用新型采取多次测量（耗时极短）取平均值的方法。确保当前环境温度处于较为准确时间。

本实用新型利用LM35温度传感器2进行温度采集。LM35具有可靠性高、易于编程的特点。LM35对于周围环境温度的变化极为敏感，可确保温度测量的准确性。当温度高于或者低于预设值的某值的时候，可以采用红蓝指示灯报警装置。若温度处于预设值期间，装置则会显示绿色指示灯。可附加显示屏显示该温度。

在进行环境湿度监测时，可放置于农作物大棚，确保环境湿度适宜。只需要打开装置，放在较为宽阔的测试点，本实用新型会自动进行湿度数据采集。

本实用新型对于周围环境的湿度装置进行采集，采用 CK006 DHT11湿度传感器3。湿度传感器3相对于市面上其他湿度测量已经较为迅速。不过若想保证检测结果准确，需要等待一段时间。本实用新型可随时动态检测，这样用户就可以放心地使用。

在进行有害气体报警时，将本实用新型放置于家居室内，若有有害气体（甲烷、丙烷、液化气、氢气、天然气等）意外泄露，超出预设值的浓度范围，即可触发报警装置，及时提醒家居人们，为人们生活安全保驾护航。

本实用新型采用MQ-2系列气体传感器4。气敏材料采用了空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）作为敏感基体，气体监测效果极其优良。

在进行火焰预警时，将本实用新型打开放置于家居易引起明火的地方。若有明火的产生，装置会立即产生报警装置，防止火灾扩散与蔓延。为在家里的人们提供了安全的保障，同时也避免了财产的损失。

本实用新型利用了火焰传感器5，其原理是利用火焰燃烧时所散发出的火焰波长（760~1100nm）进行检测。探测角度约为60°。火焰传感器5对于火焰的光谱特别灵敏，当红外光波长在940nm附近。其灵敏度达到最大。火焰传感器5实质上是红外线三极管构成，对于红外线的监测极其灵敏，是一款不可多得的优质的家居用品。

在进行家居安全防护时，居住在低楼层的用户，可将本实用新型放置于阳台，窗边，也可放置于田间大棚里。当有不法分子企图靠近时，该装置会在一定范围里自动报警，发出警报，有利于给不法分子进行心理威慑。也可以及时提醒人们进行相应处理，避免人们的财产损失。

综上所述，本实用新型能对环境温度、湿度进行监测，对环境中的有害气体和火焰等危险进行报警，提供较好的居家安全防护；采用灵敏的人体红外传感器可以有效地监测是否有意外企图的人进行过近距离的靠近，对于人们的个人财产进行保证。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能环境监测装置，其特征在于：包括控制板、温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器；所述的温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器分别间隔安装在环境中；所述的控制板上设有电源接口及多个传感器接口，所述的温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器的一端分别通过所述的多个传感器接口与所述的控制板电连接，所述的温度传感器、湿度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器及有源蜂鸣器的另一端分别通过所述的电源接口与所述的控制板电连接；所述的控制板通过所述的电源接口外接电源，所述的控制板上设有USB接口，所述的控制板通过USB设备经所述的USB接口外接后台设备，所述的火焰传感器的探测角度约为60°，所述的火焰传感器的探测火焰波长范围为760～1100nm。

2.根据权利要求1所述的智能环境监测装置，其特征在于：所述的控制板的型号为Arduino UNO ATEMGA328。

3.根据权利要求2所述的智能环境监测装置，其特征在于：所述的温度传感器的型号为LM35。

4.根据权利要求1所述的智能环境监测装置，其特征在于：所述的湿度传感器的型号为CK006 DHT11。

5.根据权利要求1所述的智能环境监测装置，其特征在于：所述的气体传感器的型号为MQ2，所述的气体传感器上设有QM-NG1探头，所述的QM-NG1探头的气敏材料为二氧化锡。

6.根据权利要求1所述的智能环境监测装置，其特征在于：所述的人体红外传感器的型号为HC-SR501，所述的人体红外传感器上设有LHI778探头，所述的人体红外传感器的感应范围在<120°锥角内。

7.根据权利要求1所述的智能环境监测装置，其特征在于：所述的有源蜂鸣器内设有震荡源。