CN208206731U - 一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，包括主控制器部分和无线控制部分，主控制器部分包括单片机和灰尘传感器模块，灰尘传感器模块用于实时监测环境中的PM2.5 浓度并发送给单片机，单片机用于实时采集灰尘传感器模块检测的PM2.5浓度信息；无线控制部分包括无线蓝牙通讯模块，无线蓝牙通讯模块用于将单片机采集的PM2.5浓度信息发送至远程的无线蓝牙设备，单片机、灰尘传感器模块和无线蓝牙通讯模块均与电源模块连接。

Description

一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统

技术领域

本实用新型属于环境检测技术领域，具体涉及一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统。

背景技术

悬浮颗粒物指的是直径小于等于100微米的颗粒物，广泛存在于我们生活的每一处空间里面。目前人们比较关心PM2.5。其中，PM是英文Particulate Matter的首字母缩写，PM2.5分别指的是环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。由于PM2.5能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。PM2.5严重影响空气环境，并对人们健康生活产生危害。对PM2.5的防治刻不容缓，而目前的监控手段、方法都有很大局限性。一方面依靠国家监测站的监测得到的数据虽然在方法上说最为精确，但其广域性的特点使得其不能得到特定地区的精确测量值，其误差无法得到有效修正；另一方面，通过监测站发布的数据值是分段的，无法满足一些特定需要实时性监测的要求。而小型PM2.5检测依赖于小型 PM2.5检测传感器发展和检测方法的使用及优化，在精度上仍有待提高。

国内粉尘浓度监测发展较晚，主要以采样器、直读式测尘仪为主，但随着信息技术的发展和光电子技术、计算技术的提高，国内其它厂家在近几年也开发出了粉尘浓度传感器，并且在在线监测技术上获得进步。随着粉尘浓度传感器的发展，PM2.5监测将会更加方便、准确和实时化，并能应用于小型仪器上，使家用仪器成为可能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，不仅适合当前位置的PM2.5浓度监测，更可以通过无线蓝牙技术在远程一定距离可以进行PM2.5浓度监测。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，包括主控制器部分和无线控制部分，主控制器部分包括单片机和灰尘传感器模块，灰尘传感器模块用于实时监测环境中的PM2.5 浓度并发送给单片机，单片机用于实时采集灰尘传感器模块检测的PM2.5浓度信息；无线控制部分包括无线蓝牙通讯模块，无线蓝牙通讯模块用于将单片机采集的PM2.5浓度信息发送至远程的无线蓝牙设备，单片机、灰尘传感器模块和无线蓝牙通讯模块均与电源模块连接。

具体的，灰尘传感器模块采用GP2Y1050AU0F灰尘传感器，灰尘传感器模块的串行数据发送端与单片机的串行数据接收端连接，并与电源模块连接，由电源模块提供5V直流电。

具体的，单片机的一个输入输出端与报警模块连接，报警模块用于粉尘浓度或粒度大于设定值时蜂鸣器发出报警。

进一步的，报警模块采用无源电磁式蜂鸣器，与电源模块连接，由电源模块提供V直流电。

具体的，单片机通过四个输入输出端与用户输入模块连接，用户输入模块与电源模块连接，由电源模块提供5V直流电，用户输入模块用于进行参考值输入累加，确定/取消操作，液晶屏显示切换，报警预设及停止操作，开启/关闭蓝牙连接操作。

具体的，单片机还连接有LCD显示模块，用于实时显示PM2.5检测值或根据使用者需要来显示系统的状态，并根据命令或采集的电压数据来进行交互，LCD显示模块与电源模块连接，由电源模块提供3.3V直流电。

进一步的，LCD显示模块采用2.2英寸液晶屏，型号为TM022HDH26TFT-LCD，分辨率为320x240。

具体的，无线蓝牙通讯模块的型号为HM-06，并与电源模块连接，由电源模块提供3.3V 直流电。

具体的，单片机的复位管脚与复位电路模块连接，复位电路模块由电源模块提供3.3V直流电。

进一步的，单片机的型号为STC15F2K60S2。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，通过电源模块、用户输入模块、报警模块、LCD显示模块构成的主控制器部分，利用灰尘传感器模块检测得到空气中的PM2.5的浓度，将检测得到的数据传到控制器芯片中，然后可以通过LCD显示模块实时显示测量得到的PM2.5的浓度数据，结构简单，安装方便，可控范围大，具有使用简单，价格低廉，方便操作等优点，不仅适合当前位置的PM2.5浓度监测，同时也可以通过无线蓝牙技术，在远程一定距离可以进行PM2.5浓度监测。该设备可以在气象站、楼宇和家居等场所中得到广泛的应用。

进一步的，利用无线蓝牙模块将检测的数据传到附件的无线蓝牙设备中，完成数据的远距离传输。该装置具有使用简单，价格低廉，方便操作等优点，适合本地PM2.5浓度检测也适用于PM2.5浓度数据远程显示。

进一步的，报警模块采用无源电磁式蜂鸣器，通过电磁的原理，通电时将金属振动膜吸下，不通电时靠振动膜的弹力弹回。

进一步的，用户输入模块采用单片机的4路独立I/O口进行，可以实现对系统工作状态的控制，对系统测定值的预设及改变，对液晶屏幕工作和报警电路的控制等。

进一步的，LCD显示模块采用2.2英寸液晶屏，其型号为TM022HDH26TFT-LCD，对系统I/O口资源的占用少，能有效减少单片机负载。

综上所述，本实用新型采用无线蓝牙连接方式，连接稳定，操作方便。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型装置的结构示意图；

图2为本实用新型装置的工作流程示意图。

其中：1.电源模块；2.单片机；3.复位电路模块；4.灰尘传感器模块；5.报警模块；6.用户输入模块；7.LCD显示模块；8.无线蓝牙通讯模块；9.无线蓝牙设备。

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型公开了一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，包括主控制器部分和无线控制部分，主控制器部分由电源模块1、单片机2、复位电路模块3、灰尘传感器模块4、报警模块5、用户输入模块6、LCD显示模块7连接而成，主控制部分利用灰尘传感器模块4实时监测环境中的PM2.5浓度，通过单片机2实时采集检测的PM2.5浓度信息，并进行越限报警处理，同时将PM2.5浓度信息显示在LCD显示模块7；无线控制部分采用蓝牙技术，由无线蓝牙通讯模块8和无线蓝牙设备9组成，利用无线蓝牙通讯模块8和无线蓝牙设备 9完成装置检测信息的远程显示和控制，并有电源模块1为无线蓝牙通讯模块8供电。

电源模块1用于将12V直流电转换为5V直流电，并将5V直流电转换为3.3V直流电，它们分别提供给单片机2、复位电路模块3、灰尘传感器模块4、报警模块5、用户输入模块6、LCD显示模块7、无线蓝牙通讯模块8需要的工作电压。

单片机2采用51系列单片机中的STC15F2K60S2单片机，由电源模块1提供5V直流工作电压，该单片机型号为STC15F2K48S2。由中央处理器(CPU)、时钟振荡器(OSC)、中断控制(Interrupt Control)、ROM、RAM、I/O端口、串行口(Serial Port)和2个定时器(Timer) 等组成，用于完成检测信号，发出控制指令、输出数据，同时驱动液晶显示相关参数，并通过蓝牙与远程蓝牙设备连接等多种功能。

复位电路模块3连接到单片机2的复位管脚，同时，电源模块1为复位电路模块提供工作电压3.3V，利用复位按键实现单片机2的复位功能，当按键被按下时，单片机2的复位引脚直接接地，引起单片机2复位；按键释放之后，单片机2复位引脚接通到3.3V电源，单片机2可以正常工作。

灰尘传感器模块4的串行数据发送端连接到单片机2的串行数据接收端。灰尘传感器模块 4检测得到的PM2.5浓度的数值按照数字格式传回单片机2。

另外，灰尘传感器模块4的供电电压由电源模块1提供5V直流电。

灰尘传感器模块4采用SHARP公司生产的GP2Y1050AU0F灰尘传感器。该传感器是基于光散射法的红外颗粒传感器，体积小巧，灵敏度高，可以用来检测0.1微米以上的微小粒子, 可用于室内环境中烟气、粉尘、花粉等浓度的检测，能有效检测到PM2.5的浓度。该款传感器可以通过模拟电压输出和串口输出两种方式把检查得到的PM2.5的浓度信息传到外部设备。具有结构简单，能对传输指令进行检测，自动矫正的优点，有很高的可靠性。

报警模块5采用无源电磁式蜂鸣器。当粉尘浓度或粒度大于设定值时蜂鸣器发出报警。无源电磁式蜂鸣器主要通过电磁的原理，通电时将金属振动膜吸下，不通电时靠振动膜的弹力弹回。报警模块5连接到单片机2的一个输入输出端口上。同时，电源模块1为报警模块提供 5V工作电压。

用户输入模块6通过4个独立按键进行用户控制。用户输入模块6连接到单片机2的四个输入输出端口上。同时，电源模块1为用户输入模块提供5V工作电压。用户输入模块6可以完成相关系统控制操作，包括对参考值输入累加，确定/取消操作，液晶屏显示切换，报警预设及停止操作，开启/关闭蓝牙连接。

LCD显示模块7采用2.2英寸液晶屏，型号为TM022HDH26TFT-LCD，分辨率为320x240, 其内核驱动芯片型号为ILI9341，支持SPI通信。对系统I/O口资源的占用少，能有效减少单片机负载。用于实时显示PM2.5检测值，或根据使用者需要来显示系统的状态，命令或采集的电压数据来进行交互。

LCD显示模块7主要采用SPI通信协议并以主从方式工作。这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。分别连接到单片机4的四个输入输出端口上。同时，电源模块1为LCD 显示模块7提供3.3V工作电压。

无线蓝牙通讯模块8用于实现数据传输、远程控制和数据采集的功能，无线蓝牙通讯模块 8连接到单片机2的两个串口端口上，分别是串口数据接收端和串口数据发送端。无线蓝牙通讯模块8的型号为HM-06，支持TTL电平，支持的数据传输波特率有：4800，9600，19200， 38400，57600，115200，230400，46800，921600，138240；通讯距离最大为10米，在通讯中的工作电流为5-20毫安，兼容3.3V/5V单片机；可以通过串口与单片机进行连接通讯。同时，电源模块1为用户输入模块提供3.3V工作电压。

无线蓝牙设备9用于接受无线蓝牙通讯模块发出的控制指令和实时数据，同时也可以发出控制指令到无线蓝牙通讯模块。无线蓝牙设备9为支持Android操作系统和支持无线蓝牙通讯的通讯终端。该终端支持数字和图表两种显示方式，可以实现数据显示与操作。

本实用新型一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统的工作过程及原理：

参见图1，电源模块1通过电源芯片输入的12V直流电压转换为5V直流电压，再通过电源芯片将5V直流电压转换为3.3V直流电压。

其中，5V直流电压分别为单片机2、灰尘传感器模块4、报警模块5、用户输入模块6供电；3.3V直流电压分别为复位电路模块3、LCD显示模块7、无线蓝牙通讯模块8供电。

参见图2，用户提前通过用户输入模块6把PM2.5浓度报警值输入到系统中作为该环境下系统PM2.5浓度阈值。灰尘传感器模块4实时监测PM2.5浓度值并传送给单片机2。

单片机2将监测到的数值与已经提前设定阈值进行比较，若监测值大于等于阀值，单片机 2通过输入输出管脚发出信号到报警模块5，控制信号驱动蜂鸣器电路，蜂鸣器实现对PM2.5 超标的报警；

若监测值小于阀值，单片机2继续通过灰尘传感器模块4进行PM2.5浓度检测。在整个检测过程中，单片机2实时将PM2.5浓度和报警信息通过输入输出管脚发送到LCD显示模块 7进行数据和状态显示。

同时，单片机2通过串口发送管脚将相关数据发到无线蓝牙通讯模块8中，无线蓝牙通讯模块8再将信息利用无线蓝牙技术发送到远程的无线蓝牙设备9上。当系统出现故障或者程序跑飞的情况下，可以通过操作复位电路模块3实现整个系统的复位和重新启动。

在装置中，用户输入模块6可以输入相关指令传送到单片机2，再由单片机2根据指令信息完成相关系统控制操作，包括对参考值输入累加，确定/取消操作，液晶屏显示切换，报警预设及停止操作，开启/关闭蓝牙连接；无线蓝牙设备9也可以通过无线蓝牙通讯技术实时发出控制指令到无线蓝牙通讯模块8，再由无线蓝牙通讯模块8把控制指令传回到单片机2，单片机2对接收的指令信息进行相关控制操作，包括参考值输入累加，确定/取消操作，液晶屏显示切换，报警预设及停止操作。

本实用新型装置简单，安装方便，可控范围大，具有使用简单，价格低廉，方便操作等优点，不仅适合当前位置的PM2.5浓度监测，同时也可以通过无线蓝牙技术，在远程一定距离可以进行PM2.5浓度监测。该设备可以在气象站、楼宇和家居等场所中得到广泛的应用。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，包括主控制器部分和无线控制部分，主控制器部分包括单片机(2)和灰尘传感器模块(4)，灰尘传感器模块(4)用于实时监测环境中的PM2.5浓度并发送给单片机(2)，单片机(2)用于实时采集灰尘传感器模块(4)检测的PM2.5浓度信息；无线控制部分包括无线蓝牙通讯模块(8)，无线蓝牙通讯模块(8)用于将单片机(2)采集的PM2.5浓度信息发送至远程的无线蓝牙设备(9)，单片机(2)、灰尘传感器模块(4)和无线蓝牙通讯模块(8)均与电源模块(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，灰尘传感器模块(4)采用GP2Y1050AU0F灰尘传感器，灰尘传感器模块(4)的串行数据发送端与单片机(2)的串行数据接收端连接，并与电源模块(1)连接，由电源模块(1)提供5V直流电。

3.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，单片机(2)的一个输入输出端与报警模块(5)连接，报警模块(5)用于粉尘浓度或粒度大于设定值时蜂鸣器发出报警。

4.根据权利要求3所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，报警模块(5)采用无源电磁式蜂鸣器，与电源模块(1)连接，由电源模块(1)提供5V直流电。

5.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，单片机(2)通过四个输入输出端与用户输入模块(6)连接，用户输入模块(6)与电源模块(1)连接，由电源模块(1)提供5V直流电，用户输入模块(6)用于进行参考值输入累加，确定/取消操作，液晶屏显示切换，报警预设及停止操作，开启/关闭蓝牙连接操作。

6.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，单片机(2)还连接有LCD显示模块(7)，用于实时显示PM2.5检测值或根据使用者需要来显示系统的状态，并根据命令或采集的电压数据来进行交互，LCD显示模块(7)与电源模块(1) 连接，由电源模块(1)提供3.3V直流电。

7.根据权利要求6所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，LCD显示模块(7)采用2.2英寸液晶屏，型号为TM022HDH26TFT-LCD，分辨率为320x240。

8.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，无线蓝牙通讯模块(8)的型号为HM-06，并与电源模块(1)连接，由电源模块(1)提供3.3V直流电。

9.根据权利要求1所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，单片机(2)的复位管脚与复位电路模块(3)连接，复位电路模块(3)由电源模块(1)提供3.3V直流电。

10.根据权利要求9所述的一种基于蓝牙技术的灰尘检测报警系统，其特征在于，单片机(2)的型号为STC15F2K60S2。