CN208849800U - 基于gprs的室内环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于GPRS的室内环境监测系统，包括Zigbee终端节点、Zigbee协调器主机和云服务器；Zigbee终端节点包括至少一个Zigbee无线环境监测从机；Zigbee协调器主机包括第二Zigbee无线通信模块、第二MCU主控模块、第二电源模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块；Zigbee终端节点与Zigbee协调器主机通过Zigbee无线网络通信；Zigbee协调器主机通过GSM/GPRS通信模块与云服务器相连。本实用新型可以实现对室内温湿度、CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5、PM10、粉尘、烟雾、燃气和热能热量多个参数同时进行检测和监测，且采用Zigbee无线网络通信和GSM/GPRS通信模块，无需布线、费用低廉、传输距离远及易于安装维护。

Description

基于GPRS的室内环境监测系统

技术领域

本实用新型涉及室内环境监测技术领域，特别是基于GPRS的室内环境监测系统。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展，人们生活水平的不断提高，各类污染源也不断增加，尤其是制造领域、化工领域，各类废气的肆意排放使得空气质量状况越来越差，空气状况关乎人们的身体健康，室内作为人们日常生活的重要场所，其环境质量越来越引起人们的关注，我们迫切的需要知道所处的室内环境状况，从而尽快的从源头上改善环境，然而现状是：依靠我们自身的感知无法知晓所处的环境状况如何，而且现有的各类检测设备比较单一，只能检测某一种污染源或室内温湿度等，不能实现无线获取环境数据和远程监测环境状况。

同时随着雾霾天气的频繁出现，空气质量越来越受到人们重视。但人们关注并监测室外空气质量的同时，对室内的环境空气质量却缺乏足够的关注与重视。据统计，全球近一半的人处于室内空气污染中，室内环境问题对我们来讲，就显得尤为重要。

我国北方冬季要供暖，为了节约能源，减少烟尘对环境的污染，大多数地区已通过热网集中供热。但是热能作为一种商品出售，需要进行收费；可是目前因为居民家里还没安装热量表，只好暂且按建筑面积收费。但是按建筑面积收供热费显然是不合理的，应该按照用户实际用的热能来计算；而热量表则是可以满足此功能的一种设备。

随着家用电器的发展，现代家庭用气、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高，为确保高质量的居家生活，火灾监控是对室内环境监测的重要组成部分，特别是近年来家居用电设备的增加并长期处于待机或工作状态，家庭电线线路的老化及燃气泄漏称为引起家庭火灾的致命隐患，对家庭的生命财产造成极大的潜在威胁，因此对室内烟雾进行监测是简单提前预知火灾的方法。

如今物联网技术已经深入社会生活的方方面面，运用物联网网络技术进行环境状态监测已经成为研究的热点。随着物联网概念的兴起，无线传感器网络和无线通信在很大一部分空间得到广泛的应用。目前，传统方式下，大部分室内环境监测系统采用有线通讯布网方式和人工测量的方法，存在线缆密布、布线困难，组网复杂，测量误差大，作业效率低，使用的线缆成本很高且对电力电缆的依赖性很强，不利于设备安装与拆除升级，且系统不易维护，功耗较大，远距离场合难以实现有效监测。同时由于各种检测设备功能单一，位置分散，无法统一进行管理。而Zigbee协议具有协议简单，实现相对容易，满足低功耗和低成本的要求，适合短距离组网数据采集，非常适合有大量终端网络的设备；GPRS通信技术具有覆盖范围广、网络稳定、便于维护等优点，因此可以弥补Zigbee的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于GPRS的室内环境监测系统，可以同时实现对室内温湿度、CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5、PM10、粉尘、烟雾、燃气和热能热量多个参数同时进行检测和监测，且采用Zigbee无线网络通信和GSM/GPRS通信模块，无需布线、费用低廉、传输距离远及易于安装维护，可实现多点检测，远程监测。

实现上述目的本实用新型的技术方案为，一种基于GPRS的室内环境监测系统，包括Zigbee终端节点、Zigbee协调器主机和云服务器；

所述Zigbee终端节点包括至少一个Zigbee无线环境监测从机，所述Zigbee无线环境监测从机随机铺设在被检测室内的相应位置，用于对室内环境指标进行感知和采集；所述Zigbee无线环境监测从机包括第一Zigbee无线通信模块、第一MCU主控模块、第一电源模块和第一传感器模块；所述第一Zigbee无线通信模块和第一传感器模块均与第一MCU主控模块相连，所述第一电源模块均与第一Zigbee无线通信模块、第一MCU主控模块和第一传感器模块相连，分别对其进行供电；

所述Zigbee协调器主机包括第二Zigbee无线通信模块、第二MCU主控模块、第二电源模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块；所述第二Zigbee无线通信模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块均与第二MCU主控模块相连，所述第二电源模块均与第二Zigbee无线通信模块、第二MCU主控模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块相连，分别对其进行供电；

所述Zigbee终端节点与Zigbee协调器主机通过Zigbee无线网络通信，将Zigbee无线环境监测从机采集得到的室内环境指标数据发送至Zigbee协调器主机；所述Zigbee协调器主机通过GSM/GPRS通信模块与云服务器相连，用于集中处理由Zigbee无线环境监测从机输送的室内环境数据信息并将该室内环境数据信息传输至云服务器。

进一步地，所述Zigbee无线环境监测从机与Zigbee协调器主机之间采用星型网络结构。

进一步地，所述第一传感器模块包括温湿度传感器、CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器和PM2.5、PM10传感器，所述第一MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，所述第一MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器和PM2.5、PM10传感器相连；所述第二传感器模块包括温湿度传感器、CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器、PM2.5、PM10传感器、粉尘传感器、燃气传感器和烟雾传感器，所述第二MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，所述第二MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器、PM2.5、PM10传感器、粉尘传感器、燃气传感器和烟雾传感器相连；所述温湿度传感器的型号为HDC1080；所述粉尘传感器的型号为D5；所述烟雾传感器的型号为MQ135。

进一步地，所述Zigbee协调器主机还包括M-Bus串口转换模块和用于采集室内热能热量的热量表，所述M-Bus串口转换模块和热量表相连，所述第二MCU主控模块通过串口与M-Bus串口转换模块相连。

进一步地，所述第一Zigbee无线通信模块和第二Zigbee无线通信模块均采用CC2530无线收发器。

进一步地，所述第一MCU主控模块和第二MCU主控模块均采用STM32系列单片机。

进一步地，所述GSM/GPRS通信模块的型号为Air800。

进一步地，所述第一电源模块和第二电源模块均采用线性稳压器，且线性稳压器的型号为LM1117-3-3，所述第一电源模块和第二电源模块的输入端均连接有充电器。

进一步地，所述Zigbee协调器主机还包括掉电数据不丢失的E²PROM，且E²PROM的型号为ATC2402，所述第二MCU主控模块通过I²C与E²PROM相连；所述Zigbee协调器主机还包括用于人机交互的触摸屏，所述第二MCU主控模块通过FSMC接口与触膜屏相连。

进一步地，所述第二MCU主控模块分别通过串口连接有4G通信模块和GPS模块或者4G通信模块和北斗模块两种组合之一。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和有益效果是，

1.本实用新型可以同时实现对室内温湿度、CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5、PM10、粉尘、烟雾、燃气和热能热量多个参数同时进行检测和监测，且采用Zigbee无线网络通信和GSM/GPRS通信模块，无需布线、费用低廉、传输距离远及易于安装维护，可实现多点检测，远程监测。

2.本实用新型实现了对环境的无线实时监测，通过使用检测精度较高的传感器模块，保证了环境监测数据可靠、准确，采用基于Zigbee协议的第一Zigbee无线通信模块和第一Zigbee无线通信模块，使系统具有性能稳定、低速率、延时短和短距离传输的特点，在云服务器上连接的PC机形成上位机平台，实现对终端采集的数据传输、存储和分析，通过GPRS网络还可以实现手机应用客户端对环境数据的实时监测，实现了室内区域数据监测，无线化的监测系统具有较好的应用前景。

3.本实用新型中Zigbee无线环境监测从机与Zigbee协调器主机之间采用星型网络结构，保证了系统覆盖的全面性，并利用Zigbee协调器主机与Zigbee无线环境监测从机的协调作用，对众多数据信号进行集中处理，从而向云服务器发出精确且可靠的数据信号，系统结构简单，安全可靠，具有很强的实用价值和市场推广价值。

附图说明

图1是本实用新型基于GPRS的室内环境监测系统的框图示意图；

图2是本实用新型基于GPRS的室内环境监测系统中的Zigbee协调器主机的框图示意图；

图3是本实用新型基于GPRS的室内环境监测系统中的Zigbee无线环境监测从机的框图示意图；

图4是本实用新型基于GPRS的室内环境监测系统中的采用线性稳压器的电路示意图；

图5是本实用新型基于GPRS的室内环境监测系统采用4G通信模块的框图示意图。

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。

如图1-5所示，一种基于GPRS的室内环境监测系统，包括Zigbee终端节点、Zigbee协调器主机和云服务器；

所述Zigbee终端节点包括至少一个Zigbee无线环境监测从机，所述Zigbee无线环境监测从机随机铺设在被检测室内的相应位置，用于对室内环境指标进行感知和采集；所述Zigbee无线环境监测从机包括第一Zigbee无线通信模块、第一MCU主控模块、第一电源模块和第一传感器模块；所述第一Zigbee无线通信模块和第一传感器模块均与第一MCU主控模块相连，所述第一电源模块均与第一Zigbee无线通信模块、第一MCU主控模块和第一传感器模块相连，分别对其进行供电；所述第一传感器模块包括温湿度传感器、CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器和PM2.5、PM10传感器，所述第一MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，实现对室内温湿度的采集检测和监测，所述第一MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器和PM2.5、PM10传感器相连，实现对室内CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5和PM10多个参数同时进行采集检测和监测；所述Zigbee无线环境监测从机还包括复位按键，所述复位按键与第一MCU主控模块相连，用于对第一MCU主控模块进行复位；

所述Zigbee协调器主机包括第二Zigbee无线通信模块、第二MCU主控模块、第二电源模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块；所述第二Zigbee无线通信模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块均与第二MCU主控模块相连，所述第二电源模块均与第二Zigbee无线通信模块、第二MCU主控模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块相连，分别对其进行供电；所述第二传感器模块包括温湿度传感器、CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器、PM2.5、PM10传感器、粉尘传感器、燃气传感器和烟雾传感器，所述第二MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，实现对室内温湿度的采集检测和监测，所述第二MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器、PM2.5、PM10传感器、粉尘传感器、燃气传感器和烟雾传感器相连，实现对室内CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5、PM10、粉尘、燃气和烟雾多个参数同时进行采集检测和监测，燃气传感器，用来监测瓦斯，液化石油气，一氧化碳有无泄漏，以预防气体泄漏引起的爆炸以及不完全燃烧引起的中毒；所述Zigbee协调器主机还包括M-Bus串口转换模块和用于采集室内热能热量的热量表，所述M-Bus串口转换模块和热量表相连，所述第二MCU主控模块通过串口与M-Bus串口转换模块相连；所述Zigbee协调器主机还包括掉电数据不丢失的E²PROM，且E²PROM的型号为ATC2402，所述第二MCU主控模块通过I²C与E²PROM相连；E²PROM主要用于存储第二MCU主控模块的IP地址等信息，且具有掉电数据不丢失的性能；所述Zigbee协调器主机还包括用于人机交互的触摸屏，所述第二MCU主控模块通过FSMC接口与触膜屏相连；所述触摸屏用于操作者输入信息以及对各种数据信息进行显示，便于操作者在本地端的使用；

所述温湿度传感器的型号为HDC1080；所述粉尘传感器的型号为D5；所述烟雾传感器的型号为MQ135；通过使用检测精度较高的第一传感器模块和第二传感器模块，保证了环境监测数据可靠、准确，采用基于Zigbee协议的第一Zigbee无线通信模块和第二Zigbee无线通信模块，使系统具有性能稳定、低速率、延时短和短距离传输的特点，在云服务器上连接的PC机形成上位机平台，实现对终端采集的数据传输、存储和分析，通过GPRS网络还可以实现手机应用客户端对环境数据的实时监测，实现了室内区域数据监测，无线化的监测系统具有较好的应用前景；

所述Zigbee终端节点与Zigbee协调器主机通过Zigbee无线网络通信，将Zigbee无线环境监测从机采集得到的室内环境指标数据发送至Zigbee协调器主机；所述Zigbee协调器主机通过GSM/GPRS通信模块与云服务器相连，用于集中处理由Zigbee无线环境监测从机输送的室内环境数据信息并将该室内环境数据信息传输至云服务器，所述云服务器与手机应用客户端和PC机相连；

所述第一Zigbee无线通信模块和第二Zigbee无线通信模块均采用CC2530无线收发器；CC2530无线收发器有USART0和USART1两个串行通信接口，它们能够分别运行于异步UART模式或同步SPI模式；两个USART具有同样的功能，可以设置在单独的IO引脚；本系统选择USART0串口通信接口，工作于UART模式下；CC2530无线收发器，基于2.4GHzZigbee，该CC2530无线收发器支持国际IEEE 802.15.4标准及Zigbee、Zigbee PRO和Zigbee RF4CE标准，不仅具有优秀的RF性能、选择性和业界标准增强型8051MCU内核，支持一般的低功耗无线通信，还配备TI公司的一个标准兼容或专有的网络协议栈来简化开发。具有可编程256KB闪存和一些其他强大功能，该CC2530无线收发器拥有丰富的外接端口，可运行在多种模式下满足各种系统不同环境下低功耗要求，是一个真正的片上系统SoC解决方案；由于CC2530无线收发器具有不同的运行模式，尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间短，进一步确保了低功耗消耗。

所述第一MCU主控模块和第二MCU主控模块均采用STM32系列单片机，其具有丰富的串口和I²C接口；所述GSM/GPRS通信模块的型号为Air800，Air800内集成了GSM/GPRS+GPS模块，超小尺寸，且具有GPS定位功能，可以实现对Zigbee协调器主机的定位，从上位机上可以了解Zigbee协调器主机所处的位置是处于哪个小区及楼层，可以结合Zigbee协调器主机内的IP地址更快的了解Zigbee协调器主机所处的具体位置，便于寻找到相应的Zigbee协调器主机及了解Zigbee协调器主机的使用状态；同时该GSM/GPRS通信模块的性价比和稳定性都比较好，内置32Mb Nor Flash+32Mb SRAM，丰富的外围接口，支持UART，SPI，I²C等各种接口，可支持最多22个GPIO，并支持ADC，音频输入和输出功能，满足各种应用场景的使用要求；且还提供了数字信号传输、短消息，它不仅具备为用户提供RS232串口接口、SIM卡接口以及语音等功能，且采用了省电技术，电流功耗在睡眠模式DRX＝5下，低至1.14mA；贴片式模块，采用LCC封装，可以通过其管脚焊盘内嵌于Zigbee协调器主机中，提供了GSM/GPRS通信模块与Zigbee协调器主机间丰富的硬件接口，结构简单等特点。GSM/GPRS通信模块通过串口与第二MCU主控模块相连，从而实现Zigbee监测网络内数据传输；所述第二MCU主控模块分别通过串口连接有4G通信模块和GPS模块或者4G通信模块和北斗模块两种组合之一，对原有的GSM/GPRS通信模块进行替换，不但具有定位功能，且4G通信模块的传输速度要大于GSM/GPRS通信模块的传输速度，进而提高了该监测系统的传输速度；

Zigbee无线环境监测从机与Zigbee协调器主机之间采用星型网络结构，保证了系统覆盖的全面性，并利用Zigbee协调器主机与Zigbee无线环境监测从机的协调作用，对众多数据信号进行集中处理，从而向云服务器发出精确且可靠的数据信号，系统结构简单，安全可靠，具有很强的实用价值和市场推广价值。

第一电源模块和第二电源模块的输入端均连接有充电器，将市电220VAC转换成5VDC；Zigbee协调器主机和Zigbee无线环境监测从机均通过充电器提供5VDC供电，而CC2530无线收发器要求在3.3VDC电压下工作，第一电源模块和第二电源模块均采用线性稳压器，且线性稳压器的型号为LM1117-3-3，将充电器传输的5VDC电压转换并稳定在3.3VDC，其具有低功耗、低跌落电压、低温漂，输出稳压容差在±3％等特点，如图4所示为采用线性稳压器的示意图。

工作原理：Zigbee协调器主机通过第二电源模块上电后，由启动代码来初始化软硬件模块，然后Zigbee协调器主机会扫描信道，查看是否建立Zigbee无线通信网络成功，如果成功，整个Zigbee协调器主机就进入无线监控模式下，当有Zigbee终端节点请求加入Zigbee无线通信网络时，Zigbee协调器主机会自动分配地址，最后将新的网络Zigbee终端节点地址存储管理，更新和显示关联设备的数据，Zigbee协调器主机便会接收Zigbee无线环境监测从机传送来的数据，并将其传送至云服务器，然后指令请求中断返回，形成一个多循环实时监测数据模式。

Zigbee无线环境监测从机中的第一传感器模块进行室内温湿度、CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5和PM10多个参数的采集，其中，第一MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，实现对室内温湿度的采集检测和监测，所述第一MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器和PM2.5、PM10传感器相连，实现对室内CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5和PM10多个参数同时进行采集检测和监测，同时将采集的室内环境数据信息传输至STM32系列单片机的第一MCU主控模块，第一MCU主控模块对采集到的数据分析和存储，第一电源模块对第一传感器模块、第一MCU主控模块和第一Zigbee无线通信模块进行供电，第一MCU主控模块通过串口连接第一Zigbee无线通信模块，通过采用CC2530无线收发器的第一Zigbee无线通信模块将采集到的数据通过天线无线连接的Zigbee无线网络发送至Zigbee协调器主机；

Zigbee协调器主机中的第二传感器模块进行室内温湿度、CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5、PM10、粉尘、烟雾、燃气和热能热量多个参数的采集，其中，第二MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，实现对室内温湿度的采集检测和监测，所述第二MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器、PM2.5、PM10传感器、粉尘传感器、燃气传感器和烟雾传感器相连，实现对室内CO2、甲醛、TVOC可挥发性气体、PM2.5、PM10、粉尘、燃气和烟雾多个参数同时进行采集检测和监测，燃气传感器，用来监测瓦斯，液化石油气，一氧化碳有无泄漏，以预防气体泄漏引起的爆炸以及不完全燃烧引起的中毒；M-Bus串口转换模块和热量表相连，所述第二MCU主控模块通过串口与M-Bus串口转换模块相连，用于采集室内热能热量；热量表，是计算热量的仪表，热量表的工作原理是将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上行管和下行管上，流量计安装在流体入口或回流管上(流量计安装的位置不同，最终的测量结果也不同)，流量计发出与流量成正比的脉冲信号，一对温度传感器给出表示温度高低的模拟信号，而积算仪采集来自流量和温度传感器的信号，利用积算公式算出热交换系统获得的热量；所述Zigbee协调器主机还包括掉电数据不丢失的E²PROM，且E²PROM的型号为ATC2402，所述第二MCU主控模块通过I²C与E²PROM相连；E²PROM主要用于存储第二MCU主控模块的IP地址等信息，且具有掉电数据不丢失的性能；所述Zigbee协调器主机还包括用于人机交互的触摸屏，所述第二MCU主控模块通过FSMC接口与触膜屏相连；所述触摸屏用于操作者输入信息以及对各种数据信息进行显示，便于操作者在本地端的使用；

Zigbee无线环境监测从机采集的数据通过第一Zigbee无线通信模块和第二Zigbee无线通信模块之间的Zigbee无线网络与Zigbee协调器主机通信，将数据传输给Zigbee协调器主机，Zigbee协调器主机中的第二MCU主控模块将收到的室内环境数据信息分析处理，然后通过GSM/GPRS通信模块通过天线将数据发送到云服务器，云服务器通过GPRS网络连接手机应用客户端，可以实现手机应用客户端能够实时查看监测到的环境数据，云服务器将数据传输给实时的PC机监测平台，监测平台同时对多个室内现场Zigbee终端节点采集的数据进行实时的存储、分析和屏幕图像的交替显示，同时通过在采集Zigbee终端节点时需要设置不同的发送数据时间间隔，避免彼此之间发生干扰，然后将各Zigbee终端节点的数据存储到数据库中，方便以后查看数据；若用户未对异常数据进行反馈，其可通过Zigbee协调器主机通过GSM网络向其手机发送而来的室内环境异常短信，进而做出相应的对策。

GSM/GPRS通信模块的型号为Air800，Air800内集成了GSM/GPRS+GPS模块，超小尺寸，且具有GPS定位功能，可以实现对Zigbee协调器主机的定位，从上位机上可以了解Zigbee协调器主机所处的位置是处于哪个小区及楼层，可以结合Zigbee协调器主机内的IP地址更快的了解Zigbee协调器主机所处的具体位置，便于寻找到相应的Zigbee协调器主机及了解Zigbee协调器主机的使用状态；第二MCU主控模块分别通过串口连接有4G通信模块和GPS模块或者4G通信模块和北斗模块两种组合之一，对原有的GSM/GPRS通信模块进行替换，不但具有定位功能，且4G通信模块的传输速度要大于GSM/GPRS通信模块的传输速度，进而提高了该监测系统的传输速度；本系统中的GSM/GPRS通信模块可看做是移动终端MS，首先，移动终端与基站收发台BTS进行连接，将分组数据包通过基站收发台BTS发送给基站控制器BSC，接着基站控制器BSC在将分组数据包发送给SGSN节点，SGSN节点通过GPRS骨干网把数据传至GGSN节点，数据在GGSN节点进行格式转换，以便通过分组数据网络(如Internet)发送给路由器Router，再通过局域网最终到达云服务器。

具体实施：由于实际的Zigbee终端节点不是很多，选择星状网络拓扑结构。将整套系统安装别墅中，在三层别墅的每层客厅和卧室中各自放置2个Zigbee无线环境监测从机，此外，在一楼布置一个Zigbee协调器主机，在PC机端通过云服务器下发采集数据指令，Zigbee协调器主机接收到命令，启动Zigbee无线局域网中数据采集，几秒钟采集数据结束，将数据上传至云服务器。

Zigbee无线局域网采集数据过程：Zigbee协调器主机编号为1号，Zigbee无线环境监测从机依次编号为2号、3号直至7号，1号Zigbee协调器主机首先通过Zigbee无线网络向2号Zigbee无线环境监测从机发命令，请求2号Zigbee无线环境监测从机采集数据，Zigbee无线环境监测从机中的第一Zigbee无线通信模块将采集命令通过串口发送至第一MCU主控模块，由第一MCU主控模块给第一传感器模块发送采集命令，第一传感器模块接收指令并开始采集室内环境数据信息，然后将采集的室内环境数据信息回传给第一MCU主控模块，第一MCU主控模块通过第一Zigbee无线通信模块将采集的室内环境数据信息发送给Zigbee协调器主机，Zigbee无线环境监测从机每隔10分钟进行一次采样，完成数据采集、发送之后，自动进入休眠状态，直至下一个采样周期唤醒；采集结束后，1号Zigbee协调器主机再向3号Zigbee无线环境监测从机发命令，依次执行下去；同时Zigbee协调器主机中的第二传感器模块对室内环境数据进行采集，以及热量表对进水口和回水口的数据进行采集，通过连接的M-Bus串口转换模块将数据发送至第二MCU主控模块，最终由GSM/GPRS通信模块将采集的室内环境数据信息发送至云服务器。

在Zigbee终端节点之间的通信距离约为15米时，系统启动后1分钟内即可完成Zigbee终端节点绑定，形成自组网络。当达到采样时间后，30秒内可完成室内环境数据的发送。当采集数据超过警戒范围时，可在一分钟之内通过GSM/GPRS通信模块以GSM短信发送到异地手机上，通过GPRS网络向远程具有公网静态IP地址的云服务器发送数据，延时不超过一分钟。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，包括Zigbee终端节点、Zigbee协调器主机和云服务器；

所述Zigbee终端节点包括至少一个Zigbee无线环境监测从机，所述Zigbee无线环境监测从机随机铺设在被检测室内的相应位置，用于对室内环境指标进行感知和采集；所述Zigbee无线环境监测从机包括第一Zigbee无线通信模块、第一MCU主控模块、第一电源模块和第一传感器模块；所述第一Zigbee无线通信模块和第一传感器模块均与第一MCU主控模块相连，所述第一电源模块均与第一Zigbee无线通信模块、第一MCU主控模块和第一传感器模块相连，分别对其进行供电；

所述Zigbee协调器主机包括第二Zigbee无线通信模块、第二MCU主控模块、第二电源模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块；所述第二Zigbee无线通信模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块均与第二MCU主控模块相连，所述第二电源模块均与第二Zigbee无线通信模块、第二MCU主控模块、第二传感器模块和GSM/GPRS通信模块相连，分别对其进行供电；

所述Zigbee终端节点与Zigbee协调器主机通过Zigbee无线网络通信，将Zigbee无线环境监测从机采集得到的室内环境指标数据发送至Zigbee协调器主机；所述Zigbee协调器主机通过GSM/GPRS通信模块与云服务器相连，用于集中处理由Zigbee无线环境监测从机输送的室内环境数据信息并将该室内环境数据信息传输至云服务器。

2.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述Zigbee无线环境监测从机与Zigbee协调器主机之间采用星型网络结构。

3.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述第一传感器模块包括温湿度传感器、CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器和PM2.5、PM10传感器，所述第一MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，所述第一MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器和PM2.5、PM10传感器相连；所述第二传感器模块包括温湿度传感器、CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器、PM2.5、PM10传感器、粉尘传感器、燃气传感器和烟雾传感器，所述第二MCU主控模块通过I²C与温湿度传感器相连，所述第二MCU主控模块分别通过串口与CO2传感器、甲醛传感器、TVOC可挥发性气体传感器、PM2.5、PM10传感器、粉尘传感器、燃气传感器和烟雾传感器相连；所述温湿度传感器的型号为HDC1080；所述粉尘传感器的型号为D5；所述烟雾传感器的型号为MQ135。

4.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述Zigbee协调器主机还包括M-Bus串口转换模块和用于采集室内热能热量的热量表，所述M-Bus串口转换模块和热量表相连，所述第二MCU主控模块通过串口与M-Bus串口转换模块相连。

5.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述第一Zigbee无线通信模块和第二Zigbee无线通信模块均采用CC2530无线收发器。

6.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述第一MCU主控模块和第二MCU主控模块均采用STM32系列单片机。

7.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述GSM/GPRS通信模块的型号为Air800。

8.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述第一电源模块和第二电源模块均采用线性稳压器，且线性稳压器的型号为LM1117-3-3，所述第一电源模块和第二电源模块的输入端均连接有充电器。

9.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述Zigbee协调器主机还包括掉电数据不丢失的E²PROM，且E²PROM的型号为ATC2402，所述第二MCU主控模块通过I²C与E²PROM相连；所述Zigbee协调器主机还包括用于人机交互的触摸屏，所述第二MCU主控模块通过FSMC接口与触膜屏相连。

10.根据权利要求1所述的基于GPRS的室内环境监测系统，其特征在于，所述第二MCU主控模块分别通过串口连接有4G通信模块和GPS模块或者4G通信模块和北斗模块两种组合之一。