CN208969832U - 一种pm2.5采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种PM2.5采集器，包括PM2.5传感器，转换模块，单片机，供电模块，显示模块，无线传输模块，通过在单片机上连接的转换模块，可将传感器通过转换模块输入至单片机，在经过处理后，能够将该PM2.5传感器传输的模拟信号模拟信号转换至RS485数字信号，并且通过485通信进行有线传输；单片机上还连接有无线传输模块，通过该模块，可将PM2.5传感器采集的模拟信号转换为无线信号并进行无线传输。

Description

一种PM2.5采集器

技术领域

本实用新型涉及电子采集技术领域，特别是涉及一种PM2.5采集器。

背景技术

PM2.5是指环境空气中动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。PM2.5浓度。PM2.5浓度过大不仅降低能见度，对人们出行生活带来影响，而且严重危害着人们的健康。为了实现空气环境的实时监测，需要使用采集器采集信号，目前较多的采集监测器均安装于监测环境内，通过传输装置传递至观测处理基站内。采集器多为单独的有线传输或者无线传输，无法根据处理基站具体的位置进行调设。且在远距离的传输方式中，不便于工作人员随时对采集器内部进行检查和维护，导致发现其内部出现问题时，线路已被烧毁。且现有无线传输的频率多为315mhz或者433mhz，此频段的无线发射穿透力较弱，使用率高的同时存在较多干扰，通信质量差的同时无法实现更远的通信距离。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提出一种PM2.5采集器可将传感器的信号转换为RS485数字信号进行有线传输及高穿透力的779mhz无线信号进行安全的无线传输。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：包括PM2.5传感器、转换模块、单片机U2、供电模块、显示模块和无线传输模块，其中所述PM2.5传感器、转换模块、供电模块、显示模块和无线传输模块均与单片机U2相连，单片机U2的串口与转换模块连接后连接PM2.5传感器，用于将采集的PM2.5传感器的模拟信号转化为数字信号，所述转换模块包括转换芯片J1及其连接的收发电路、稳压电路和滤波电路，所述收发电路包括开关元件和限流元件，所述开关元件与限流元件和转换芯片J1连接，用于控制收发电路的通断，所述限流元件可限制收发电路中电流的大小；所述稳压电路包括吸收电路和保护电路，所述吸收电路与保护电路连接，用于消除电路在运行过程中线路上的干扰，所述保护电路连接在转换芯片J1与吸收电路之间，用于线路特性阻抗的匹配；所述滤波电路用于给转换芯片J1提供一个干净的电源，使转换芯片J1稳定的工作；所述无线传输模块与单片机U2连接，用于传输单片机U2上采集的传感器信号；

所述供电模块为单片机U2及其连接的各电路的运行提供电压，供电模块包括一次降压电路和二次降压电路，二次降压电路上设有保护电路，所述保护电路包括三极管Q3、Q4、电阻R20、R21、R22和二极管D9，其中三极管Q3的集电极与二次降压电路的输入端连接后连接至电阻R20、R21的一端，三极管Q3的基级与电阻R21的另一端和三极管Q4的集电极连接，三极管Q3的发射极与电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端与三极管Q4的发射极和二极管D9的另一端连接后连接至二次降压电路的输出端，三极管Q4的基级连接至电阻R20的另一端后与二极管D9的一端连接。

进一步地，所述收发电路中的开关元件为三极管Q1，限流元件包括电阻R11和上拉电阻R12，所述三极管Q1的发射极连接3.3V电压，其基级连接电阻R11的一端，三极管Q1的集电极连接电阻R12的一端及转换芯片J1的引脚2和引脚3，所述电阻R12的另一端接地，电阻R11的另一端与转换芯片J1的引脚4连接，所述转换芯片J1的引脚1连接单片机U2的RXD脚，转换芯片J1的引脚4还连接单片机U2的TXD脚；

所述吸收电路包括二极管D3、D4、D5，保护电路包括电阻R8、R9、R10，所述电阻R8的一端连接3.3V电压，电阻R8的另一端与转换芯片J1的引脚6和二极管D4的一端连接后连接至二极管D3的另一端，所述电阻R10的一端与转换芯片J1的引脚7和二极管D4的另一端连接后连接至二极管D5的另一端，电阻R10的另一端接地，所述电阻R9的两端分别与转换芯片J1的引脚6和引脚7连接，所述二极管D3的一端、二极管D5的一端和转换芯片J1的引脚5均接地；

所述滤波电路包括电容C13、C9、C8，所述电容C13的一端与电容C9、C8的一端连接后连接至转换芯片J1的引脚8，电容C13、C9、C8的另一端均接地。

进一步地，所述显示模块连接单片机U2的输出端，用于显示单片机U2中采集处理后的数字信号，所述显示模块包括显示芯片U6和可调电阻R6,所述可调电阻R6与显示芯片U6的引脚3连接。

进一步地，所述供电模块中的一次降压电路包括降压芯片U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、电感L1和二极管D1、D2，所述电容C2的一端连接降压芯片U1的boot引脚，电容C2的另一端连接降压芯片U1的ph引脚和二极管D2的另一端连接至电感L1的一端，二极管D2的另一端连接降压芯片U1的gnd引脚和电容C6、C7的另一端并接地，所述电容C6、C7的一端连接电感L1的另一端后连接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接至电阻R5的一端和降压芯片U1的vsns引脚，电阻R5的另一端接地，所述电容C4的一端连接电容C5的一端和降压芯片U1的comp引脚，电容C4的另一端连接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接电容C5的另一端后接地，电阻R1的一端连接至降压芯片U1的vin引脚和电容C1的一端后连接至二极管D1，二极管D1的另一端连接电源，电阻R1的另一端连接降压芯片U1的en引脚和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接电容C1的另一端和电容C3的一端后接地，所述电容C3的另一端连接至降压芯片U1的SS引脚；所述二次降压电路包括降压芯片U5、电容C12、电解电容C11、C10和电阻R13、R7,其中电容C12的一端接地，另一端与降压芯片U5的引脚1和引脚2连接，降压芯片U5的引脚2为此降压电路的输入端，电阻R13的一端连接电解电容C11、C10的一端后连接至降压芯片U5的引脚4，降压芯片U5的引脚4为此降压电路的输出端，电阻R13的另一端与电阻R7的一端和降压芯片U5的引脚5连接，所述电解电容C11、C10的另一端与电阻R7的另一端均接地，降压芯片U5的引脚3和引脚0接地。

由于采用了上述方案，本实用新型的有益效果在于：解决了现有技术的不足，本实用新型提出一种PM2.5采集器，包括PM2.5传感器，转换模块，单片机，供电模块，显示模块，无线传输模块，通过在单片机上连接的转换模块，可将传感器通过转换模块输入至单片机，在经过处理后，能够将该PM2.5传感器传输的模拟信号转换至RS485数字信号，且转换电路在运行时能够实现自动收发，转换完成后还可将此485信号通过485通信进行远距离的有线传输；单片机上还连接有无线传输模块，通过该模块，可将PM2.5传感器采集的模拟信号转换为无线信号并进行无线传输，此传输频段为779mhz，使得信号在传输的时候具有更强的穿透力，传输距离更远且提升了通信质量。且在供电模块中加设了保护电路，使得供电模块在为各模块进行供电时，不会因为电流等信号的过载的原因而导致其他各模块中元器件的烧毁，保证了该采集器的安全运行。

附图说明

图1是本实用新型所述PM2.5采集器第一转换模块的电路连接图。

图2是本实用新型所述PM2.5采集器第二转换模块的电路连接图。

图3是本实用新型所述PM2.5采集器供电模块一次降压电路的电路连接图。

图4是本实用新型所述PM2.5采集器供电模块二次降压电路的电路连接图。

图5是本实用新型所述PM2.5采集器无线传输模块电路的电路连接图。

图6是本实用新型所述PM2.5采集器显示模块电路的电路连接图。

图7是本实用新型所述PM2.5采集器单片机的电路连接图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例

如图1-7所示，一种PM2.5采集器，包括PM2.5传感器、转换模块、单片机U2、供电模块、显示模块和传输模块。所述PM2.5传感器和转换模块与单片机U2连接，单片机U2的型号为ATMEGA640V，所述单片机U2还包括与其连接的晶振电路和复位电路等常规电路。单片机U2的串口与转换模块连接后连接PM2.5传感器，用于将采集的PM2.5传感器的模拟信号转化为数字信号。

所述转换模块包括转换芯片J1及其连接的收发电路、稳压电路和滤波电路。所述转换芯片J1采用MAX485芯片，所述收发电路包括开关元件和限流元件，开关元件与限流元件均与转换芯片J1连接，所述开关元件采用PNP型三极管Q1，限流元件包括电阻R11和上拉电阻R2，所述三极管Q1的发射极连接3.3V电压，其基级连接电阻R11的一端，三极管Q1的集电极连接电阻R2的一端及转换芯片J1的引脚2和引脚3，所述转换芯片J1的引脚1连接单片机U2的RXD脚，转换芯片J1的引脚4连接单片机U2的TXD脚，当单片机U2的TXD脚为低电平时，所述三级管Q1导通，转换芯片J1的引脚2、3接地，进入接受模式；当单片机U2的TXD脚为高电平时，三极管Q1截止，转换芯片J1的引脚2、3接高电平，进入发送模式。其中，电阻R11为限流电阻，电阻R12为上拉电阻，通过电阻R11、R12可限制该收发电路中电流的大小。通过收发电路与单片机U2的连接，可在电路运行时，无需将单片机U2的引脚与转换芯片J1的引脚2和引脚3连接即可实现自动收发。

所述稳压电路包括吸收电路和保护电路，所述吸收电路包括二极管D3、D4、D5。具体地说，转换芯片J1的引脚6和二极管D4的一端连接后连接至二极管D3的另一端，转换芯片J1的引脚7和二极管D4的另一端连接后连接至二极管D5的另一端，所述二极管D3的一端与二极管D5的一端连接并接地。采用二极管D3、D4与D5相互连接，能够消除电路在运行过程中线路上的干扰。所述保护电路连接在转换芯片J1和吸收电路之间，可用于线路特性阻抗的匹配。

所述保护电路包括电阻R8、R9、R10，电阻R10的一端与转换芯片J1的引脚7连接，电阻R8的一端与转换芯片J1的引脚6连接，其中电阻R8、R10分别为上拉、下拉电阻，可避免单片机U2在被误中断时收到错乱的字符；在电阻R8与电阻R10之间还连接有电阻R9，可用于减少线路上传输信号的反射。所述滤波电路包括电容C13、C9和C8，电容C13、C9和C8的一端均与转换芯片J1的引脚8连接，其另一端接地。所述滤波电路可用于给转换芯片J1提供一个干净的电源，使转换芯片J1稳定的工作。

进一步地，所述转换模块还包括第一转换模块和第二转换模块，第一转换模块与第二转换模块均连接至单片机U2上，所述第一转换模块用于转换PM2.5传感器传输的模拟信号，第二转换模块将单片机U2上处理转换后的信号传输至电脑等上位机中。具体地说，第一转换模块中稳压电路的输出端连接有插座J3，所述插座J3的引脚4连接12V电压，引脚1接地，引脚1和引脚4为电源线可为插座J3的外接输出端即PM2.5传感器供电，使得PM2.5传感器工作，插座J3的引脚3与引脚2做数据线分别与MAX485芯片U3中的引脚6和引脚7连接，将PM2.5传感器的模拟信号通过此第一转换模块传输至单片机U2；所述第二转换模块中稳压电路的输出端连接有插座J4，插座J4的引脚4连接电源，引脚1接地，其引脚1和引脚4做供电线为第二转换模块内部电路运行供电，插座J4的引脚3与引脚2做数据线分别与MAX485芯片U4中的引脚6和引脚7连接，用于传输转换后的RS485信号。所述第一、第二转换模块均包括与MAX485芯片连接的稳压电路和滤波电路，其中，MAX485芯片U3位于第一转换模块中，MAX485芯片U4位于第二转换模块中。

所述显示模块连接单片机U2的输出端，用于显示单片机U2中采集处理后的数字信号，显示模块中包括有显示芯片U6和可调电阻R6,所述可调电阻R6与显示芯片U6的引脚3连接，所述显示芯片U6型号为LED4602，通过调节可调电阻R6可调节显示屏幕的亮度。

所述供电模块与单片机U2连接，供电模块为降压电路，通过此降压电路，将输入的12V电压降压为5V电压以供单片机U2及其连接的各电路的运行，所述降压电路中的电容C6、C7的一端连接电感L1的另一端，电容C6、C7的另一端接地。采用电容C6、C7并联，可对电路中多个频率的杂波进行滤除。其中电感L1为储能电感，当电路接通输入电压时，电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，从而电感两端产生电动势组织电流上升；设置二极管D5的作用为续流，提高了该降压电路的转换效率，使导通压降降低。电阻R1、R2连接至降压芯片U1的en脚，用于对输入欠压锁定进行编程。所述降压芯片U1型号为TPS54331。

所述二次降压电路包括降压芯片U5、电容C12、电解电容C11、电解电容C10、电阻R18和电阻R17,通过电解电容C10、C11的并联，为该改降压电路提供滤波电路，所述降压芯片U5型号为TPS75801。进一步地，在此降压电路的输入端和输出端之间还连接有保护电路，其中降压芯片U5的引脚2为该降压电路的输入端，降压芯片U5的引脚4为该降压电路的输出端。

所述保护电路包括三极管Q3、Q4、电阻R20、R21、R22和二极管D9，其中三极管Q3的集电极与二次降压电路的输入端连接后连接至电阻R20、R21的一端，三极管Q3的基级与电阻R21的另一端和三极管Q4的集电极连接，三极管Q3的发射极与电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端与三极管Q4的发射极和二极管D9的另一端连接后连接至二次降压电路的输出端，三极管Q4的基级连接至电阻R20的另一端后与二极管D9的一端连接。具体的，当电流小于该降压电路的设定值时，由电阻R20、R21分别为三极管Q4、Q3提供其工作的偏置电流，使得三极管均能够稳定导通，降压电路正常工作以为各模块提供所需电压。当电流大于或等于该降压电路的设定值时，电阻R22上的压降随之增大，当电阻R22上的压降接近二极管D9上的压降时，可限制三极管中通过的电流，使得该降压电路中的其他元器件不会因为电流过大而出现烧毁的情况，将此保护电路连接在输入端与输出端之间，特别是保护了降压芯片U5的正常工作。本实施例中采用的保护电路相较于传统的保护电路而言，带有自锁功能，当电流没有超出限定值时，三极管可正常的导通，当发生短路时，使得三极管关闭，可减小电路的功耗，且电路采用了二极管D9进行限流，使得电路的限流速度提高的同时保证了限流的精确性。

所述无线传输模块与单片机U2连接，用于传输单片机U2上采集的传感器信号，无线传输模块包括传输集成模块J2和连接至传输集成模块J2上的排阻，所述传输集成模块J2包含了CPU和无线芯片，无线芯片的型号是AT86RF212D，通过此芯片以实现在779mhz频段的信号传输。所述排阻的另一端连接至单片机U2上，用于平衡传输集成模块J2各管脚上的电压，与单片机U2实现信号匹配。所述无线模块还包括电容C17,电容C17的一端与传输集成模块J2的引脚20连接，电容C17的另一端接地，电容C17的设置可在传输信号时进行滤除信号中的干扰信号，保证信号的准确运输。通过此无线传输模块可将PM2.5传感器传输至单片机U2上的信号通过无线的方式传送出至电脑等上位机。信号通过频率为779mhz传输，在同样的发射功率下，能有更远的传输距离且信号损耗小，具有更好的通信质量。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种PM2.5采集器，其特征在于：包括PM2.5传感器、转换模块、单片机U2、供电模块、显示模块和无线传输模块，其中所述PM2.5传感器、转换模块、供电模块、显示模块和无线传输模块均与单片机U2相连，单片机U2的串口与转换模块连接后连接PM2.5传感器，用于将采集的PM2.5传感器的模拟信号转化为数字信号，所述转换模块包括转换芯片J1及其连接的收发电路、稳压电路和滤波电路，所述收发电路包括开关元件和限流元件，所述开关元件与限流元件和转换芯片J1连接，用于控制收发电路的通断，所述限流元件可限制收发电路中电流的大小；所述稳压电路包括吸收电路和保护电路，所述吸收电路与保护电路连接，用于消除电路在运行过程中线路上的干扰，所述保护电路连接在转换芯片J1与吸收电路之间，用于线路特性阻抗的匹配；所述滤波电路用于给转换芯片J1提供一个干净的电源，使转换芯片J1稳定的工作；所述无线传输模块与单片机U2连接，用于传输单片机U2上采集的传感器信号;

所述供电模块为单片机U2及其连接的各电路的运行提供电压，供电模块包括一次降压电路和二次降压电路，二次降压电路上设有保护电路，所述保护电路包括三极管Q3、Q4、电阻R20、R21、R22和二极管D9，其中三极管Q3的集电极与二次降压电路的输入端连接后连接至电阻R20、R21的一端，三极管Q3的基级与电阻R21的另一端和三极管Q4的集电极连接，三极管Q3的发射极与电阻R22的一端连接，所述电阻R22的另一端与三极管Q4的发射极和二极管D9的另一端连接后连接至二次降压电路的输出端，三极管Q4的基级连接至电阻R20的另一端后与二极管D9的一端连接。

2.根据权利要求1所述的一种PM2.5采集器，其特征在于：所述收发电路中的开关元件为三极管Q1，限流元件包括电阻R11和上拉电阻R12，所述三极管Q1的发射极连接3.3V电压，其基级连接电阻R11的一端，三极管Q1的集电极连接电阻R12的一端及转换芯片J1的引脚2和引脚3，所述电阻R12的另一端接地，电阻R11的另一端与转换芯片J1的引脚4连接，所述转换芯片J1的引脚1连接单片机U2的RXD脚，转换芯片J1的引脚4还连接单片机U2的TXD脚；

所述吸收电路包括二极管D3、D4、D5，保护电路包括电阻R8、R9、R10，所述电阻R8的一端连接3.3V电压，电阻R8的另一端与转换芯片J1的引脚6和二极管D4的一端连接后连接至二极管D3的另一端，所述电阻R10的一端与转换芯片J1的引脚7和二极管D4的另一端连接后连接至二极管D5的另一端，电阻R10的另一端接地，所述电阻R9的两端分别与转换芯片J1的引脚6和引脚7连接，所述二极管D3的一端、二极管D5的一端和转换芯片J1的引脚5均接地；

所述滤波电路包括电容C13、C9、C8，所述电容C13的一端与电容C9、C8的一端连接后连接至转换芯片J1的引脚8，电容C13、C9、C8的另一端均接地。

3.根据权利要求1所述的一种PM2.5采集器，其特征在于：所述显示模块连接单片机U2的输出端，用于显示单片机U2中采集处理后的数字信号，所述显示模块包括显示芯片U6和可调电阻R6,所述可调电阻R6与显示芯片U6的引脚3连接。

4.根据权利要求1所述的一种PM2.5采集器，其特征在于：所述供电模块中的一次降压电路包括降压芯片U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、电感L1和二极管D1、D2，所述电容C2的一端连接降压芯片U1的boot引脚，电容C2的另一端连接降压芯片U1的ph引脚和二极管D2的另一端连接至电感L1的一端，二极管D2的另一端连接降压芯片U1的gnd引脚和电容C6、C7的另一端并接地，所述电容C6、C7的一端连接电感L1的另一端后连接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接至电阻R5的一端和降压芯片U1的vsns引脚，电阻R5的另一端接地，所述电容C4的一端连接电容C5的一端和降压芯片U1的comp引脚，电容C4的另一端连接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接电容C5的另一端后接地，电阻R1的一端连接至降压芯片U1的vin引脚和电容C1的一端后连接至二极管D1，二极管D1的另一端连接电源，电阻R1的另一端连接降压芯片U1的en引脚和电阻R2的一端，所述电阻R2的另一端连接电容C1的另一端和电容C3的一端后接地，所述电容C3的另一端连接至降压芯片U1的SS引脚；所述二次降压电路包括降压芯片U5、电容C12、电解电容C11、C10和电阻R13、R7,其中电容C12的一端接地，另一端与降压芯片U5的引脚1和引脚2连接，降压芯片U5的引脚2为此降压电路的输入端，电阻R13的一端连接电解电容C11、C10的一端后连接至降压芯片U5的引脚4，降压芯片U5的引脚4为此降压电路的输出端，电阻R13的另一端与电阻R7的一端和降压芯片U5的引脚5连接，所述电解电容C11、C10的另一端与电阻R7的另一端均接地，降压芯片U5的引脚3和引脚0接地。