CN212061406U - 教室通风监测监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种教室通风监测监控系统，包括各教室内对应布置安装的内置二氧化碳监测器，置于校园中的外置二氧化碳监测器，内置二氧化碳监测器与外置二氧化碳监测器分别信号连接至教室通风实时监控器；内置二氧化碳监测器用于实时检测教室内的二氧化碳浓度，外置二氧化碳监测器用于实时检测教室外的二氧化碳浓度，教室通风实时监控器用于实时监控并存储各监测器的检测值，当室内二氧化碳浓度较大，空气质量下降时，若室外二氧化碳浓度较小，适合开窗通风，教室通风实时监控器则控制相应教室内的内置二氧化碳监测器产生报警，以通知相关人员及时通风，改善室内空气质量，本系统具有很好的选择性、无氧气依赖性、寿命长。

Description

教室通风监测监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种空气质量监测技术领域，尤其涉及一种用于学校的教室通风监测监控系统。

背景技术

近年来，随着环境空气质量的下降，空气质量监测监控逐渐发展成为热门技术之一，尤其在人密度较大的场所，如工厂、学校等，空气质量监测监控显得尤为重要。空气是氮气、氧气、二氧化碳等多种气体的混合，其中二氧化碳是空气中常见的一种气体，不同地区或同一地区各局部场所二氧化碳的含量也不同，因此在对室内空气质量进行监测时，可以通过检测室内二氧化碳的含量，来判断室内空气质量。

例如在学校中，不同的教室，由于人员数量不同、个人体能不同等因素，使室内的二氧化碳含量差距较大。如果教室长期不及时通风尤其是在冬季，使二氧化碳的浓度高于安全值，会使学生感到头晕、头痛，进而影响他们的身体健康及学习效率，因此学校有必要对各教室进行实时二氧化碳的浓度检测，当浓度过高时，及时提醒相应的教室进行通风，以改善室内空气质量。但目前尚没有在学校教室内安装使用的实时二氧化碳检测监控设备，无法监控和保证各教室内空气新鲜安全。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可实时检测教室内空气中的CO₂浓度，且可实时在线远程集中监控、提示的教室通风监测监控系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：教室通风监测监控系统，包括各教室内对应布置安装的内置二氧化碳监测器，置于校园中的外置二氧化碳监测器，所述内置二氧化碳监测器与所述外置二氧化碳监测器分别信号连接至教室通风实时监控器；

所述内置二氧化碳监测器包括封装外壳，所述封装外壳内设有印刷电路板，所述印刷电路板上固定安装有用于检测室内二氧化碳浓度的二氧化碳传感器，所述二氧化碳传感器的检测端设于所述封装外壳的外部，所述二氧化碳传感器的输出端连接有信号处理模块，所述信号处理模块的电源端电连接有电源模块，所述电源模块的电力输入端电连接至室内市电电源，所述信号处理模块还连接有无线通讯模组和监控状态提示模块，所述封装外壳上可拆卸安装有信号天线，所述信号天线内端设于所述封装外壳内且连接至所述无线通讯模组，所述信号处理模块、所述电源模块、所述无线通讯模组和所述监控状态提示模块分别固定焊接于所述印刷电路板上。

作为优选的技术方案，所述外置二氧化碳监测器与所述内置二氧化碳监测器的结构相同。

作为优选的技术方案，所述信号处理模块包括带有十六个连接引脚的监测单片机，所述监测单片机的输出端连接有存储器、IIC通讯接口和串行通讯口。

作为优选的技术方案，所述电源模块包括用于与市电连接的插座，所述插座电连接有插座降压稳压电路，所述插座降压稳压电路输出端的输出电压为+5V，所述插座降压稳压电路的输出端电连接有插座升压电路，所述插座升压电路输出端的输出电压为+33V，所述插座升压电路的输出端电连接至所述监测单片机；与所述插座并联有插接件，所述插接件电连接有插接件降压稳压电路，所述插接件降压稳压电路输出端的输出电压为+4V，所述插接件降压稳压电路输出端电连接有插接件升压电路，所述插接件升压电路输出端的输出电压为+33V，所述插接件升压电路的输出端电连接至所述无线通讯模组。

作为优选的技术方案，所述无线通讯模组包括与所述监测单片机连接的无线通讯芯片，所述无线通讯芯片连接有SIM卡座和看门狗电路，所述SIM卡座上信号连接有SIM卡，所述SIM卡座和所述SIM卡分别电连接至静电保护电路。

作为优选的技术方案，所述监控状态提示模块包括连接在所述监测单片机的控制端的声音提示电路，并联在所述监测单片机的控制端的至少两路灯光提示电路，所述声音提示电路上电连接有提示蜂鸣器，所述灯光提示电路上电连接有提示灯珠，所述提示灯珠贯穿所述封装外壳嵌装设置。

作为优选的技术方案，所述教室通风实时监控器包括监控计算机。

作为优选的技术方案，所述教室通风实时监控器还包括远程监控移动终端。

作为优选的技术方案，所述远程监控移动终端包括基于GPRS、EDGE、WLAN、Wi-Fi、3G、4G和5G技术的智能手机、笔记本电脑和/或平板电脑。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：内置二氧化碳监测器用于实时检测教室内的二氧化碳浓度，外置二氧化碳监测器用于实时检测教室外的二氧化碳浓度，教室通风实时监控器用于实时监控并存储各监测器的检测值，当室内二氧化碳浓度较大，空气质量下降时，若室外二氧化碳浓度较小，适合开窗通风，教室通风实时监控器则控制相应教室内的内置二氧化碳监测器产生报警，以通知相关人员及时通风，改善室内空气质量，本系统具有很好的选择性、无氧气依赖性、寿命长，与精密的信号处理模块和监控状态提示模块配合，形成高性能室内二氧化碳浓度设备。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例的结构框图；

图2是本实用新型实施例的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二氧化碳传感器的电路原理图；

图4是本实用新型实施例监测单片机的电路原理图；

图5是本实用新型实施例存储器的电路原理图；

图6是本实用新型实施IIC通讯接口的电路原理图；

图7是本实用新型实施例串行通讯口的电路原理图；

图8是本实用新型实施例另一串行通讯口的电路原理图；

图9是本实用新型实施例电源模块的电路原理图；

图10是本实用新型实施例插座升压电路的电路原理图；

图11是本实用新型实施例插接件升压电路的电路原理图；

图12是本实用新型实施例无线通讯芯片的电路原理图；

图13是本实用新型实施例SIM卡座的电路原理图；

图14是本实用新型实施例看门狗电路的电路原理图；

图15是本实用新型实施例SIM卡的电路原理图；

图16是本实用新型实施例静电保护电路的电路原理图；

图17是本实用新型实施例声音提示电路的电路原理图；

图18是本实用新型实施例灯光提示电路的电路原理图；

图中：1-封装外壳；2-信号天线；3-二氧化碳传感器；4-监测单片机；5-存储器；6-IIC通讯接口；7-串行通讯口；8-插座；9-插座降压稳压电路；10-插座升压电路；11-插接件；12-插接件降压稳压电路；13-插接件升压电路；14-无线通讯芯片；15-SIM卡座；16-看门狗电路；17-SIM卡；18-静电保护电路；19-声音提示电路；20-提示蜂鸣器；21-灯光提示电路；22-提示灯珠。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1所示，教室通风监测监控系统，包括各教室内对应布置安装的内置二氧化碳监测器，所述内置二氧化碳监测器用于实时检测教室内的二氧化碳浓度，且各教室内可以设置一个所述内置二氧化碳监测器，也可以根据教室面积适当增加所述内置二氧化碳监测器的设置数量；还包括置于校园中的外置二氧化碳监测器，所述外置二氧化碳监测器用于实时检测室外即校园内的二氧化碳浓度，所述内置二氧化碳监测器与所述外置二氧化碳监测器分别信号连接至教室通风实时监控器。

在实施例中，当室内二氧化碳浓度较大，空气质量下降时，所述教室通风实时监控器根据所述外置二氧化碳监测器的检测信号，判定室外二氧化碳浓度较小，适合开窗通风时，所述教室通风实时监控器则控制相应教室内的所述内置二氧化碳监测器产生报警信号，以通知相关人员及时通风，改善室内空气质量；当所述教室通风实时监控器根据所述外置二氧化碳监测器的检测信号，判定室外二氧化碳浓度较大，不适合开窗通风时，则所述内置二氧化碳监测器不产生报警信号，待室外条件允许时，再及时报警进行通风提醒。

具体地，所述教室通风实时监控器包括监控计算机，可设置于专门的控制室内，用于实时检测并存储各教室的二氧化碳浓度检测情况，以便于后续查询使用。所述教室通风实时监控器还包括远程监控移动终端，所述远程监控移动终端包括基于GPRS、EDGE、WLAN、Wi-Fi、3G、4G和5G技术的智能手机、笔记本电脑和/或平板电脑，便于实时随地查询控制。

如图2所示，所述内置二氧化碳监测器包括封装外壳1，贯穿所述封装外壳1布置有安装孔，通过安装孔与配置的安装螺栓或螺钉，可以实现将本监测器安装固定到设定的位置。所述封装外壳1内设有印刷电路板，用于安装固定二氧化碳监测过程中使用的各电子元器件。所述封装外壳1上可拆卸安装有信号天线2，所述信号天线2的一端延伸至所述封装外壳1内，以便于与内部的电子部件实现信号连接。

如图3所示，所述印刷电路板上固定安装有用于检测室内二氧化碳浓度的二氧化碳传感器3，所述二氧化碳传感器3的检测端设于所述封装外壳1的外部，用于与室内空气中的二氧化碳接触，实现二氧化碳浓度信号采集。为了提高二氧化碳浓度信号采集的准确性，所述二氧化碳传感器3至少设置一个，根据使用需要或检测精度要求，也可以设置多个。本实施例中二氧化碳传感器3的量程及精度信息如下表所示：

本实施例利用非色散红外原理对空气中存在的CO₂进行探测，具有很好的选择性、无氧气依赖性、寿命长等特点。

如图4、图5、图6、图7和图8所示，所述二氧化碳传感器3的输出端连接有信号处理模块。所述信号处理模块包括带有十六个连接引脚的监测单片机4，所述监测单片机4的输出端连接有存储器5、IIC通讯接口6和串行通讯口7。本实施例中所述监测单片机4选用STC单片机，用于接收并自动完成所述二氧化碳传感器3检测信号的接收与处理。所述存储器5用于存储实施检测的二氧化碳传感器3浓度信号，所述IIC通讯接口6和所述串行通讯口7实现通讯部件的连接，便于数据向外输送。

如图9、图10和图11所示，所述信号处理模块的电源端电连接有电源模块，所述电源模块的电力输入端电连接至室内市电电源。具体地，所述电源模块包括用于与市电连接的插座8，所述插座8电连接有插座降压稳压电路9，所述插座降压稳压电路9输出端的输出电压为+5V，所述插座降压稳压电路9的输出端电连接有插座升压电路10，所述插座升压电路10输出端的输出电压为+33V，所述插座升压电路10的输出端电连接至所述监测单片机4；与所述插座8并联有插接件11，所述插接件11电连接有插接件降压稳压电路12，所述插接件降压稳压电路12输出端的输出电压为+4V，所述插接件降压稳压电路12输出端电连接有插接件升压电路13，所述插接件升压电路13输出端的输出电压为+33V。其中所述插座升压电路10进而所述插接件降压稳压电路12起到电流的自动调节作用，稳定输出电压，使输出电压钳位在定值+5V或+4V，以便于其它部件使用。该模块在相应的升压电路的处理下，可以输出稳定的+33V电压，以供所述监测单片机4及其他电子部件正常工作使用。

所述信号处理模块还连接有无线通讯模组和监控状态提示模块，所述插接件升压电路13的输出端电连接至所述无线通讯模组，所述信号天线2内端设于所述封装外壳1内且连接至所述无线通讯模组，所述信号处理模块、所述电源模块、所述无线通讯模组和所述监控状态提示模块分别固定焊接于所述印刷电路板上。所述无线通讯模组实现检测信号的外部输送或远程输送，本实施例的所述无线通讯模组采用物联网MQTT标准协议。所述监控状态提示模块用于实时显示本监测器的工作状态，及出现二氧化碳浓度超标时及时报警，提醒室内人员及时通风换气，降低二氧化碳的浓度，保证室内空气质量。

具体地，如图12、图13、图14、图15和图16所示，所述无线通讯模组包括与所述监测单片机4连接的无线通讯芯片14，所述无线通讯芯片14连接有SIM卡座15和看门狗电路16，所述SIM卡座15上信号连接有SIM卡17，所述SIM卡座15和所述SIM卡17分别电连接至静电保护电路18。其中所述无线通讯芯片14用于处理信号并与所述信号天线2连接，实现检测信号的远程输送，所述SIM卡座15和所述SIM卡17可选择使用，当未选用该模块时，使该监测器仅能够实现安装室内的现场报警提示；本实施例选用了所述SIM卡座15和所述SIM卡17，可与所述教室通风实时监控器连接，实现远程监控与报警。所述静电保护电路18用于消除所述SIM卡座15和所述SIM卡17的静电，以保护相关电子元器件。

如图17和图18所示，所述监控状态提示模块包括连接在所述监测单片机4的控制端的声音提示电路19，并联在所述监测单片机4的控制端的至少两路灯光提示电路21，所述声音提示电路19上电连接有提示蜂鸣器20，所述灯光提示电路21上电连接有提示灯珠22，所述提示灯珠22贯穿所述封装外壳1嵌装设置。当二氧化碳浓度过高时，所述提示蜂鸣器20在所述监测单片机4的控制下启动，产生声音提示信号，也可以在所述教室通风实时监控器的控制下，由远程控制产生声音提示信号。所述提示灯珠22用于显示该监测器各模块的正常与否，也可以在二氧化碳浓度过高时，形成灯光提示信号。

本实施例所述二氧化碳传感器3在连续运行一段时间后，所述监测单片机4根据环境浓度智能判断零点并自行校准，校准周期为自上电运行起，每二十六小时自动校准一次，自动校准的零点是400ppm。通过二氧化碳传感器3实时检测室内的二氧化碳浓度，并输送至信号处理模块进行处理，信号处理模块判断该室内空气质量下降严重时，可直接通过监控状态提示模块进行提示，也可以在所述教室通风实时监控器的控制下，通过监控状态提示模块进行提示，以告知室内人员及时开窗通风，提高室内空气质量。

综上所述，本实施例是基于物联网建设标准开发的教室专用二氧化碳监测系统，采用MQTT数据传输模式，从各前端监测器(内置二氧化碳监测器)收集教室二氧化碳浓度变化情况，与所述外置二氧化碳监测器检测的室外二氧化碳浓度配合，通过所述教室通风实时监控器实现教室通风信息通知。其中所述外置二氧化碳监测器设置在校园室外环境中，其检测信号作为标准数值监测点，再在学校班级的每个教室内安装所述内置二氧化碳监测器，实现对各教室的二十四小时实时监测监控。即以标准的监测点数值作为参照，监测教室内各时段的二氧化碳数值，如果教室内二氧化碳浓度数值超过设定标准，内置二氧化碳监测器会发出声光报警，及时提醒教室人员进行通风作业，当教室空气质量恢复正常标准，内置二氧化碳监测器停止报警恢复状态，教室完成通风作业，以此往复工作，达到教室始终保持空气良好状态，保障学校师生正常教学工作。

本实施例在实际使用过程中，在通风良好的环境里，空气中二氧化碳的正常含量是0.04％(400PPM)，在大城市里有时候会达到500PPM，因此在室内没有人的情况下，二氧化碳一般在400到600PPM左右即可。因此，首先确定一个教室内标准浓度值为600ppm，再根据每个教室学生数量及教室面积，按照每两分钟上报一次二氧化碳浓度值，每十分钟测算平均浓度值，通过平均值获得该教室数值浓度上升规律，找到最佳通风时间，控制和提醒各教室进行通风作业，上述操作过程、时间间隔也可以在所述教室通风实时监控器进行适当调整。

本实施例通过所述教室通风实时监控器的系统管理界面，可清晰展示当前各个教室内二氧化碳浓度变化情况，并形成数据库，可追溯相应教室的历史数据，管理人员可以从后台设定相应的管理指令，修改班级、学生数量、报警值、各教室情况在线监测等，从而实现远程进行监控，督促或指导各个学校班级在特殊时期或疫情期间做到科学合理的室内环境管理。

本实施例还可设置更高一级的通风实时监控器，既校级通风实时监控器及系统综合大屏，可以全面展示各级辖区内，各所学校空气质量监测设备安装情况、状态，各个学校实时空气质量变化情况，以便于相关管理部门指导和监督校园防疫工作，更好的服务于教学工作。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.教室通风监测监控系统，其特征在于：包括各教室内对应布置安装的内置二氧化碳监测器，置于校园中的外置二氧化碳监测器，所述内置二氧化碳监测器与所述外置二氧化碳监测器分别信号连接至教室通风实时监控器；

所述内置二氧化碳监测器包括封装外壳，所述封装外壳内设有印刷电路板，所述印刷电路板上固定安装有用于检测室内二氧化碳浓度的二氧化碳传感器，所述二氧化碳传感器的检测端设于所述封装外壳的外部，所述二氧化碳传感器的输出端连接有信号处理模块，所述信号处理模块的电源端电连接有电源模块，所述电源模块的电力输入端电连接至室内市电电源，所述信号处理模块还连接有无线通讯模组和监控状态提示模块，所述封装外壳上可拆卸安装有信号天线，所述信号天线内端设于所述封装外壳内且连接至所述无线通讯模组，所述信号处理模块、所述电源模块、所述无线通讯模组和所述监控状态提示模块分别固定焊接于所述印刷电路板上。

2.如权利要求1所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述外置二氧化碳监测器与所述内置二氧化碳监测器的结构相同。

3.如权利要求1所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述信号处理模块包括带有十六个连接引脚的监测单片机，所述监测单片机的输出端连接有存储器、IIC通讯接口和串行通讯口。

4.如权利要求3所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述电源模块包括用于与市电连接的插座，所述插座电连接有插座降压稳压电路，所述插座降压稳压电路输出端的输出电压为+5V，所述插座降压稳压电路的输出端电连接有插座升压电路，所述插座升压电路输出端的输出电压为+33V，所述插座升压电路的输出端电连接至所述监测单片机；与所述插座并联有插接件，所述插接件电连接有插接件降压稳压电路，所述插接件降压稳压电路输出端的输出电压为+4V，所述插接件降压稳压电路输出端电连接有插接件升压电路，所述插接件升压电路输出端的输出电压为+33V，所述插接件升压电路的输出端电连接至所述无线通讯模组。

5.如权利要求3所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述无线通讯模组包括与所述监测单片机连接的无线通讯芯片，所述无线通讯芯片连接有SIM卡座和看门狗电路，所述SIM卡座上信号连接有SIM卡，所述SIM卡座和所述SIM卡分别电连接至静电保护电路。

6.如权利要求3所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述监控状态提示模块包括连接在所述监测单片机的控制端的声音提示电路，并联在所述监测单片机的控制端的至少两路灯光提示电路，所述声音提示电路上电连接有提示蜂鸣器，所述灯光提示电路上电连接有提示灯珠，所述提示灯珠贯穿所述封装外壳嵌装设置。

7.如权利要求1至6任一权利要求所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述教室通风实时监控器包括监控计算机。

8.如权利要求7所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述教室通风实时监控器还包括远程监控移动终端。

9.如权利要求8所述的教室通风监测监控系统，其特征在于：所述远程监控移动终端包括基于GPRS、EDGE、WLAN、Wi-Fi、3G、4G和5G技术的智能手机、笔记本电脑和/或平板电脑。

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