一种基于无线传感网的PM2.5远程监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种PM2.5监测系统,尤其是一种基于无线传感网的PM2.5远程监测系统。
背景技术
目前,随着工业化和城市化的迅速发展,随之而来也带来了环境污染的问题,政府也在时刻关注城市环境质量,以便于对城市的整体规划进行及时、有效、合理的安排。因此,对城市环境质量尤其是对空气质量的监测显得尤为重要。为了能客观、及时地对空气质量(PM2.5)进行监测,有必要设计出一种基于无线传感网的PM2.5远程监测系统,能够实时地对各个监测点处的PM2.5进行监测,并及时上报至控制中心便于进行远程监控。
实用新型内容
本实用新型的目的在于:提供一种基于无线传感网的PM2.5远程监测系统,能够实时地对各个监测点处的PM2.5进行监测,并及时上报至控制中心便于进行远程监控。
为了实现上述实用新型目的,本实用新型提供了一种基于无线传感网的PM2.5远程监测系统,包括中心控制设备以及各个传感节点设备;传感节点设备包括节点控制箱、升降套管、升降调节杆、轴流风机、线路板以及PM2.5传感器;中心控制设备包括设备壳体、显示屏以及RFID读卡器;
升降套管的下端竖向固定安装在一块安装底板上,升降调节杆的下端竖向插装在升降套管中;在升降调节杆上间隔设置有各个定位销孔,在升降套管的管口处螺纹旋合安装有一根锁定螺栓,且锁定螺栓的螺杆端部伸入一个定位销孔中;节点控制箱的后侧面固定安装在升降调节杆上;在节点控制箱上横向贯穿式设置有一个散热通道,轴流风机固定安装在散热通道内;在节点控制箱的内侧下部固定安装有一个电源模块;线路板和PM2.5传感器均固定安装在节点控制箱的内侧上部;在散热通道的上下侧通道侧壁上均贯穿式设置有一个散热块,且上侧的散热块向上延伸贴近线路板,下侧的散热块向下延伸贴近电源模块;在上侧的散热块与线路板之间以及下侧的散热块与电源模块之间均设置有导热硅胶层;在散热块上均横向设置有各个散热槽;PM2.5传感器的进风口通过导流机构连通至散热通道的右侧,PM2.5传感器的出风口通过U形弯管伸出节点控制箱的顶部外;在线路板上设置有节点控制器、风机驱动电路、节点无线通信模块以及节点存储器;节点控制器分别与风机驱动电路、节点无线通信模块、PM2.5传感器以及节点存储器电连接;风机驱动电路与轴流风机电连接,节点控制器通过风机驱动电路驱动轴流风机旋转工作;电源模块分别为节点控制器、风机驱动电路、节点无线通信模块、PM2.5传感器以及节点存储器供电;
在设备壳体的顶部设置有铰接槽口,并在铰接槽口上摆动式铰接安装有一块显示背板;显示屏固定安装在显示背板的前侧面上;RFID读卡器固定安装在设备壳体的前侧面上;在设备壳体内设置有中心控制器、中心无线通信模块、中心存储器以及GSM模块;中心控制器分别与显示屏、RFID读卡器、中心无线通信模块、中心存储器以及GSM模块电连接;中心无线通信模块与各个节点无线通信模块无线组网通信。
进一步的,在升降调节杆的上端部安装有一个太阳能供电机构;太阳能供电机构包括旋转驱动电机、L形杆、旋转套头、安装背板、太阳能电池板、U形支座以及四棱锥端头;旋转套头的上端竖向固定安装在U形支座的下侧面中部;旋转套头的下端旋转式安装在升降调节杆的上端部;在升降调节杆的上端部且位于旋转套头的下方水平设置有一块电机安装板;旋转驱动电机固定安装在电机安装板上,并在旋转驱动电机的输出轴端部对接安装有一根旋转驱动蜗杆;在旋转套头上设置有与旋转驱动蜗杆相啮合的旋转驱动蜗轮;在U形支座上旋转式安装有一根支撑轴,且支撑轴与升降调节杆相垂直;安装背板的背面中部固定安装在支撑轴上;太阳能电池板固定安装在安装背板的正面上;在线路板上设置有太阳能充电电路以及旋转驱动电路;太阳能电池板与太阳能充电电路电连接,太阳能电池板通过太阳能充电电路为电源模块充电;节点控制器与旋转驱动电路电连接,旋转驱动电路与旋转驱动电机电连接,节点控制器通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机旋转工作;L形杆固定安装在升降调节杆的上端部,且L形杆的竖向杆上端部向上延伸至高于太阳能电池板;四棱锥端头固定安装在L形杆的竖向杆上端部;在四棱锥端头的四个锥面上均设置有一个光线强度传感器;控制器与四个光线强度传感器电连接;电源模块分别为旋转驱动电路以及四个光线强度传感器供电。
进一步的,在U形支座的侧边设置有一个角度定位机构;角度定位机构包括定位销杆、回弹压簧、条形拨杆以及定位圆盘;定位圆盘固定安装在支撑轴的轴头上,并在定位圆盘的圆周边缘上间隔设置有锥形销孔;定位销杆通过两个销杆支座抽插式安装在U形支座的侧边上,且定位销杆的端部设置为锥形销头;回弹压簧套设在定位销杆上,且回弹压簧位于两个销杆支座之间;条形拨杆固定安装在定位销杆上;回弹压簧弹性支撑在条形拨杆上,用于推动锥形销头插入对应的锥形销孔中。
进一步的,在设备壳体的前侧面上还设置有与中心控制器电连接的声光报警器。
进一步的,在节点控制箱的顶部设置有与节点控制器电连接的温湿度传感器;电源模块为温湿度传感器供电。
进一步的,在U形弯管的出风口处设置有网板。
进一步的,在散热通道的左右两端通道口处均设置有一块格栅板。
进一步的,导流机构包括缓冲锥形罩以及引风管;缓冲锥形罩固定安装在PM2.5传感器的进风口上;引风管的一端伸入散热通道内,另一端与缓冲锥形罩相对接;在引风管伸入散热通道内的端部上且朝向散热通道进风口的管壁上设置有进风孔。
本实用新型的有益效果在于:利用中心无线通信模块与各个节点无线通信模块无线组网通信能够便于将各个传感节点设备采集的数据上传至中心控制设备,从而实现远程数据采集;利用GSM模块能够在PM2.5数据超过设定的阈值时及时向监控人员的手机发送告警短信;利用上下设置的散热块以及轴流风机的组合,能够实现散热,便于高温条件下传感节点设备也能够长期可靠运行;利用RFID读卡器能够读取监测人员的RFID标签卡,从而在认证识别后及时关闭声光报警器。
附图说明
图1为本实用新型的传感节点设备前视结构示意图;
图2为本实用新型的节点控制箱处局部剖视结构示意图;
图3为本实用新型的中心控制设备前视结构示意图;
图4为本实用新型的系统电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型技术方案进行详细说明,但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1:
如图1-4所示,本实用新型公开的基于无线传感网的PM2.5远程监测系统包括:中心控制设备以及各个传感节点设备;传感节点设备包括节点控制箱1、升降套管2、升降调节杆4、轴流风机24、线路板16以及PM2.5传感器22;中心控制设备包括设备壳体39、显示屏42以及RFID读卡器44;
升降套管2的下端竖向固定安装在一块安装底板3上,升降调节杆4的下端竖向插装在升降套管2中;在升降调节杆4上间隔设置有各个定位销孔5,在升降套管2的管口处螺纹旋合安装有一根锁定螺栓6,且锁定螺栓6的螺杆端部伸入一个定位销孔5中;节点控制箱1的后侧面固定安装在升降调节杆4上;在节点控制箱1上横向贯穿式设置有一个散热通道46,轴流风机24固定安装在散热通道46内;在节点控制箱1的内侧下部固定安装有一个电源模块12;线路板16和PM2.5传感器22均固定安装在节点控制箱1的内侧上部;在散热通道46的上下侧通道侧壁上均贯穿式设置有一个散热块14,且上侧的散热块14向上延伸贴近线路板16,下侧的散热块14向下延伸贴近电源模块12;在上侧的散热块14与线路板16之间以及下侧的散热块14与电源模块12之间均设置有导热硅胶层13;在散热块14上均横向设置有各个散热槽15;PM2.5传感器22的进风口通过导流机构连通至散热通道46的右侧,PM2.5传感器22的出风口通过U形弯管23伸出节点控制箱1的顶部外;在线路板16上设置有节点控制器、风机驱动电路、节点无线通信模块以及节点存储器;节点控制器分别与风机驱动电路、节点无线通信模块、PM2.5传感器21以及节点存储器电连接;风机驱动电路与轴流风机24电连接,节点控制器通过风机驱动电路驱动轴流风机24旋转工作;电源模块12分别为节点控制器、风机驱动电路、节点无线通信模块、PM2.5传感器21以及节点存储器供电;
在设备壳体39的顶部设置有铰接槽口40,并在铰接槽口40上摆动式铰接安装有一块显示背板41;显示屏42固定安装在显示背板41的前侧面上;RFID读卡器44固定安装在设备壳体39的前侧面上;在设备壳体39内设置有中心控制器、中心无线通信模块、中心存储器以及GSM模块;中心控制器分别与显示屏42、RFID读卡器44、中心无线通信模块、中心存储器以及GSM模块电连接;中心无线通信模块与各个节点无线通信模块无线组网通信。
利用中心无线通信模块与各个节点无线通信模块无线组网通信能够便于将各个传感节点设备采集的数据上传至中心控制设备,从而实现远程数据采集;利用GSM模块能够在PM2.5数据超过设定的阈值时及时向监控人员的手机发送告警短信;利用上下设置的散热块14以及轴流风机24的组合,能够实现散热,便于高温条件下传感节点设备也能够长期可靠运行;利用RFID读卡器44能够读取监测人员的RFID标签卡,从而在认证识别后及时关闭声光报警器43。
进一步的,在升降调节杆4的上端部安装有一个太阳能供电机构;太阳能供电机构包括旋转驱动电机9、L形杆17、旋转套头11、安装背板34、太阳能电池板35、U形支座29以及四棱锥端头18;旋转套头11的上端竖向固定安装在U形支座29的下侧面中部;旋转套头11的下端旋转式安装在升降调节杆4的上端部;在升降调节杆4的上端部且位于旋转套头11的下方水平设置有一块电机安装板7;旋转驱动电机9固定安装在电机安装板7上,并在旋转驱动电机9的输出轴端部对接安装有一根旋转驱动蜗杆8;在旋转套头11上设置有与旋转驱动蜗杆8相啮合的旋转驱动蜗轮10;在U形支座29上旋转式安装有一根支撑轴33,且支撑轴33与升降调节杆4相垂直;安装背板34的背面中部固定安装在支撑轴33上;太阳能电池板35固定安装在安装背板34的正面上;在线路板16上设置有太阳能充电电路以及旋转驱动电路;太阳能电池板35与太阳能充电电路电连接,太阳能电池板35通过太阳能充电电路为电源模块12充电;节点控制器与旋转驱动电路电连接,旋转驱动电路与旋转驱动电机9电连接,节点控制器通过旋转驱动电路驱动旋转驱动电机9旋转工作;L形杆17固定安装在升降调节杆4的上端部,且L形杆17的竖向杆上端部向上延伸至高于太阳能电池板35;四棱锥端头18固定安装在L形杆17的竖向杆上端部;在四棱锥端头18的四个锥面上均设置有一个光线强度传感器19;控制器与四个光线强度传感器19电连接;电源模块分别为旋转驱动电路以及四个光线强度传感器19供电。利用太阳能电池板35能够通过太阳能充电电路为电源模块12充电,从而确保传感节点设备在户外长期稳定运行;利用在四棱锥端头18的四个锥面上设置的光线强度传感器19能够对四个方向上的光线强度,从而便于对旋转驱动电机9进行控制,使得太阳能电池板35朝向光线较强的方向。
进一步的,在U形支座29的侧边设置有一个角度定位机构;角度定位机构包括定位销杆38、回弹压簧28、条形拨杆31以及定位圆盘36;定位圆盘36固定安装在支撑轴33的轴头上,并在定位圆盘36的圆周边缘上间隔设置有锥形销孔37;定位销杆38通过两个销杆支座32抽插式安装在U形支座29的侧边上,且定位销杆38的端部设置为锥形销头30;回弹压簧28套设在定位销杆38上,且回弹压簧28位于两个销杆支座32之间;条形拨杆31固定安装在定位销杆38上;回弹压簧28弹性支撑在条形拨杆31上,用于推动锥形销头30插入对应的锥形销孔37中。利用回弹压簧28能够推动锥形销头30插入对应的锥形销孔37中,从而实现对定位圆盘36的定位;利用条形拨杆31能够便于拨动定位销杆38,从而释放定位圆盘36进行太阳能电池板35的俯仰倾角进行调节。
进一步的,在设备壳体39的前侧面上还设置有与中心控制器电连接的声光报警器43。利用声光报警器43能够在告警时进行声光报警。
进一步的,在节点控制箱1的顶部设置有与节点控制器电连接的温湿度传感器45;电源模块12为温湿度传感器45供电。利用温湿度传感器45能够进行温湿度数据采集,从而使得中心控制设备获取更多的环境参数。
进一步的,在U形弯管23的出风口处设置有网板21。利用网板21能够对出风口处进行防护。
进一步的,在散热通道46的左右两端通道口处均设置有一块格栅板20。利用格栅板20能够对两端通道口进行防护。
进一步的,导流机构包括缓冲锥形罩27以及引风管25;缓冲锥形罩27固定安装在PM2.5传感器22的进风口上;引风管25的一端伸入散热通道46内,另一端与缓冲锥形罩27相对接;在引风管25伸入散热通道46内的端部上且朝向散热通道46进风口的管壁上设置有进风孔26。利用进风孔26进行气流导引,能够便于将强气流入流缓冲锥形罩27中进行缓冲,在进入PM2.5传感器22进行采集,确保PM2.5传感器22采集的稳定性和可靠性。
本实用新型公开的基于无线传感网的PM2.5远程监测系统中,节点控制器和中心控制器均采用现有的控制器模块,例如STM32系列单片机模块,用于实现信号的收发协调控制;GSM模块采用现有的GSM模块,用于在告警时及时向监控人员的手机发送告警短信;中心存储器和节点存储器均采用现有的存储器模块,用于存储采集数据;显示屏42采用相应的LED显示屏,用于显示各个传感节点设备的采集数据;声光报警器43采用现有的声光报警器,用于在告警时进行声光报警;RFID读卡器44采用现有的读卡器,用于读取监测人员的RFID标签卡,从而在认证识别后及时关闭声光报警器43;中心无线通信模块和节点无线通信模块均采用现有的Zigbee无线模块,用于实现自组网无线通信来传输数据;旋转驱动电路和风机驱动电路均采用现有的电机驱动电路,用于分别对旋转驱动电机9和轴流风机24进行旋转驱动;光线强度传感器19采用现有的光线强度传感器,用于对光线强度进行实时检测;温湿度传感器45采用现有的温湿度传感器,用于实时检测温湿度;PM2.5传感器22采用现有的PM2.5传感器,用于对PM2.5进行实时监测;电源模块12采用现有的蓄电池及其稳压电路构成,传感节点设备还可以外接市电,利用稳压电路将市电转换为系统所需要的各种电压。
本实用新型公开的基于无线传感网的PM2.5远程监测系统在安装使用时,根据现场安装环境具体情况调节升降调节杆4的高度以及太阳能电池板35的俯仰倾角;在传感节点设备启动后,节点控制器通过风机驱动电路驱动轴流风机24旋转工作,从而吹动气流对上下散热块14进行散热,同时使得气流流动由进入进风孔26,由PM2.5传感器22对进入气流进行分析获得PM2.5数据,PM2.5传感器22将采集的数据发送给节点控制器,同时温湿度传感器45实时采集温湿度数据,四个光线强度传感器19采集光线强度数据,节点控制器通过节点无线通信模块与中心无线通信模块无线通信将采集的PM2.5数据、温湿度数据以及最大的光线强度数据发送至中心控制器,中心控制器通过显示屏42实时显示各个传感节点设备上传的PM2.5数据、温湿度数据以及光线强度数据;中心控制器对接收的PM2.5数据进行判断,若超过设定的阈值,则启动声光报警器43进行声光报警器,同时控制GSM模块向监控人员的手机发送告警短信;监测人员收到告警短信后及时赶赴中心控制设备处进行查看,在显示屏42上查找到哪个传感节点设备的PM2.5数据超标,再去启动该传感节点设备处的雾化除尘装置,再在RFID读卡器44处刷卡,从而及时关闭声光报警器43;在四个光线强度传感器19采集光线强度数据后,由节点控制器判断哪个朝向的光线强度传感器19数据较大,则通过旋转驱动电路控制旋转驱动电机9旋转工作,将太阳能电池板35的朝向调整至数据较大光线强度传感器19的朝向,若四个光线强度传感器19的采集数据均低于最低阈值,则不进行大小判断,也不进行旋转驱动电机9的旋转控制。
如上所述,尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型,但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下,可对其在形式上和细节上作出各种变化。