CN214308900U - 一种基于物联网的远程环境监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于物联网的远程环境监测系统，数据采集模块的包括一个以上的环境传感器，这些环境传感器的输出端形成数据采集模块的数据输出端；数据采集模块的数据输出端经由开关控制电路与嵌入式控制器的数据输入端连接；嵌入式控制器的显示输出端与显示屏的显示输入端连接；嵌入式控制器的报警输出端与声光报警模块的报警输入端连接；嵌入式控制器的通信端经由通信模块与环境监测终端相连。本实用新型采用环境监测终端和环境监测上位机的分布式的模块化结构，提高了系统的可拓展性和稳定性，使其适用于各种环境使用，并且可通过终端显示屏或网站查看实时数据或调取往期数据。

Description

一种基于物联网的远程环境监测系统

技术领域

本实用新型涉及环境监测技术领域，具体涉及一种基于物联网的远程环境监测系统。

背景技术

环境监测就是运用现代科学技术方法以间断或连续的形式定量地反映环境质量的指标进行测定和监视，观察并分析其环境影响过程与程度的科学活动。在交通、电信、医疗、教育、环境保护、生物防治等行业中广泛需要检测多种环境参数，但传统的环境监测装置检测功能单一，设施配置效率低且不方便管理，用户体验感较差，且智能化程度不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有环境监测装置存在功能单一且智能化程度不高的问题，提供一种基于物联网的远程环境监测系统。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于物联网的远程环境监测系统，由环境监测上位机和至少一个环境监测终端组成；每个环境监测终端包括供电电源、数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏、通信模块和声光报警模块组成；供电电源的供电输出端与数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏、通信模块和声光报警模块的供电输入端连接；数据采集模块的包括一个以上的环境传感器，这些环境传感器的输出端形成数据采集模块的数据输出端；数据采集模块的数据输出端经由开关控制电路与嵌入式控制器的数据输入端连接；嵌入式控制器的显示输出端与显示屏的显示输入端连接；嵌入式控制器的报警输出端与声光报警模块的报警输入端连接；嵌入式控制器的通信端经由通信模块与环境监测终端相连。

上述方案中，数据采集模块的环境传感器包括水滴采集传感器、温湿度采集传感器、噪声采集传感器、紫外线采集传感器和/或空气信息采集传感器。

上述方案中，供电电源包括电源适配器、变压电路、供电切换模块、集成稳压模块、和电容C1-C2；电源适配器的输入端与220V交流电源连接，电源适配器的输出端与供电切换模块的一个输入端连接；变压电路的输入端与锂电池连接，变压电路的输出端与供电切换模块的另一个输入端连接；供电切换模块的输出端与集成稳压模块的输入端连接，集成稳压模块的输出端与电容C1和电容C2的一端连接；电容C1和电容C2的另一端接地；供电切换模块的输出端形成供电电源的第一供电输出端，并与数据采集模块、显示屏和通信模块的供电输入端连接；集成稳压模块的输出端形成供电电源的第二供电输出端，并与数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏和声光报警模块的供电输入端连接。

上述方案中，通信模块为GSM通信模块。

上述方案中，环境监测上位机设置在监测中心站内，环境监测终端设置在不同的监测点处。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、环境监测终端在嵌入式控制器的控制下，通过数据采集模块采集监测点处的环境信息。由于环境监测终端的数据采集模块内的传感器可以根据监测点的不同需求进行灵活配置，因此能够解决现有环境监测装置功能单一的问题。

2、环境监测上位机能够对分布在不同监测点的环境监测终端的工作进行远程监控，并能够实现各个环境监测终端数据汇总和统计，从而提升整个系统的智能化程度。

3、采用环境监测终端和环境监测上位机的分布式的模块化结构，提高了系统的可拓展性和稳定性，使其适用于各种环境使用，并且可通过终端显示屏或网站查看实时数据或调取往期数据。

附图说明

图1为本实用新型的环境监测终端的原理示意图。

图2为本实用新型的供电电源的原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本实用新型进一步详细说明。

一种基于物联网的远程环境监测系统，由环境监测上位机和至少一个环境监测终端组成。环境监测上位机设置在监测中心站内，环境监测终端设置在不同的监测点处。

每个环境监测终端包括供电电源、数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏、通信模块和声光报警模块组成，如图1所示。数据采集模块的包括一个以上的环境传感器，这些环境传感器的输出端形成数据采集模块的数据输出端。数据采集模块的数据输出端经由开关控制电路与嵌入式控制器的数据输入端连接。嵌入式控制器的显示输出端与显示屏的显示输入端连接。嵌入式控制器的报警输出端与声光报警模块的报警输入端连接。嵌入式控制器的通信端经由通信模块与环境监测终端相连。

上述供电电源包括电源适配器、变压电路、供电切换模块、集成稳压模块、和电容C1-C2，如图2所示。电源适配器的输入端与220V交流电源连接，电源适配器的输出端与供电切换模块的一个输入端IN1连接。在本实施例中，电源适配器采用AC220v转DC5v电源适配器，用于将220v交流电转换为5v直流电。变压电路的输入端与锂电池连接，变压电路的输出端与供电切换模块的另一个输入端IN2连接。在本实施例中，变压电路采用AMS1117降压芯片实现DC12v转DC5v的变压电路。当供电切换模块的输入端IN1有电时，优先选择电源供电。当供电切换模块的输入端IN1无电时，自动切换到供电切换模块的输入端IN2，选择电池供电。供电切换模块的输出端与集成稳压模块的输入端连接。集成稳压模块的输出端与电容C1和电容C2的一端连接。电容C1和电容C2的另一端接地。在本实例中，稳压模块采用五端稳压集成电路RT9193芯片，RT9193芯片适合于几百毫安以上级别电流，使用该变压芯片的优点是，功耗小于0.01uA时为关断模式，具有快速开启时间小于50us，其优良特性包括超低压差电压，高输出精度，限流保护，高纹波抑制比。供电切换模块的输出端形成供电电源的第一供电输出端，并与数据采集模块、显示屏和通信模块的供电输入端连接，为其提供5V直流电源。集成稳压模块的输出端形成供电电源的第二供电输出端，并与数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏和声光报警模块的供电输入端连接，为其提供3.3V直流电源。

上述数据采集模块的环境传感器包括水滴采集传感器、温湿度采集传感器、噪声采集传感器、紫外线采集传感器和/或空气信息采集传感器。

水滴采集传感器用于下雨、漏水、渗水等情况的监测。在本实施例中，水滴采集传感器为利用湿度方式检测的传感器。水滴采集传感器的感应部分包括两根彼此靠近但不会在水滴检测板上交叉的导线。当水滴落在电路板上时，两根金属线会导通，从而产生有电压信号。通过调节水滴采集传感器的电位器灵敏度，可用于下雨、漏水、渗水等情况的监测。

温湿度采集传感器用来监测环境的温度和湿度。在本实施例中，温湿度采集传感器采用DHT11型数字温湿度传感器，其包含温度和湿度的校准数字信号输出。温湿度采集传感器有三个引脚可供使用：VCC，GND和DATA。通信过程从DATA线发送开始信号到DHT11开始，DHT11接收信号并返回应答信号，嵌入式控制器接收应答信号并开始接收40位温湿度数据(8位湿度整数+8位湿度小数+8位温度整数+8位温度小数+8位校验之和)。

噪声采集传感器用来检测周围环境的声音强度。在本实施例中，噪声采集传感器采用咪头采集声音。噪声采集传感器在环境声音强度达不到设定阈值时，噪声采集传感器输出高电平，当外界环境声音强度超过设定阈值时，噪声采集传感器输出低电平。

紫外线采集传感器用来监测紫外线强度。在本实施例中，紫外线采集传感器采用CJMCU-GUVA-S12SD型高灵敏紫外线传感器，其采用氮化镓基材料的肖特基光电二极管，并具有高的响应度和低的暗电流板载LM358放大器对光电二极管输出的微弱信号进行放大。

空气信息采集传感器用来监测甲醛、氨气、氢气和烟雾浓度。在本实施例中，空气信息采集传感器采用MQ-135空气质量检测传感器，其所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。MQ135传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高。使用宽电压LM393比较器，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA，配可调精密电位器调节灵敏度。

上述开关控制电路为一组模拟开关电路，其开关的数量根据数据采集模块的环境传感器的数量所决定，每个环境传感器对应一个开关，通过开关的开闭实现数据采集的控制和扩展。

上述嵌入式控制器采用单片机型号为STM32R8T6，采用STM32系列单片机模块，具有结构简单和故障率低的优势。为了能够实现后续环境监测功能的扩展，嵌入式控制器上设有扩展输入输出接口。

上述声光报警模块中状态指示采用LED发光二极管和蜂鸣器显示。声光报警模块中5个绿色LED分别表示5个信息采集模块的工作状态，常亮则表示工作状态；两个红色LED分别表是火灾和渗水警报，红色LED闪烁且蜂鸣器响起则表示有火灾和漏水隐患。

上述通信模块为GSM通信模块。GSM通信模块采用ATK-SIM900A-V12，板载SIMCOM公司的工业级双频GSM/GPRS模块：SIM900A，工作频段双频：900/1800Mhz，可以低功耗实现数据信息的传输。ATK-SIM900A模块支持RS232串口和LVTTL串口，并带硬件流控制。本实施例中，采用AT指令实现以实现对SIM900A的各种控制，实现数据传输。

环境监测上位机内设搭建有环境监测网站，该网站部分后端采用PHP+MySql的组合进行开发；前后端分离开发，用ajax进行交互；前端框架主要使用vue.js框架，组合HTML、CSS以及Echarts库进行可视化内容展示。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于物联网的远程环境监测系统，其特征是，由环境监测上位机和至少一个环境监测终端组成；

每个环境监测终端包括供电电源、数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏、通信模块和声光报警模块组成；供电电源的供电输出端与数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏、通信模块和声光报警模块的供电输入端连接；数据采集模块的包括一个以上的环境传感器，这些环境传感器的输出端形成数据采集模块的数据输出端；数据采集模块的数据输出端经由开关控制电路与嵌入式控制器的数据输入端连接；嵌入式控制器的显示输出端与显示屏的显示输入端连接；嵌入式控制器的报警输出端与声光报警模块的报警输入端连接；嵌入式控制器的通信端经由通信模块与环境监测终端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的远程环境监测系统，其特征是，数据采集模块的环境传感器包括水滴采集传感器、温湿度采集传感器、噪声采集传感器、紫外线采集传感器和/或空气信息采集传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的远程环境监测系统，其特征是，供电电源包括电源适配器、变压电路、供电切换模块、集成稳压模块、和电容C1-C2；

电源适配器的输入端与220V交流电源连接，电源适配器的输出端与供电切换模块的一个输入端连接；变压电路的输入端与锂电池连接，变压电路的输出端与供电切换模块的另一个输入端连接；供电切换模块的输出端与集成稳压模块的输入端连接，集成稳压模块的输出端与电容C1和电容C2的一端连接；电容C1和电容C2的另一端接地；

供电切换模块的输出端形成供电电源的第一供电输出端，并与数据采集模块、显示屏和通信模块的供电输入端连接；

集成稳压模块的输出端形成供电电源的第二供电输出端，并与数据采集模块、开关控制电路、嵌入式控制器、显示屏和声光报警模块的供电输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的远程环境监测系统，其特征是，通信模块为GSM通信模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的远程环境监测系统，其特征是，环境监测上位机设置在监测中心站内，环境监测终端设置在不同的监测点处。

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