CN202583050U - 一种二氧化碳检测节点 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种二氧化碳检测节点，其由低功耗的数据处理单元例如TelosB节点和二氧化碳传感器构成，能够自组织形成二氧化碳的检测网络，通过该检测网络获取监测区域的二氧化碳浓度值，并通过数据中心对来自各个二氧化碳检测节点的二氧化碳浓度值进行分析，从而获得各个二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳气体的流向，最终完成对监测区域中碳排及碳汇的实时监测，同时，利用自组网的特性，二氧化碳检测节点的部署地点有较强的灵活性，而且通过无线技术，可以在林业中较复杂的地理位置进行测量和传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及二氧化碳的检测领域，尤其涉及一种二氧化碳检测节点。
背景技术
以变暖为主要特征的全球气候变化是当今人类社会面临的最大威胁之一，日益受到世界各国的广泛关注，成为当今国际政治、经济、环境和外交领域的热点。应对气候变化，拯救地球家园，是全人类共同的使命。每个国家在减少温室气体尤其是二氧化碳（CO2）气体的排放，有义不容辞的责任。为了合理控制二氧化碳的排放，就需要对一定区域中二氧化碳的浓度及流动方向进行检测。
传统的检测二氧化碳的浓度、流动方向及其它相关信息方法是通过二氧化碳传感器基于单一主控设备的传输模型实现的，将单个二氧化碳检测设备获取二氧化碳的浓度等相关信息作为整个监测区域的监测结果，而不是通过多个二氧化碳检测设备来协同测定某一区域的CO2浓度，这样将导致检测出的二氧化碳浓度不准确，无法精确测定二氧化碳的气体流向，而且由于单个二氧化碳检测设备所需的功率较大，不适合长期部署。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种二氧化碳检测节点，该二氧化碳检测节点基于低功耗的网络传输平台能够自组织形成二氧化碳的检测网络，并可以大规模长期部署，完成对监测区域中碳排即二氧化碳的排放，及碳汇即二氧化碳的吸收的实时监测。
为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
一种二氧化碳检测节点，包括：数据采集单元和数据处理单元；
所述数据采集单元，用于采集监测区域的环境数据，并将所述环境数据传入数据处理单元，其中，所述环境数据包括二氧化碳的浓度信息；
所述数据处理单元，与数据采集单元连接，用于处理所述环境数据，获得所述二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳浓度值，并将所述二氧化碳浓度值无线发送给数据中心进行分析。
特别地，所述数据采集单元包括二氧化碳传感器。
特别地，所述数据处理单元包括：
处理器，与数据采集单元连接，用于处理数据采集单元传入的环境数据，获得所述二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳浓度值；
存储单元，与处理器连接，用于存储所述二氧化碳浓度值；
无线通讯单元，与处理器连接，用于将处理器传入的所述二氧化碳浓度值无线发送给数据中心进行分析；
电源单元，与处理器连接，用于为处理器、存储单元及无线通讯单元供电。
特别地，所述数据处理单元还包括：
扩展接口单元，与处理器连接，用于实现数据采集单元的接口与处理器接口之间的转换，将数据采集单元采集的数据传入处理器。
特别地，所述数据处理单元还包括：
调试接口单元，与处理器连接，用于连接计算机，通过计算机对处理器进行调试，其中，所述调试接口单元包括通用串行总线（USB）接口和联合测试行为组织（JTAG）接口。
特别地，所述二氧化碳检测节点还包括：
数据采集控制单元，与扩展接口单元和数据采集单元连接，用于控制数据采集单元的启动和关闭，并将数据采集单元采集的环境数据传入处理器。
特别地，所述数据处理单元，还用于
通过无线通讯单元收集与该二氧化碳检测节点部署在同一监测区域的其他二氧化碳检测节点的运行状态信息，并根据该运行状态信息将二氧化碳浓度值发送给所述其他二氧化碳检测节点中的其中一个二氧化碳检测节点。
特别地，所述数据处理单元进一步包括：
天线单元，与无线通讯单元连接，用于将无线通讯单元传入的二氧化碳浓度值直接发送给数据中心或通过该二氧化碳检测节点部署在同一监测区域的其它二氧化碳检测节点发送给数据中心。
特别地，所述数据处理单元选用TelosB节点，其中，TelosB是柯思博（CrossBow）公司生产的Telos系列节点的Rev.B。
本实用新型提供的二氧化碳检测节点由低功耗的数据处理单元例如TelosB节点和二氧化碳传感器构成，能够自组织形成二氧化碳的检测网络，通过该检测网络获取监测区域的二氧化碳浓度值，并通过数据中心对来自各个二氧化碳检测节点的二氧化碳浓度值进行分析，从而获得各个二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳气体的流向，最终完成对监测区域中碳排及碳汇的实时监测，同时，利用自组网的特性，二氧化碳检测节点的部署地点有较强的灵活性，而且通过无线技术，可以在林业中较复杂的地理位置进行测量和传输。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的二氧化碳检测节点的结构图。
图2为本实用新型实施例提供的数据采集控制单元的电路结构图。
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，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
请参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的二氧化碳检测节点的结构图。
本实施例中二氧化碳检测节点包括：数据采集单元101、数据采集控制单元103以及数据处理单元102。所述数据处理单元102包括：扩展接口单元1021、处理器1022、存储单元1023、电源单元1027、无线通讯单元1024以及天线单元1025。
所述数据采集单元101，用于采集监测区域的环境数据，并将所述环境数据传入数据处理单元102，其中，所述环境数据包括二氧化碳的浓度信息。
为了对监测区域的碳汇和碳排进行精确的测量,需要获取与计算碳汇和碳排相关的各种环境数据,例如二氧化碳的浓度信息、温度信息、湿度信息以及光照信息等。该实施例中数据采集单元101包括：二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器以及光照传感器，分别用于采集监测区域中的二氧化碳的浓度信息、温度信息、湿度信息以及光照信息，并将上述信息传入数据处理单元102。其中，所述二氧化碳传感器选用英国GSS公司生产的COZIR二氧化碳传感器。COZIR是一款红外超低功耗二氧化碳传感器，功耗只有3.5mW（毫瓦）,工作电流1mA（毫安）,性能非常稳定。所述数据处理单元102，与数据采集单元101连接，用于处理所述环境数据，获得所述二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳浓度值，并将所述二氧化碳浓度值无线发送给数据中心进行分析。
本实施例中数据处理单元102选用TelosB节点，其中，TelosB是柯思博（CrossBow）公司生产的Telos系列节点的Rev.B。
TelosB节点通过无线通讯单元1024收集与该二氧化碳检测节点部署在同一监测区域的其他二氧化碳检测节点的运行状态信息，并根据该运行状态信息将二氧化碳浓度值发送给所述其他二氧化碳检测节点中的其中一个二氧化碳检测节点。根据其它二氧化碳检测节点的通信状态，将二氧化碳浓度值发送给所述其他二氧化碳检测节点中通信链路连通的二氧化碳检测节点。这样一来保证了在其中一条通讯链路断开的情况下，二氧化碳检测节点依然能够将采集的二氧化碳浓度值发送给数据中心。
所述数据采集控制单元103，与扩展接口单元1021和数据采集单元101连接，用于控制数据采集单元101的启动和关闭，并将数据采集单元101采集的环境数据传入处理器1022。
为了缩小本实用新型的体积，节省电能，本实用新型中设置有数据采集控制单元103。如图2所示，该控制单元实现了Telosb节点的外置接口P1与COZIR的外置接口P2的引脚转化，使Telosb节点与COZIR可以很好嵌合，从而缩小了本实用新型的体积。而且，数据采集控制单元103通过外置接口P1的引脚AVCC输出电压给COZIR供电，通过Telosb节点的处理器控制引脚GIO0的电平高低，从而通过引脚ON/OFF控制控制开关U1的通断，其中，所述控制控制开关U1的型号为FDG6331L。当引脚GIO0电平拉高时，控制开关U1接通，COZIR启动，开始工作；当本实用新型进入休眠的状态的时候，引脚GIO0的电平拉低，控制开关U1断开，COZIR关闭。本实用新型工作状态时的功率为30mW，在休眠的时候的功率是0.016mW，节省了电能。另外，图2中电阻R1和电阻R3的阻值分别为100KΩ（千欧）和1KΩ。
所述扩展接口单元1021，与处理器1022连接，用于实现数据采集单元101的接口与处理器1022接口之间的转换，将数据采集单元101采集的数据传入处理器1022。
由于本实用新型需要连接不同种类、不同接口类型的传感器，如二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器以及光照传感器，因此在本实用新型中设置了扩展接口单元1021。通过扩展接口单元1021实现数据采集单元101包括的二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器以及光照传感器与处理器1022之间的数据通信。
所述处理器1022，与数据采集单元101连接，用于处理数据采集单元101传入的环境数据，获得所述二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳浓度值。
本实施例中，处理器1022选用型号为MPS430F1611混合信号微控制器，对数据采集单元101传入的环境数据进行综合分析处理，从而计算出二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳浓度值。
所述存储单元1023，与处理器1022连接，用于存储所述二氧化碳浓度值。
本实施例中的存储单元1023选用闪存（flash）,用于存储处理器1022的数据处理结果例如二氧化碳浓度值。
所述无线通讯单元1024，与处理器1022连接，用于将处理器1022传入的所述二氧化碳浓度值无线发送给数据中心进行分析。
所述无线通讯单元1024选用型号为CC2420的无线通信芯片，它的通信方式为ZigBee协议，其中，所述ZigBee协议是一种低速短距离传输的无线网络协定，底层是采用IEEE802.15.4标准规范的媒体存取层与实体层，主要特色有低速、低耗电、低成本、支援大量网络节点、支援多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠及安全。所述CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHzIEEE802.15.4标准的射频收发器。
在本实施例中，作为数据处理单元102的TelosB节点中内置有天线单元1025，其与无线通讯单元1024连接，用于将无线通讯单元1024传入的二氧化碳浓度值直接发送给数据中心或通过与该二氧化碳检测节点部署在同一监测区域的其它二氧化碳检测节点发送给数据中心,通信距离能够达到100米。天线单元1025也可以选择单独设置在本实用新型外部。
为了能够通过计算机对处理器1022进行调试，在数据处理单元102中设置有调试接口单元1026，其与处理器1022连接，用于连接计算机，通过计算机对处理器1022进行调试。
所述调试接口单元1026包括通用串行总线（USB）接口和联合测试行为组织（JTAG）接口，可以选择这两种接口模式对处理器1022进行调试。
整个二氧化碳检测节点的电能供应是由电源单元1027完成的，电源单元1027与处理器1022连接，用于为处理器1022、存储单元1023、无线通讯单元1024、数据采集单元101以及数据采集控制单元103供电等提供电能。电源单元1027通过两节5号干电池就能保证整个二氧化碳检测节点的稳定工作，其中，所述数据采集单元101通过3.3V低电压供电，提供四线制的连线方式。
本实用新型的灵活性高，二氧化碳检测节点之间自组织形成检测网路，对二氧化碳节点的个数没有特殊要求，只要二氧化碳检测节点的个数大于两个就可以进行组网，构建检测网络。而且，由于本实用新型中的二氧化碳检测节点可以与多种传感器连接，采集与碳汇测量计算的相关参数如风力、温度、光照、湿度、红外等，从而建立更精确的碳汇测量。通过数据中心对来自各个二氧化碳检测节点的二氧化碳浓度值进行分析，从而获得各个二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳气体的流向，最终完成对监测区域中碳排及碳汇的实时监测。
上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种二氧化碳检测节点，其特征在于，包括：数据采集单元和数据处理单元；
所述数据采集单元，用于采集监测区域的环境数据，并将所述环境数据传入数据处理单元，其中，所述环境数据包括二氧化碳的浓度信息；
所述数据处理单元，与数据采集单元连接，用于处理所述环境数据，获得所述二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳浓度值，并将所述二氧化碳浓度值无线发送给数据中心进行分析。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，所述数据采集单元包括二氧化碳传感器。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，所述数据处理单元包括：
处理器，与数据采集单元连接，用于处理数据采集单元传入的环境数据，获得所述二氧化碳检测节点所在位置的二氧化碳浓度值；
存储单元，与处理器连接，用于存储所述二氧化碳浓度值；
无线通讯单元，与处理器连接，用于将处理器传入的所述二氧化碳浓度值无线发送给数据中心进行分析；
电源单元，与处理器连接，用于为处理器、存储单元及无线通讯单元供电。
4.根据权利要求3所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，所述数据处理单元还包括：
扩展接口单元，与处理器连接，用于实现数据采集单元的接口与处理器接口之间的转换，将数据采集单元采集的数据传入处理器。
5.根据权利要求4所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，所述数据处理单元还包括：
调试接口单元，与处理器连接，用于连接计算机，通过计算机对处理器进行调试，其中，所述调试接口单元包括通用串行总线（USB）接口和联合测试行为组织（JTAG）接口。
6.根据权利要求5所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，还包括：
数据采集控制单元，与扩展接口单元和数据采集单元连接，用于控制数据采集单元的启动和关闭，并将数据采集单元采集的环境数据传入处理器。
7.根据权利要求6所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，所述数据处理单元，还用于
通过无线通讯单元收集与该二氧化碳检测节点部署在同一监测区域的其他二氧化碳检测节点的运行状态信息，并根据该运行状态信息将二氧化碳浓度值发送给所述其他二氧化碳检测节点中的其中一个二氧化碳检测节点。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，所述数据处理单元进一步包括：
天线单元，与无线通讯单元连接，用于将无线通讯单元传入的二氧化碳浓度值直接发送给数据中心或通过与该二氧化碳检测节点部署在同一监测区域的其它二氧化碳检测节点发送给数据中心。
9.根据权利要求8所述的二氧化碳检测节点，其特征在于，所述数据处理单元选用TelosB节点，其中，TelosB是柯思博（CrossBow）公司生产的Telos系列节点的Rev.B。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103175943A (zh) * | 2013-02-27 | 2013-06-26 | 北京师范大学 | 一种基于自动采样分析的园区绿地碳汇能力检测*** |
| CN112683837A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-04-20 | 杭州麦乐克科技股份有限公司 | 一种基于红外技术的二氧化碳浓度检测方法 |
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