CN204269515U - 一种手持式雾霾监测仪 - Google Patents

Abstract

一种手持式雾霾监测仪，它主要包括机体、天线及PCB主板，PCB主板由嵌入式智能处理器模块、雾霾（PM2.5）监测模块、温湿度监测模块、操作键盘模块，液晶显示屏模块，远程无线数据发送模块，电源模块构成；它解决了传统环境监测设备价格昂贵、使用不便、普及率不高、产品无法推广的缺点；广泛适用各种周边环境监测使用，特别适用各类农场、校园、小区、医院等小范围的环境监测使用。

Description

一种手持式雾霾监测仪

技术领域

本实用新型涉及一种手持式雾霾监测仪。

背景技术

雾霾、环境污染、全球气温变暖等环境问题越来越受到人们的关注；目前对环境监测的设备比较多，但都是政府气象部门使用的大型监测设备，不但价格昂贵，并且操作也很不方便，只有非常专业的人员才能够使用；因此，尽管人们对环境的关注程度非常高，而环境监测仪器普及率非常低，目前的环境监测仪完全不适合小范围，如农场、校园、小区、医院等场合使用。

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种手持式雾霾监测仪及远程实时监测终端，既能满足人们对环境监测的需求，又功能强大、价格便宜、方便使用；且产品投入成本低，易于普及推广。

为了实现上述目的，一种手持式雾霾监测仪，它主要包括机体、天线及PCB主板，所述PCB主板由嵌入式智能处理器模块、雾霾（PM2.5）监测模块、温湿度监测模块、操作键盘模块、液晶显示屏模块、远程无线数据发送模块、实时时钟模块、电源模块构成。

为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是：天线固定于机体的最上端并与PCB主板上的远程无线数据发送模块连接；电源模块为锂电池并与嵌入式智能处理器模块连接；雾霾（PM2.5）监测模块、温湿度监测模块、操作键盘模块、液晶显示屏模块、实时时钟模块、远程无线数据发送模块分别与嵌入式智能处理器模块单独连接并固定于PCB主板上；机体上设有温湿度测量进气格栅和雾霾（PM2.5）监测进气格栅；操作键盘模块上设有“加”、“菜单”、“减”、“移动”四个按键。

本实用新型还提供一种远程实时监测终端，它包括由远程无线数据接收模块、数据处理模块、电脑及实时监测显示软件组成。

本实用新型一种手持式雾霾监测仪，它主要包括机体、天线及PCB主板，所述PCB主板由嵌入式智能处理器模块、雾霾（PM2.5）监测模块、温湿度监测模块、操作键盘模块、液晶显示屏模块、实时时钟模块、远程无线数据发送模块、电源模块构成的技术方案；它解决了传统环境监测设备价格昂贵、使用不便、普及率不高、产品无法推广的缺点。

本实用新型相比现有技术所产生的有益效果：

Ⅰ、本实用新型的核心控制模块采用高性能、高可靠性、低成本、小体积的嵌入式智能处理器，整个设计具有比较高的智能化程度与可靠性；

Ⅱ、本实用新型采用高精度的雾霾（PM2.5）监测传感器，可有效检测1μ(10^-6) m以上的尘埃颗粒，具有较高的精度和灵敏度；

Ⅲ、本实用新型采用高可靠性的温湿度监测传感器，监测数据稳定可靠；

Ⅳ、本实用新型采用模块设计，体积非常小，整个仪器只有4个控制按键，使用非常方便；整个产品的成本控制低，价格合理，商业前景可观；

Ⅴ、本实用新型的监测数据不但可以通过现场实时显示，还可以通过无线数据传输的方式，在远程电脑终端进行显示、分析、存储，具有数据的分析和保存功能；

Ⅵ、本实用新型构思巧妙，结构紧凑、科学合理，综合功能多；能有效监测周边的环境数据并为生产生活提供参考和依据，具有较强的实用价值与市场推广价值。

本实用新型广泛适用各种周边环境监测使用，特别适用各类农场、校园、小区、医院等小范围的环境监测使用。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型硬件设计框图。

图3为远程实时监测终端示意图。

图4为本实用新型运行程序流程框图。

图5为本实用新型电源模块原理图。

图中：1、机体，2、天线，3、PCB主板，4、液晶显示模块，5、嵌入式智能处理器模块，6、操作键盘模块，61、“加”按键，62、“菜单”按键，63、“减”按键，64、“移动”按键，7、电源模块，8、温湿度监测模块，9、雾霾（PM2.5）监测模块，10、温湿度测量进气格栅，11、雾霾（PM2.5）监测进气格栅，12、远程无线数据接收模块，13、数据处理模块，14、电脑，15、实时监测显示软件。

具体实施方式

参照附图，本实用新型是这样实现的：一种手持式雾霾监测仪，其特征在于它主要包括机体1、天线2及PCB主板3，所述PCB主板3由嵌入式智能处理器模块5、雾霾（PM2.5）监测模块9、温湿度监测模块8、操作键盘模块6、液晶显示模块4、远程无线数据发送模块、实时时钟模块、电源模块7构成。

如图1所示，本实用新型的天线2固定于机体1的最上端并与PCB主板3上的远程无线数据发送模块连接；电源模块7为锂电池并与嵌入式智能处理器模块5连接；雾霾（PM2.5）监测模块9、温湿度监测模块8、操作键盘模块6、液晶显示模块4、实时时钟模块、远程无线数据发送模块分别与嵌入式智能处理器模块5单独连接并固定于PCB主板3上；机体1上设有温湿度测量进气格栅10和雾霾（PM2.5）监测进气格栅11；操作键盘模块上设有“加”按键61、“菜单”按键62、“减”按键63、“移动”按键64四个按键；按键只有在调整时间的时候才会用到，如果监测仪需要调整时间，则首先按“菜单”按键62，进入时间设置界面，然后按“移动”按键64可以在小时、分钟、秒三者之间进行切换，最后按“加”按键61或者“减”按键63，进行相应的调整。

如图3所示，远程实时监测终端主要由远程无线数据接收模块12、数据处理模块13、电脑14及实时监测显示软件15组成；远程无线数据接收模块12能接收500-1000米范围内的远程环境监测数据，并传输给数据处理模块13进行数据分析处理，并在电脑14上通过实时监测显示软件15进行数据实时显示及完成数据存储功能。

如图4所示，本实用新型的工作流程是：首先接通电源，经操作键盘模块6设置时间并确认开始后，温湿度监测模块8、雾霾（PM2.5）监测模块9通过进气格栅开始采集数据，然后嵌入式智能处理器5对采集到的监测数据进行数据处理，将模拟信号转换为数字信号，并进行数字滤波、数据变换等一系列计算；最后将转换后的数据以及实时时间在嵌入式智能处理器5控制下，送到液晶显示模块4和远程无线数据发送模块，进行实时数据显示和远程无线数据传输；在整个监测的过程中，如果有按键按下，则执行相应的按键调整程序，如果没有按键按下，则直接返回，重新进行环境数据的监测；整个监测过程是一个无限循环的结构，保证对外界所有环境数据的变化有及时准确的响应。

如图5所示，电源模块7包括锂电池及电源适配器，主机电路需要两种供电电压，其中，嵌入式智能处理器模块5、温湿度监测模块8、操作键盘模块6、液晶显示模块4、雾霾（PM2.5）监测模块9等采用DC 5伏电压供电，远程无线数据发送模块采用DC 3.3伏电压供电；因此，锂电池输出的DC 7.4伏电压需要分别经过DC-DC电压转换模块1和DC-DC电压转换模块2转换为DC 3.3伏和DC 5伏，再分别与远程无线数据发送模块、嵌入式智能处理器模块5及其他模块相连接；锂电池的充电由锂电池充电管理模块进行管理，当锂电池没电的时候，连接上电源适配器及220伏电压，通过锂电池充电管理模块对锂电池进行充电，锂电池电量充满之后，锂电池充电管理模块自动切断充电电流，以免锂电池过充而损坏。

本实用新型的嵌入式智能处理器模块5包含采用低成本、低功耗、高性能的嵌入式处理器STM32F103CBT6，并使用高性能的ARM? Cortex?-M3 32位的RISC内核，工作频率可以达到72MHz；广泛应用于电机驱动和控制、医疗和手持式设备、PC游戏外设和GPS平台。

本实用新型的雾霾（PM2.5）监测模块9包含日本SHARP公司的GP2Y1010AU0F雾霾、粉尘颗粒传感器；该传感器采用粒子计数原理，可灵敏检测直径1μm以上的粒子，内置加热器可实现自动吸入空气；并采用直流5伏电压供电，当插上电源后1秒内会稳定、正常的运行，通过粒子计数原理，计算空气中的尘埃浓度，并以直流电压的形式输出。空气中的灰尘颗粒越多，输出的电压越高，计算的公式如下：输出电压值=粉尘浓度（mg/m³）÷10×K(V/0.1mg/m³)+无尘时输出电压（其中K为传感器检出感度），输出的电压为模拟信号，经过嵌入式处理器的模拟/数字转换模块，将模拟信号转变为数字信号，嵌入式处理器根据传感器输出的电压高低，可以计算出空气中尘埃的浓度。

本实用新型的温湿度监测模块8包含采用DHT11数字温湿度传感器，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性；传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件；该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点；每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准，校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数；该传感器采用单总线技术，只需要一根总线与嵌入式智能处理器相连接，使***集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择；该传感器的供电电压范围3.3-5.5V DC，湿度测量范围20-90%RH，测量精度±5%RH，温度测量范围0-50℃，测量精度±1℃；输出信号为数字信号，嵌入式智能处理器可以直接读取采样数据并进行处理。

本实用新型的实时时钟模块包含采用DS1302数字时钟作为核心控制芯片，DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V；该芯片采用三线接口与嵌入式智能处理器进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据；输出的信号为数字信号，可以直接被嵌入式智能处理器进行数据处理。

本实用新型的液晶显示模块4包含采用LCD液晶屏，具体型号为DV12864，可以显示汉字、数字、字母以及其他图形；该显示屏与嵌入式处理器采用并口通信，嵌入式处理器采集到的温度、湿度、雾霾以及时间等数据，经过内部处理之后，显示在液晶屏上。

   本实用新型的远程无线数据发送（接收）模块部分包含采用NRF905无线通信模块，nRF905采用挪威Nordic公司的VLSI ShockBurst技术；ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖；通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定；nRF905可以通过软件设置为 RX模式（接收）和 TX模式（发射），在通信过程中，只要设置正确的发射地址和接收地址，地址匹配后，可以完成数据的无线传输；nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗；在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和数据准备就绪DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自接收完成；在ShockBurst TX模式中nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成。

远程电脑监测终端包含采用LabVIEW开发环境进行编程开发；LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言；它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件；LabVIEW集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能；它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数；这是一个功能强大且灵活的软件；利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。

Claims (3)

1.一种手持式雾霾监测仪，其特征在于它主要包括机体、天线及PCB主板，所述PCB主板由嵌入式智能处理器模块、雾霾PM2.5监测模块、温湿度监测模块、操作键盘模块、液晶显示模块、远程无线数据发送模块、实时时钟模块、电源模块组成；所述天线固定于机体的最上端并与PCB主板上的远程无线数据发送模块连接；所述电源模块为锂电池并与嵌入式智能处理器模块连接；所述雾霾PM2.5监测模块、温湿度监测模块、操作键盘模块、液晶显示模块、实时时钟模块、远程无线数据发送模块分别与嵌入式智能处理器模块单独连接并固定于PCB主板上。

2.根据权利要求1所述的一种手持式雾霾监测仪，其特征在于所述机体上设有温湿度测量进气格栅和雾霾监测进气格栅。

3.根据权利要求1所述的一种手持式雾霾监测仪，其特征在于所述操作键盘模块上设有“加”、“菜单”、“减”、“移动”四个按键。