[发明专利]基于传感器网络的空气质量监测设备

说明书

技术领域

本发明属于无线通信和嵌入式系统技术领域，具体涉及一种基于传感器网络的空气质量监测设备。

背景技术

环境与发展是当今国际社会普遍关注的重大问题。研究与开发空气质量监测设备，可以了解和评价空气质量状况，更好地保护环境。

目前，全国各地陆续建立了现代化的空气质量监测站，对环境保护起了巨大的推动作用。但也面临着如下问题：1)监测站点仪器类型多样，数据采集设备繁多，不具有通用性，且相互间兼容性差，没有规范的通信协议；2)现场监测数据通常以有线方式传至监测中心，通信方式落后，监测网络管理水平低下。

随着计算机、网络、无线通信等技术的发展，建设网络化、智能化的新一代空气质量实时监测设备成为可能。无线传感器网络(Wireless SensorNetworks，WSNs)作为一项新兴的技术，提供了一种全新的信息获取和处理途径。无线传感器网络是由低成本、低功耗的微型传感器节点通过自组织通信形成的分布式网络。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息，并发送给观察者。WSNs可以广泛应用于军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、灾难预测与救助等领域。基于无线传感器网络构建空气质量监测系统是无线传感器网络在环境监测方面的典型应用。与现有的空气质量监测设备相比，基于无线传感器网络的空气质量监测设备具有对生态环境影响小、监测密度高且范围广、系统成本低等优点。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于传感器网络的空气质量监测设备。

本发明所采用的技术方案为：

基于传感器网络的空气质量监测设备包括基于ZigBee无线技术的空气质量监测节点、基于ZigBee和通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)无线技术的基站和利用GPRS网络实现与基站通信的监测中心。该类网络适用于采集点需多点密集布署的场合。

各个监测节点通过自组方式构成网络，基站接收监测节点采集的空气质量参数，对数据处理后保存，并通过GPRS网络发送至远程监测中心。同时，远程监测中心也可以通过基站给现场的监测节点发送命令，实现数据、指令的反向传输，以达到远程控制的目的。

所述的基于ZigBee无线技术的空气质量监测节点包括电源管理模块、空气质量参数采集模块、微处理器模块和ZigBee射频模块。

所述的电源管理模块包括电压为12V的YSD-12450锂电池、以LM2596-3.3为核心的电压转换电路和以LM2596-12为核心的电压转换电路，锂电池为3.3V电压转换电路和12V电压转换电路提供电源；3.3V电压转换电路分别为微处理器模块、ZigBee射频模块供电；12V电压转换电路为空气质量参数采集模块供电；3.3V电压转换电路和12V电压转换电路均采用成熟产品；

所述的空气质量参数采集模块包括温湿度变送器、气压变送器、二氧化硫变送器、一氧化氮变送器、二氧化氮变送器和I/V转换电路；

温湿度变送器信号输出端与I/V转换电路的第一通道连接，气压变送器信号输出端与I/V转换电路的第二通道连接，二氧化硫变送器信号输出端与I/V转换电路的第三通道连接，一氧化氮变送器信号输出端与I/V转换电路的第四通道连接，二氧化氮变送器信号输出端与I/V转换电路的第五通道连接；

所述的微处理器模块的控制端与12V电压转换电路连接，微处理器模块的电源端与3.3V电压转换电路连接，微处理器模块的A/D转换器与I/V转换电路连接；

所述的基于ZigBee和GPRS无线技术的基站包括基站电源管理模块、基站微处理器模块、ZigBee射频模块和GPRS传输模块。

基站电源管理模块包括：电池、3.3V基站电压转换电路模块、基站微处理器模块、ZigBee射频模块和GPRS传输模块。

电池为3.3V基站电压转换电路模块提供电源，3.3V基站电压转换电路模块分别与基站微处理器模块、ZigBee射频模块以及GPRS传输模块连接；

基站微处理器模块通过SPI接口与ZigBee射频模块信号连接，基站微处理器模块通过USART串口与GPRS传输模块信号连接。

所述的利用GPRS网络实现与基站通信的监测中心包括监测软件和数据库。监测软件提供完整的监测界面，实现历史数据查询、实时数据显示、数据分析、报警状态查询等功能。监测中心负责监测整个空气环境状况的变化，实现对现场的有效监测和管理。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：