一种基于无线通信的空气污染监测系统的制作方法

本实用新型主要涉及污染监测领域，更具体地说，涉及一种基于无线通信的空气污染监测系统。

背景技术：

随着人类社会的迅速发展，大气污染对人们的健康已造成严重的影响，大气污染监测技术的研究正在成为国民经济发展中不可或缺的环节。目前我国对大气环境的监测主要采用两种方法：一种是传统人工取样实验室分析法；另一种是采用国内外进口的自动化大气环境监测进行在线监测的方法。虽然第一种方法所用的设备简单，但是不能提供被监测气体的实时值，而且监测结果受人为的影响很大。第二种方法对大气环境监测具有准确、灵敏和分辨率高的特点，但是所有设备结构复杂。价格昂贵、国产化低、难以维护、运营成本高，所以很难在全国普及。

技术实现要素：

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种基于无线通信的空气污染监测系统，检测模块检测环境中的CO₂浓度、PM2.5含量、甲醛含量等环境信息，通过红外测距模块检测在空气污染程度不同的情况下，红外线传输相同距离所用时间是否一致，将检测到的空气环境信息同位置信息通过无线传输出去。

为解决上述技术问题，本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统包括CO₂检测模块、PM2.5检测模块、甲醛检测模块、红外测距模块、单片机、无线通信模块、GPS定位模块、时钟模块、显示模块、电源模块，检测模块检测环境中的CO₂浓度、PM2.5含量、甲醛含量等环境信息，通过红外测距模块检测在空气污染程度不同的情况下，红外线传输相同距离所用时间是否一致，将检测到的空气环境信息同位置信息通过无线传输出去。

其中，所述CO₂检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述PM2.5检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述甲醛检测模块的输出端连接着单片机的输入端；所述红外测距模块的输出端连接着模数转换模块的输入端；所述模数转换模块的输出端连接着单片机的输入端；所述GPS定位模块的输出端连接着单片机的输入端；所述时钟模块的输出端连接着单片机的输入端；所述单片机的输出端连接着显示模块的输入端；所述电源模块的输出端连接着单片机的输入端；所述无线通信模块连接着单片机。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统所述单片机采用STC12C5A60S2单片机。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统所述PM2.5检测模块采用DSM501传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统所述甲醛检测模块采用MS1100甲醛VOC传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统所述CO₂检测模块采用SK-500-N二氧化碳气体浓度传感器。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统所述红外测距模块采用GP2D12模块。

作为本实用新型的进一步优化，本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统所述GPS定位模块采用GPS_NEO-6M模块。

控制效果：本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统，检测模块检测环境中的CO₂浓度、PM2.5含量、甲醛含量等环境信息，通过红外测距模块检测在空气污染程度不同的情况下，红外线传输相同距离所用时间是否一致，将检测到的空气环境信息同位置信息通过无线传输出去。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的硬件结构图。

图2为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的单片机的电路图。

图3为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的无线通信模块的电路图。

图4为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的PM2.5检测模块的电路图。

图5为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的甲醛检测模块的电路图。

图6为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的电源模块的电路图。

图7为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的CO₂检测模块的电路图。

图8为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的红外测距模块、模数转换模块的电路图。

图9为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的显示模块的电路图。

图10为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的GPS定位模块的电路图。

图11为本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的时钟模块的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，本实施方式所述一种基于无线通信的空气污染监测系统包括CO₂检测模块、PM2.5检测模块、甲醛检测模块、红外测距模块、单片机、无线通信模块、GPS定位模块、时钟模块、显示模块、电源模块，检测模块检测环境中的CO₂浓度、PM2.5含量、甲醛含量等环境信息，通过红外测距模块检测在空气污染程度不同的情况下，红外线传输相同距离所用时间是否一致，将检测到的空气环境信息同位置信息通过无线传输出去。

其中，所述CO₂检测模块的输出端连接着单片机的输入端，CO₂检测模块采用SK-500-N二氧化碳气体浓度传感器，CO₂检测模块用于检测环境中CO₂气体浓度值，SK-500-N二氧化碳气体浓度传感器的VOUT脚(电压/电流信号输出)、RXD(传感器串口接收脚)、TXD(传感器串口发送脚)、RDE(串口输出控制脚)与单片机的P5.0、P5.1、P5.2、P5.3引脚相连接。

所述PM2.5检测模块的输出端连接着单片机的输入端，PM2.5检测模块采用DSM501传感器，当气体或者烟雾浓度增大时，导致传感器的体电阻下降，传感器4、6脚对地的输出电压增大，即R1的电压升高，此电压与参考电压经过电压比较器进行比较，当电压超过阈值时，电路中1脚输出高电平，PM2.5检测模块的MQ引脚与单片机的P4.4引脚相连接。

所述甲醛检测模块的输出端连接着单片机的输入端，甲醛检测模块采用MS1100甲醛VOC传感器，甲醛VOC传感器中的贵金属氧化物遇到VOC气体阻值发生变化，传感器内部类似发热丝的电阻阻值会根据VOC气体的浓度发生变化，根据电阻阻值的变化检测VOC气体的浓度，检测到的气体浓度通过IN端传送到P4.3引脚。

所述红外测距模块的输出端连接着模数转换模块的输入端，红外测距模块采用GP2D12模块，红外测距模块由一个红外发射管和一个PSD及外围电路组成，红外发射管(安装在电线杆上)发射的光束，遇到障碍物(与它相邻的另一个电线杆)反射回来，落在PSD上，构成一个等腰三角形，借助于PSD可以测得三角形的底，而两个底角是固定的，由发射管确定，此时便可通过底边推算出高，得出的距离模拟信号通过VO引脚传送到模数转换模块的IN0引脚。

所述模数转换模块的输出端连接着单片机的输入端，模数转换模块采用ADC0809模数转换芯片，模数转换模块将接收到的距离模拟信号转换成数字信号，将数字信号传送到单片机，单片机对数字信号进行处理，模数转换模块将模拟距离长度信号转换成二进制的数字信号，通过8个数据输出端D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7按位传输信号到单片机中，START为转换启动信号。当START上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，START应保持低电平。EOC为转换结束信号，当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。CLK为时钟输入信号线。模数转换模块的数据线D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7分别与单片机的P1.7、P1.6、P1.5、P1.4、P1.3、P1.2、P1.1、P1.0引脚相连接，EOC、OE、START、CLK、ALE为模数转换模块的控制引脚，分别与单片机的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3、P3.4引脚相连接。

所述GPS定位模块的输出端连接着单片机的输入端，GPS定位模块采用GPS_NEO-6M模块，GPS定位模块用于定位检测端的位置信息，GPS定位模块的GPS_RXD引脚为模块串口接收脚，GPS_TXD引脚为模块串口发送脚，GPS_RXD和GPS_TXD引脚用于GPS定位模块进行数据的接收和发送，GPS定位模块的GPS_SCL为控制引脚，控制GPS定位模块进行数据的发送和接收，GPS定位模块的GPS_SDA为数据引脚，进行数据的传输，GPS定位模块的GPS_TXD、GPS_RXD、GPS_SCL、GPS_SDA引脚与单片机的P0.1、P0.2、P0.3、P0.4引脚相连接。

所述时钟模块的输出端连接着单片机的输入端，时钟模块采用DS1302时钟芯片，时钟芯片为单片机提供标准时间信号，根据时钟信号控制一天固定的抽烟量，也可以将时间信号显示在显示模块上，DS1302时钟芯片的通讯接口有3个口线组成，即RST、SCLK、I/O，其中RST从低电平变成高电平启动一次数据传输过程，SCLK是时钟线，I/O是数据线，DS1302时钟芯片的3个口线，RST口与单片机的P4.0引脚相连接，SCLK口与单片机的P4.2引脚相连接，I/O口与单片机的P4.1引脚相连接。

所述单片机的输出端连接着显示模块的输入端，显示模块显示检测到的空气质量信息，显示模块采用LCD1602液晶显示屏，显示模块的数据端DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7与单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7引脚相连接，用来显示数据；显示模块的RS端(RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器)与单片机的P3.5引脚相连接，用来控制数据命令；显示模块的RW端(RW为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作)与单片机的P3.6引脚相连接，用来控制读写操作；显示模块的使能端E(E端为使能端)与单片机的P3.7引脚相连接；单片机的P3.5、P3.6、P3.7引脚用于控制显示模块中的数码管的选通状态。

所述电源模块的输出端连接着单片机的输入端，220V交流电经过变压器进行变压后，通过桥式整流桥的整流后，经过电容滤波，最后经过芯片稳压输出15V电压为单片机进行供电。

所述无线通信模块连接着单片机，无线通信模块采用NRF2401模块，nRF2401有工作模式有四种：收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。nRF2401的工作模式由PWR_UP、CE、TX_EN和CS四个引脚决定，当单片机有数据要发送时，把CE引脚置高，使NRF2401工作；把接收端的地址和要发送的数据按时序送入nRF2401中，单片机把CE引脚置低，激发nRF2401进行ShockBurstTM发射；nRF2401的ShockBurstTM发射数据，无线通信模块的CE、CLK1、DATA引脚分别与单片机的P0.5、P0.6、P0.7引脚相连接。

具体实施方式二：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述单片机采用STC12C5A60S2单片机。所述STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)，针对电机控制，强干扰场合。

具体实施方式三：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述PM2.5检测模块采用DSM501传感器。DSM501传感器可以采集到周围花粉、烟雾等相关信息，其内部有加热自动进气设备，其内部的可调电阻可以设置粉粒的粒径，一般可以检测到直径1μm左右的微小粒子，准确度比较高0.5mg/m³，并且传感器比较灵巧，重量也比较小，方便安装。当空气发生流动时传感器便可自行吸收空气中的粒子，PWM脉宽调制输出，可以长期维持传感器的特性。

具体实施方式四：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述甲醛检测模块采用MS1100甲醛VOC传感器。MS1100甲醛VOC传感器是一种检测气体浓度的传感器，用于检测空气中的甲醛、苯、二甲苯等检测空气中的甲醛、苯、二甲苯等多种有机挥发成分，具有极高的灵敏度和稳定性，体积小巧。

具体实施方式五：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述CO₂检测模块采用SK-500-N二氧化碳气体浓度传感器。所述SK-500-N二氧化碳气体浓度传感器具有整机体积小，重量轻；高精度，高分辨率，响应速度快；上、下限报警值可任意设定，自带零点和目标点校准功能，内置温度补偿，维护方便；数据恢复功能，免去误操作引起的后顾之忧等特点。

具体实施方式六：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述红外测距模块采用GP2D12模块。GDP2D12模块是由一个红外发射管和一个PSD以及相应的计算电路构成，Sharp公司的PSD很有特色，它可以检测到光点落在它上面的微小位移，分辨率达微米，GP2D12正是利用这个特性实现了几何方式测距。

具体实施方式七：

结合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11说明本实施方式，所述GPS定位模块采用GPS_NEO-6M模块。GPS_NEO-6M模块是ALIENTEK生产的一款呢高性能GPS模块，模块核心采用UBLOX公司的NEO-6M模组，具有50个通道，追踪灵敏度高达-161dBm，测量输出频率最高可达5Hz。

本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统的工作原理为：本实用新型一种基于无线通信的空气污染监测系统通过CO₂检测模块检测环境中的CO₂含量的浓度、PM2.5检测模块检测环境中灰尘等颗粒物的含量、甲醛检测模块检测空气中VOC气体的含量，单片机接收到的检测的信息通过显示模块显示出来，红外测距模块通过发射红外光线进行测距，测试端固定在电线杆上，发射红外线，当红外线发射的同时，时钟模块开始计时，红外线照射到相邻电线杆上发生反射，根据传输相同距离所用时间的长短判断空气质量，将检测到的信息与GPS定位模块的定位信息一起，通过无线通信模块将信息通过无线传输的方式传输出去。

虽然本实用新型已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本实用新型的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。