一种移动空气质量指数监测仪的制作方法

本实用新型属于物联网领域，具体涉及一种移动空气质量指数监测仪。

背景技术：

随着我国对环保的重视，实时掌握不同地点的空气质量，成为制订应对措施、监督环保政策有效执行的重要依据。当前的空气质量指数监测仪一般固定安装，其监测位置是已知且固定的，难以准确掌握任意位置的空气质量指数；移动应用中的监测仪器，位置的确定主要依赖于其它设备或方法来进行定位，例如，使用具有全球定位系统(GPS)功能的定位终端或智能手机获取位置信息，使用不方便且信息同步困难；通常采集的信息不能实时传输，造成信息的延误。现有技术存在的缺陷是：监测仪本身不能获取监测的精确位置信息，不适合于移动监测应用；监测仪本身不支持实时无线通信，缺乏实时报警能力，会造成信息延误。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种移动空气质量指数监测仪，解决了现有的空气质量指数监测仪，在移动监测过程中，不能在获取监测的精确位置信息的同时，进行实时无线通信的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种移动空气质量指数监测仪包括显示模块、单片机、定位模块、空气质量指数传感器模块、通信模块A、通信模块B和电源模块，电源模块分别与显示模块、单片机、定位模块、空气质量指数传感器模块、通信模块A以及通信模块B通过导线连接，定位模块、空气质量指数传感器模块、通信模块A以及通信模块B通过UART接口与单片机通信，显示模块通过I²C接口与单片机通信。

本实用新型的特点还在于，

电源模块(5)采用12V转3.3V、5V的DC-DC电压转换模块，将12V 直流输入转换为+3.3V和+5V两路输出，电源模块的+3.3V输出分别与显示模块、单片机、定位模块、通信模块A和通信模块B的+3.3V输入通过导线连接，电源模块的GND分别与显示模块、单片机、定位模块、通信模块A 和通信模块B的GND通过导线连接；

电源模块的+5V输出与空气质量指数传感器模块的+5V输入通过导线连接，电源模块的GND与空气质量指数传感器模块的GND通过导线连接。

单片机的I²C的时钟线SCL引脚与显示模块的SCL通过导线连接，单片机的数据线SDA引脚与显示模块的数据线SDA通过导线连接。

单片机有USART1接口，定位模块通过UART与单片机的USART1连接，UART采用2线制，有接收RX和发送TX两条信号线，单片机的USART1 的TX引脚与定位模块的RX引脚通过导线连接；单片机的USART1的RX 引脚与定位模块的TX引脚通过导线连接。

单片机有USART2接口，空气质量指数传感器模块通过UART总线与单片机的USART2连接，UART采用2线制，有接收RX和发送TX两条信号线，单片机的USART2的TX引脚与空气质量指数传感器模块的RX引脚通过导线连接；单片机的USART2的RX引脚与空气质量指数传感器模块的 TX引脚通过导线连接。

单片机有USART3接口，通信模块A或通信模块B在工作时，只允许使用一个通信模块，它们都通过UART接口与单片机的USART3连接，通信模块A或通信模块B的UART接口的TX引脚与单片机的USART3的RX 引脚通过导线连接；通信模块A或通信模块B的UART接口的RX引脚与单片机的USART3的TX引脚通过导线连接。

电源模块(5)可连接可充电电池，12V电池的正极接外部+12V输入，负极接外部输入的GND。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种移动空气质量指数监测仪，解决了现有的空气质量指数监测仪在移动监测过程中不能获取监测的精确位置信息，不能进行实时无线通信的问题。本实用新型的一种移动空气质量指数监测仪能够对空气质量指数实行流动监测，实时上报；监测仪具有基于北斗和GPS的双定位功能，自动获取监测点的位置信息，准确监测任意地点的空气质量；采用模块化结构，根据需要可选配WiFi、GSM和NB-IoT 中的任意一种通信模块；电源模块包括了可充电电池，即使在没有供电条件的情况下，也能够继续工作，提高产品的适用场合。本实用新型结构简单，定位信息精度高，实时通信效率高，成本及安装费用低，易于推广。

附图说明

图1是本实用新型的一种移动空气质量指数监测仪的模块连接结构示意图；

图2是本实用新型的一种移动空气质量指数监测仪的单片机的工作流程图。

图中，1.显示模块，2.单片机，3.定位模块，4.空气质量指数传感器模块， 5.电源模块，6.通信模块A，7.通信模块B。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供的一种移动空气质量指数监测仪的硬件连接结构如图1 所示，包括显示模块1、单片机2、定位模块3、空气质量指数传感器模块4、电源模块5、通信模块A6、通信模块B7。

显示模块1与单片机2通过I²C总线连接，连接在单片机2的I²C接口上，I²C总线只有两根线，分别是时钟线SCL和数据线SDA，即单片机2的 I²C的时钟线SCL引脚与显示模块1的OLED的SCL通过导线连接，单片机2的数据线SDA引脚与显示模块1的OLED的数据线SDA通过导线连接。本实施例中，显示模块1采用0.96寸的黄蓝双色OLED液晶显示模块。

单片机2采用意法半导体的32位单片机STM32F103CBT6，该单片机有3个USART接口，分别是USART1、USART2和USART3，以及多个I²C 接口。

定位模块3通过UART与单片机2的USART1连接，UART采用2线制，接收RX和发送TX两条信号线。单片机2的USART1的TX引脚与定位模块3的RX引脚通过导线连接；单片机2的USART1的RX引脚与定位模块3的TX引脚通过导线连接，这样，单片机2与定位模块3即可通过 UART方式进行通信，定位模块3具备北斗和GPS双定位功能，能够自动获取当前的位置信息，如经纬度、高度等，并将位置信息通过UART接口发送给单片机2。本实施例中，定位模块3选用的型号为AIR530-A10的模块。

空气质量指数传感器模块4通过UART总线与单片机2的USART2连接，UART采用2线制，只接收RX和发送TX两条信号线。单片机2的 USART2的TX引脚与空气质量指数传感器模块4的RX引脚通过导线连接；单片机2的USART2的RX引脚与空气质量指数传感器模块4的TX引脚通过导线连接，这样，单片机2可通过UART接口从空气质量指数传感器模块4读取空气质量指数，包括PM1.0浓度，PM2.5浓度，PM10浓度，环境温度，环境湿度等参数。本实施例中，选用的空气质量指数传感器模块4的型号为PMSSXXXST的模块。

通信模块分为通信模块A6和通信模块B7，它们通过UART接口与单片机2的USART3连接，通信模块A6或通信模块B7的UART接口的TX 引脚与单片机2的USART3的RX引脚通过导线连接；通信模块A6或通信模块B7的UART接口的RX引脚与单片机2的USART3的TX引脚通过导线连接，由于UART接口是一对一的，所以在工作时，只允许使用一个通信模块，即同一个设备中，只允许插入一个通信模块，无线通信模块支持GSM、 NB-IoT或WiFi通信方式，可根据场景任意选择一种通信方式。若插入了通信模块A6，就不能插入通信模块B7；反之，插入了通信模块B7，就不能插入通信模块A6。采用这两个通信模块的目的是扩大终端的应用范围，比如通信模块A6可以为WIFI模块，而通信模块B7可以为GSM模块。如果终端的安装环境中有WIFI可用，则安装通信模块A6，设备通过WIFI与后台通信，否则插入通信模块A7，终端通过4G无线网络与后台通信。本实施例中，选用的通信模块A6型号为SIM800C的模块，通信模块B7采用型号为ESP-WROOM-32的模块。

电源模块5是采用12V转3.3V、5V的DC-DC电压转换模块，将12V 直流输入转换为+5V和+3.3V两路输出，电源模块5将外部12V电源的+12V 和GND分别用导线连接到电源模块5的12V输入和GND输入端，再转化为两路输出即(+5V，GND)和(+3.3V，GND)两路。为了保证在缺少外部供电时，设备还能够工作，电源模块5增加了可充电电池，12V电池的正极接外部+12V输入，负极接外部输入的GND。在没有电源的情况下，能够依靠电池继续工作，为显示模块1、单片机2、定位模块3、空气质量指数传感器模块4、通信模块A6和通信模块B7提供电源。本实施例中，选用的电源模块5型号为TELESKY多路输出(3.3V,5V)电压转换模块

下面的描述给出了这两路输出与其它模块的连接方式：

电源模块5为显示模块1提供3.3V工作电源，电源模块5的+3.3V输出与显示模块1的+3.3V输入通过导线连接，电源模块5的GND与显示模块1 的GND通过导线连接；

电源模块5为单片机2提供3.3V工作电源，电源模块5的+3.3V输出与单片机2的+3.3V输入通过导线连接，电源模块5的GND与单片机2的GND 通过导线连接；

电源模块5为定位模块3提供3.3V工作电源，电源模块5的+3.3V输出与定位模块3的+3.3V输入通过导线连接，电源模块5的GND与定位模块3 的GND通过导线连接；

电源模块5为空气质量指数传感器模块4提供5V工作电源，电源模块 5的+5V输出与空气质量指数传感器模块4的+5V输入通过导线连接，电源模块5的GND与空气质量指数传感器模块4的GND通过导线连接；

电源模块5为通信模块A6和通信模块B7提供3.3V工作电源，电源模块5的+3.3V输出与通信模块A6和通信模块B7的+3.3V输入通过导线连接，电源模块5的GND与通信模块A6和通信模块B7的GND通过导线连接。

本实用新型的工作原理：本实用新型包括显示模块1、单片机2、定位模块3、空气质量指数传感器模块4、电源模块5、通信模块A6和通信模块 B7。单片机2周期性接收定位模块3的定位信息和空气质量指数传感器模块 4的空气质量各项指数，并通过通信模块A6或通信模块B7发送到后台服务器，后台服务器数据包含采样点的位置信息和空气质量指数，用户可以获知指定位置的空气质量指数。

系统上电后，单片机2对定位模块3以及设备上插入的通信模块A6或通信模块B7进行初始化，空气质量指数传感器模块4开始工作，自动测量空气质量指数，包括温度T、湿度W、PM1.0、PM2.5和PM10的颗粒物浓度，并每秒向UART接口发送一次最新采集的数据；定位模块3初始化完成后也自动开始定位工作，获取位置坐标，单片机2周期性地从USART1和 USART2读取定位信息和空气质量指数，通过USART3发送给设备上插入的通信模块A6或通信模块B7，设备上插入的通信模块A6或通信模块B7 自动连接网络，将数据发送给预先定义的后台服务器，完成所在位置的空气质量指数的采集。

本实用新型提供的一种移动空气质量指数监测仪的单片机工作流程图，如图2所示，工作步骤如下：

S100:系统上电，单片机完成初始化；

S101:单片机2向USART1发送定位模块3初始化命令；

S102:单片机2向USART3发送通信模块A6或通信模块B7的初始化命令；

S103:单片机2等待定位模块3定位成功，若定位成功，转S104；

S104:从USART1读取位置信息；

S105:从USART2读取空气质量指数，包括温度、湿度、PM1.0、PM2.5、 PM10等指标；

S106:单片机2将从USART1和USART2读取的位置信息、空气质量指数发送给USART3,通信模块A6或通信模块B7连接网络并将信息发送给后台服务器；

S107:单片机2将从USART1和USART2读取的位置信息、空气质量指数发送给I²C，显示模块1显示各项参数；

S108：延时2秒，延时完成后转回S104，进行下一轮信息采集和发送。