一种分布式室内环境监测和显示装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种分布式室内环境监测和显示装置，包括主控制器和与之相连的语音与人体接近检测联动控制模块、LCD显示模块、语音识别及输出模块和无线网络模块，主控制器还与传感器监测节点无线连接。本实用新型借助于电子传感检测技术与LCD显示技术相结合，以字符形式显示输出结果的同时配以相应的图片，采用语音与人体接近检测联动控制模块结合语音识别及输出模块共同控制LCD背光灯的开启，降低了LCD显示模块的误触发的可能性和系统的功率损耗，本实用新型还具备网络传输功能，可以直接将检测数据传输给远程终端设备进行显示或存储。使用方便可靠，扩展性强，通过增加传感检测电路可以进一步扩大其检测功能。
【专利说明】 一种分布式室内环境监测和显示装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于智能家居环境监测领域，具体说是包括传感器检测技术、无线传输技术与嵌入式系统应用技术，特别是采用分立传感器网络将环境信息传送至主控芯片处理后通过语音图像反馈，以监测室内环境信息。
【背景技术】
[0002]近年来，环境问题日益趋于严重，空气质量令人堪忧。人们对于生活中一个良好的居住环境中拥有迫切的希望。人们逐渐开始关注良好的室内空气质量，包括良好的温湿度条件以及空气中有害气体的含量，以便随时进行调整，以使自己生活在良好舒适的环境之中。
[0003]影响室内环境质量的主要指标包括温度、湿度、有害气体、漂浮颗粒物等，对这些指标的监测可以采用传统的测量技术来实现，但是由于工作和生活节奏的加快，这种传统单一的常规测量已难以满足人们对综合测量要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是传统单一的常规测量难以满足人们对综合测量要求且检测结果显示单一、不生动；提供一种能够实时检测室内环境参数，通过图片、语音和网络等多种方式输出，及人体接近与语音控制相结合的复合式控制显示功能的分布式室内环境监测和显示装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]一种分布式室内环境监测和显示装置，它包括:分布于室内不同位置的传感器监测节点，传感器监测节点由温湿度传感检测电路、有害气体传感检测电路、节点控制器和无线通信模块组成；温湿度传感检测电路和有害气体传感检测电路将检测房间不同位置的环境信息经滤波处理、信号校准和A/D转换处理后，分别传送至节点控制器，再由节点控制器通过无线通信方式传给主控制器；
[0007]主控制器，连接有IXD显示模块、语音识别及输出模块和语音与人体接近检测联动控制模块；主控制器通过无线传输向传感器监测节点发出检测指令，周期性读取检测结果并进行处理，将处理结果进行分类，根据分类结果将对应的图像数据传输给LCD显示模块，同时将检测结果以字符信息叠加在图片上进行输出显示，必要时语音输出提示；
[0008]语音与人体接近检测联动控制模块，其与主控制器连接，采用红外传感技术检测是否有人体接近；若检测有人体接近，则输出相应电平至主控制器对应输入端，主控制器检测该输入信号电平高低变化，开启语音检测与识别，根据语音控制命令开启LCD显示；若检测无人体接近，则关闭语音检测，同时开启节能模式；
[0009]语音识别及输出模块，连接至主控器，可识别语音控制信号，并将语音控制信号送给主控器判别，主控器判别是否为合法命令并读取指定节点的环境信息，若收到读取信号，则读取该节点并在LCD上显示，同时通过语音识别及输出模块发出语音提示信息；或者在装置进入节能模式时判断是否有人需要开启或读取环境参数，而进行下一步操作；
[0010]无线网络模块，连接于主控制器，将主控器处理后的信息通过TCP/IP传送因特网连接，将室内环境信息发送至特定网络，并且周期性刷新数据；可移动终端通过访问网页或者软件可读取室内环境状况，也可远程发送命令查看室内环境情况；
[0011]IXD显示模块，与控制器连接；IXD显示模块的分辨率为320X240，其以图片和文字相结合的模式显示检测结果，接收主控制器输入的图像数据和参量检测数据，当LCD显示背光灯开启时，其显示对应的静态或动态图片，同时将环境参量检测数据叠加在图像上进行显示。
[0012]所述温湿度传感检测电路型号为AM2301。
[0013]所述有害气体传感检测电路采用MQ-2烟雾传感器。
[0014]所述主控制器为嵌入式控制器，采用STM32F103单片机。
[0015]本实用新型借助于电子传感检测技术，以及分布式传输技术，能够实现对多个房间中不同位置的多个指标参数进行快速、动态的检测。同时与LCD显示技术相结合，可以应用于不同场合满足不同需要，利用图像内容直观、生动的特点，能够在以字符形式显示输出结果的同时配以相应的图片，创建出了一个温馨自然的人性化显示界面，显示结果既美观又具体。LCD显示模块采用语音与人体接近检测联动控制模块结合语音识别及输出模块共同控制LCD背光灯的开启，当人体接近并接收到开启命令时主控制器开启LCD显示模块背光灯并显示图片与测量结果，可防止有宠物或人走过误触发；当人体远离或无人时LCD背光灯自动关闭，这样既方便又节能，在语音与人体接近检测联动控制模块和语音识别及输出模块的共同作用下才能显示检测结果，降低了 LCD显示模块的误触发的可能性和系统的功率损耗。另外，本实用新型还具备网络传输功能，可以直接将检测数据传输给远程终端设备进行显示或存储。使用方便可靠，扩展性强，通过增加传感检测电路可以进一步扩大其检测功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是实施例1结构框图。
[0017]图2是实施例1传感器监测节点框图。
[0018]图3是实施例1系统流程图。
[0019]图4是实施例1任务调度流程图。
【具体实施方式】
[0020]实施例1:如图1-2所示，本实用新型包括主控制器和与之相连的语音与人体接近检测联动控制模块、LCD显示模块、语音识别及输出模块和无线网络模块，主控制器还与传感器监测节点无线连接。
[0021]传感器监测节点，由温湿度传感检测电路、有害气体传感检测电路、节点控制器和无线通信模块组成；温湿度传感检测电路和有害气体传感检测电路将检测到的环境参量信号经滤波处理、信号校准和A/D转换处理后分别传送至节点控制器，节点控制器通过无线通讯模块传输至主控器，采用多节点设计保证了室内环境信息的准确性，主控器对多节点信息进行处理后得出综合室内环境信息。
[0022]所述语音与人体接近检测联动控制模块主要包括人体感应传感器电路，它是基于红外线测量技术来实现人体目标检测，当人体进入设定感应范围内时则人体感应传感器电路接收到红外信号而输出高电平，当主控制器检测到人体感应传感器电路输入高电平并且从语音识别及输出模块接收到开启命令时，自动开启IXD显示器背光灯，IXD显示器显示出测量结果；当人体离开感应范围时则人体感应传感器电路无法检测到红外信号，这时人体感应传感器电路输出低电平时，主控制器检测到该低电平时则自动关闭LCD显示器背光灯，系统处于节能状态。
[0023]语音识别及输出模块，连接至主控器，可识别语音控制信号，并将语音控制信号送给主控器判别。主控器判别是否读取某个特定节点的环境信息，若收到读取信号，则读取该节点并在LCD上显示，同时通过语音模块发出语音提示信息。
[0024]IXD显示模块，它包括IXD显示电路、驱动控制电路和背光控制电路，通过对驱动控制电路中控制寄存器进行操作实现对显示方式的控制。将LCD显示器主供电源和背光电源分开供电，这样可以单独给背光灯提供合适的电压以获取合适的背光亮度。
[0025]无线网络模块，连接至主控器，将主控器处理后的信息通过TCP/IP传送至互联网，并且周期性刷新数据。可移动终端通过访问网页或者软件可读取室内环境状况，也可远程发送命令查看室内不同节点情况。
[0026]主控制器向传感器监测节点发出检测指令，周期性读取检测结果用于系统处理，并将处理结果进行分类，将检测结果以字符信息传输给LCD显示模块，同时将测量结果送给无线网络模块和语音识别及输出模块。当主控制器检测到语音与人体接近检测联动控制模块输入高电平并且从语音识别及输出模块接收到开启命令时，自动开启LCD背光灯，LCD屏显示出测量结果；当语音与人体接近检测联动控制模块输入低电平时，关闭背光灯，系统处于节能状态。当主控制器检测到读取特定房间的语音信息时，则读取该房间传感器监测节点的反馈信息。根据室内环境状态随时间变化的特点，系统采用周期循环检测的工作方式，系统每隔一定时间重新测量环境参量，通过数据处理获得新的检测结果并及时更新显示数据。
[0027]如图3所示，本系统是基于一个开源的嵌入式实时操作系统《COS-ΙΙ运行的，各个模块的操作以及各功能以任务的形式，由操作系统根据任务优先级等参数进行调度，从而达到宏观上并行运行的目的。系统的主要流程是:首先是对系统中主控制器和各个硬件模块进行初始化，设定工作参数，包括对LCD显示屏的清屏以及对初始界面的绘制；接着对?COS-ΙΙ系统进行必要的初始化，系统服务的创建和初始化；然后是创建各个功能所对应的任务，为其创建堆栈存储空间，设定用于调度的优先级；最后启动操作系统。这样操作系统就会在时钟节拍的控制下，对各个任务进行调度(如图4)。各环境监测模块的任务主要是采集相应模块的检测数据，然后发送数据至数据处理任务，数据处理任务根据数据来源及数据类型首先进行一定的处理来减小排除干扰，减小误差，然后调用存储任务进行保存或者调用显示任务在LCD上进行显示。语音与人体接近检测联动控制模块通过检测是否有人体接近，然后发送相应信号给主控制器，来开启IXD显示屏的亮与灭，从而达到节能减耗的作用。
[0028]工作过程:主控制器向传感器监测节点发出检测指令，周期性读取检测结果并进行综合处理，将处理后的检测结果以字符信息传输给LCD显示模块，当主控制器检测到语音与人体接近检测联动控制模块输出高电平时并从语音识别及输出模块接收到开启命令时，自动开启LCD显示器背光灯，LCD显示屏以动态图片或静态图片的形式显示出测量结果；当语音与人体接近检测联动控制模块输出低电平时，关闭LCD背光灯，系统处于节能状态；主控制器还将检测结果送给无线网络模块和语音识别及输出模块，无线网络模块通过TCP/IP协议传输到互联网，移动终端通过访问网页或者软件可读取室内环境状况，也可远程发送控制命令；语音识别及输出模块进行语音提示，此外语音识别及输出模块还可给主控制器发送读取特定房间环境信息的语音控制信号，主控制器读取该房间传感器监测节点的反馈信息在语音识别及输出模块进行语音提示，并且在IXD显示屏上显示。
[0029]实施例2:基于嵌入式的分布式室内环境监测和显示装置，包括传感器监测节点、主控制器、语音与人体接近检测联动模块、IXD显示模块、无线网络模块和语音识别及输出模块。
[0030]传感器监测节点包括两个独立检测电路，即用于室内空气温湿度检测的温湿度传感检测电路,该温湿度传感检测电路型号为AM2301，包含有一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，同时内含信号校准和A/D转换电路，温度的检测范围可达_40°C—80°C，分辨率0.1°C ;湿度检测分辨率可达0.1%RH，能够满足室内温湿度检测的工作要求，温湿度传感检测电路输出的温湿度数字信号按照一定格式传输给节点控制器端口 ；另一检测电路是有害气体传感检测电路，其采用的传感器型号为MQ-2，可用于室内有害气体，如甲烷、酒精、烟雾等的检测，主要用于检测室内烟雾浓度是否超标，设定烟雾浓度超标阈值，MQ-2输出的检测电压经滤波处理后送给节点控制器端口，经节点控制器内置的A/D转换器将该模拟信号电压转换为数字信号，然后传送主控制器做相应处理。
[0031]语音与人体接近检测联动控制模块采用红外检测是否有人接近，当人体进入传感器检测范围内时，则语音与人体接近检测联动控制模块接收到红外信号而输出高电平；当人体离开检测范围时则语音与人体接近检测联动控制模块无法检测到红外信号，这时语音与人体接近检测联动控制模块输出低电平，该信号送给主控制器端口用于控制LCD显示屏背光灯的明灭状态。
[0032]语音识别及输出模块用来播放存储在记忆卡内的语音信号，并具有识别部分语音命令的的功能。当人需要读取某个房间的环境信息时，可以直接说出房间编号，语音识别及输出模块自动识别，并将结果送给单片机处理，单片机收到指令后发送读取命令到该地址的传感器，通过读取传感器反馈的环境信息进行处理。处理后的信息发送到语音输出模块进行语音提示，并且在LCD显示屏上显示。语音识别及输出模块会在开启模式下周期性循环监听是否有语音控制命令，当接收到操作命令并在语音与人体检测联动控制模块检测到有人体接近时在LCD显示屏上显示出相应检测数据,可有效避免单一人体检测或命令开启方式的误差性。
[0033]无线网络模块连接至互联网，每隔一定时间将主控器的数据发送至互联网。人们在外出时可以通过手持终端访问指定网页，或者指定程序查看室内环境信息，同时也可以通过主动调用命令查看室内环境信息。
[0034]主控制器采用STM32F103来实现，该芯片是低功耗大内存的16位USB单片机，可以方便的输入模拟和数字检测信号，这在一定程度上简化了其外围电路的复杂度。此外该单片机可以方便连接IXD显示屏，通过16位数据线与IXD显示控制器进行快速数据传输，能够显示清晰稳定的静态图像与测量结果。
[0035] 上述描述仅作为本实用新型可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
【权利要求】
1.一种分布式室内环境监测和显示装置，它包括: 分布于室内不同位置的传感器监测节点，传感器监测节点由温湿度传感检测电路、有害气体传感检测电路、节点控制器和无线通信模块组成；温湿度传感检测电路和有害气体传感检测电路将房间不同位置的环境检测信号分别传送至节点控制器，再由节点控制器通过无线通讯模块传给主控制器； 主控制器，连接有IXD显示模块、语音识别及输出模块、语音与人体接近检测联动控制模块；主控制器通过无线传输向传感器监测节点发出检测指令，周期性读取检测结果并进行处理，将处理结果在IXD上显示，必要时语音输出提示； 语音与人体接近检测联动控制模块，其与主控制器连接，采用红外传感技术检测是否有人体接近；若检测到有人体接近则开启语音检测与识别，根据语音控制命令执行相应操作并开启LCD显示；若检测无人体接近，则关闭语音检测，同时开启节能模式； 语音识别及输出模块，与主控制器相连，可通过识别语音信息告知主控制器进行某个特定节点的测量，并将结果以语音方式输出，并且接收人发出的声控命令，以执行人所发出的命令或开启装置； 无线网络模块，连接于主控制器，通过无线信号与因特网连接，将室内环境信息发送至特定网络；可移动终端通过访问网页或者软件可读取室内环境状况，也可远程发送控制命令。
2.根据权利要求1所述的一种分布式室内环境监测和显示装置，其特征在于:所述温湿度传感检测电路型号为AM2301。
3.根据权利要求1所述的一种分布式室内环境监测和显示装置，其特征在于:所述有害气体传感检测电路采用MQ-2烟雾传感器。
4.根据权利要求1所述的一种分布式室内环境监测和显示装置，其特征在于:所述主控制器为嵌入式控制器，采用STM32F103单片机。
【文档编号】G05B19/418GK203941432SQ201420269002
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】刘楷, 邓计才, 郭壮举, 阿晨阳, 吕晴, 李璜灿 申请人:郑州大学