一种自组网的空气质量监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种自组网的空气质量监测系统，包括监测管理服务器、通过网络与监测管理服务器互相通讯的数据集中器，还包括用于采集空气数据的多个空气质量监测终端，其特征是：所述空气质量监测终端与数据集中器之间通过无线网络连接；任一个空气质量监测终端可为其它空气质量监测终端与数据集中器之间的数据传输提供路由中继。本实用新型能够实现各空气质量监测终端之间的无线组网，进行实时数据采集与传输，在进行信息采集及数据传输时，不存在通讯线路或路由节点被破坏而影响数据的传输的问题。
【专利说明】一种自组网的空气质量监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于环境监测装置，具体涉及一种自组网的空气质量监测系统。
【背景技术】
[0002]随着国家对空气质量的不断重视，以及各社会群体对空气质量问题的广泛关注，有关环保部门进一步加大了对环境质量监测的力度，需要在人员密集的建筑物、场所内以及重要空气影响源等地方安装大量的空气质量监测终端。目前，空气监测的传感器技术的发展及运用已经很成熟，但是在大规模部署空气监测装置时，特别是在一些成熟的社区、较大的工业区等环境比较复杂的地方，其施工难度较大、部署效率慢。
[0003]为了解决上述问题，一些专利提出了解决方案，一定程度上克服了前述缺点，获得了整体的解决方法和实施系统，而实现整个系统功能的必要条件是各个空气质量监测必须联网通讯。从已有的专利上看，基本上采用的是专门的RS485有线网络通讯方式、W1-FI(Wireless Fidelity，一种基于IEEE 802.11标准的无线网路通信技术品牌)点对点通信方式、Zigbee (—种基于IEEE802.15.4标准的短距离、低功耗的无线组网通信技术)多点到集中器的通讯方式等。
[0004]如CN 102568173 A公开的“基于RS485总线与GPRS网络的无限组网空气质量监测系统”，通过RS485总线把空气质量监测终端连接在一起，各个空气质量监测终端的数据经RS485总线汇总之后，再通过GPRS卫星网络传输至监控中心计算机进行管理。其缺点是:采用RS485的通讯方式需要在现场进行布线，这样会大大降低空气质量监测终端的现场部署效率；而且如果线路被破坏，则系统的监测能力将大打折扣。
[0005]CN 202649194 U公开的“一种无线公共场所空气质量监测系统”，则进一步提出了具体解决办法，即把空气质量监测终端设计为无线通讯方式。每个空气质量监测终端通过无线的方式与网络中的W1-Fi路由器进行联网；W1-Fi路由器通过TCP/IP网络与监控服务器进行联网，把空气质量监测终端的数据传递到监控服务器。采用W1-Fi的通讯方式，是一个点对点的通讯模式，所有的空气质量监测终端都需要各自独立与W1-Fi路由器进行通讯工作，如果一台W1-Fi路由器损坏，则与之通讯的多个空气质量监测终端讲无法将数据传递至监控中心服务器。而且，W1-Fi路由器的部署会影响整个系统的运行，如果现场某处不能部署W1-Fi路由器，则空气质量监测终端的数据便无法传递到监控中心服务器，这种方式也让现场部署增加了网络扩展的难度。
[0006]CN 202351226 U公开的“基于ZigBee的城市空气质量监测系统”，则进一步通过2.4GHz频率的Zigbee的无线网络方式解决了上述采用W1-Fi无线通讯方式监测系统的问题。在这个网络中包括集成Zigbee模块的无线空气质量监测终端、信息转发的路由节点、信息收集的集中管理器；每个空气质量监测终端集成Zigbee无线模块，网络中把集成Zigbee模块的装置进行分组；每组里面的装置可以点对点与这个组的路由节点进行通讯；而路由节点可以与邻近的其他组的路由节点进行组网通讯；所有的路由节点在把数据通过网络传递到一个集中管理器；集中管理器再通过GPRS进行联网，把数据集中传递到监控服务器。
[0007]基于Zigbee的监测系统，采用的多个路由节点，类似于让多个W1-Fi路由器进行了组网工作；再把组网后的信息通过集中控制器进行集中收集，然后传递到网络监控服务器。这种基于Zigbee的监测系统，在一定程度上解决了采用W1-Fi无线通讯方式存在的问题。
[0008]但是，Zigbee也存在部署的容量问题，而且如果某个路由节点损坏，该路由节点下的所有检测装置的信息将无法向监测服务器传递数据，另外，Zigbee的工作频率主要集中在2.4GHz，而在监测装置部署现场，当电磁环境比较复杂时，其通讯距离将大大缩短，而不得不额外增加路由节点，以便对无线信号进行中继补偿，这样，无形中增加了监测系统的建设成本。
[0009]因此，需要开发一种能够克服上述缺点的空气质量监测系统。
【发明内容】
[0010]本实用新型的目的在于提供一种自组网的空气质量监测系统，其能够实现各空气质量监测终端之间的无线组网，进行实时数据采集与传输，在进行信息采集及数据传输时，不存在通讯线路或路由节点被破坏而影响数据的传输的问题。
[0011]本实用新型所述的一种自组网的空气质量监测系统，包括监测管理服务器、通过网络与监测管理服务器互相通讯的数据集中器，还包括用于采集空气数据的多个空气质量监测终端，其特征是:所述空气质量监测终端与数据集中器之间通过无线网络连接；任一个空气质量监测终端可为其它空气质量监测终端与数据集中器之间的数据传输提供路由中继。
[0012]所述空气质量监测终端包括MCU单元，用于控制与之连接的各单元的协调工作；
[0013]还包括与MCU单元连接的地址码单元，为每个空气质量监测终端提供唯一识别编码，以区分空气质量监测系统中的多个空气质量监测终端，这样，各个空气质量监测终端在发送采集的空气数据时，将数据与各自的唯一识别编码对应，便不会导致数据之间的混乱；另外，监测管理服务器通过唯一的识别编码，能够准确的控制各个空气质量监测终端，不会导致将本应该发送给其中一个空气质量监测终端的控制指令错误地发送给其它空气质量监测终端；
[0014]还包括与MCU单元连接的传感器单元，用于采集空气成分数据，本实用新型的传感器单元含多个不同传感器，能够采集多种空气成分(包括颗粒物)数据；
[0015]还包括与MCU单元连接的无线通讯单元，用于空气质量监测终端与空气质量监测终端之间，以及空气质量监测终端与数据集中器之间的无线通讯；
[0016]还包括与无线通讯单元连接的天线单元，用于无线讯号的发送与接收；
[0017]还包括为空气质量监测终端的各个单元提供工作电源的主电源供电单元。
[0018]进一步，所述空气质量监测终端还包括与MCU单元连接的语音单元，用于在设定空气质量情况下的语音提示作用，比如当空气中有害气体成分或者有害颗粒成分超过危害人体标准时，语音单元则开始工作，向周围的人群发出语音提示以示警，要求人们逃离或避开。
[0019]进一步，所述空气质量监测终端还包括与MCU单元连接的自检单元，用于实现空气质量监测终端的自我检查；以及与MCU单元连接的故障指示单元，用于实现设备的故障状态提示作用。
[0020]空气质量监测终端的自检单元在MCU单元的控制下，检查空气质量监测终端的各个单元的工作状态，如果没有异常，则退出自检工作；如果检查出某个单元工作异常或停止工作，则故障指示单元会显示故障，同时，向监测管理服务器发送故障提示信息，以便派出工作人员到现场排除故障。
[0021]进一步，为了在主电源供电单元停止工作时为空气质量监测终端提供电源，所述空气质量监测终端还包括备用电源单元。
[0022]进一步，根据建筑物及环境监测现场安装的要求，比如有的建筑物墙体对无线信号的传播不利或有屏蔽效果，本实用新型所述空气质量监测终端还设置了与MCU单元连接的有线通讯单元。
[0023]本实用新型中用以数据集中器与监测管理服务器之间互相通讯的网络，可采用TCP/IP协议的互联网络，也可采用GPRS移动数据网络。
[0024]本实用新型具有以下优点:
[0025]将具有路由功能的无线通讯单元集成到空气质量监测终端上，通过各个空气质量监测终端之间的相互无线组网，各个空气质量监测终端的之间以双箭头方向实现无线网络连接，一台空气质量监测终端可通过另一台空气质量监测终端的路由中继，实现与数据集中器之间的无线网络连接；
[0026]而当其中一台空气质量监测终端无法工作时，其它空气质量监测终端则跳过无法工作的空气质量监测终端，进而自由选择周围的其他正常工作的空气质量监测终端进行无线网络连接，从而将数据传递至数据集中器，实现数据的正常传输。同时，数据集中器同样可以实现对正常工作的空气质量监测终端的控制和管理；
[0027]另外，当需要在某处增加空气质量监测终端，通过无线组网模式，可以让该新增加的空气质量监测终端顺利融入系统网络中，让空气质量监测终端的部署简单化；也可以解决某些时候发生自然灾害后，当有线的监测通讯线路被破坏时，空气质量监测终端无法接受监测管理服务器控制的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为空气质量监测终端的示意图；
[0029]图2为本实用新型的组网连接示意图；
[0030]图3为空气质量监测终端的各单元连接示意图；
[0031]图4为当某台空气质量监测终端无法工作时的组网连接示意图；
[0032]图5为空气质量监测终端与数据集中器采用有线方式连接的示意图；
[0033]图6为本实用新型的工作流程图；
[0034]图中:1-空气质量监测终端，20-传感器单元，21-天线单元，22-语音单元，23-故障指示单元，24-有线通讯单元,25-地址码单元,26-无线通讯单元,27-自检单元,28-备用电源单元，29-主电源供电单元，30-MCU单元，41-数据集中器，42-网络，43-监测管理服务器。【具体实施方式】
[0035]下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
[0036]如图1、图2、图3以及图4所示的一种自组网的空气质量监测系统，包括监测管理服务器43、通过网络42与监测管理服务器43互相通讯的数据集中器41，还包括用于采集空气数据的多个空气质量监测终端1，其特征是:所述空气质量监测终端I与数据集中器41之间通过无线网络连接；任一个空气质量监测终端可为其它空气质量监测终端与数据集中器之间的数据传输提供路由中继。
[0037]如图2所示，本实用新型中的各个空气质量监测终端I的之间以双箭头方向实现无线网络连接，并且任一台空气质量监测终端可通过其它空气质量监测终端的路由中继，实现与数据集中器41之间的无线网络连接。
[0038]如图4所示，当其中一台空气质量监测终端无法工作(图中叉号表示)时，其它空气质量监测终端则跳过无法工作的空气质量监测终端，进而自由选择周围的其他正常工作的空气质量监测终端进行无线网络连接，从而将数据传递至数据集中器，实现数据的正常传输。同时，数据集中器同样可以实现对正常工作的空气质量监测终端的控制和管理。
[0039]如图3所示，本实用新型所述空气质量监测终端包括MCU单元30，用于控制与之连接的各单元的协调工作；
[0040]还包括与MCU单元30连接的地址码单元25,为每个空气质量监测终端提供唯一识别编码，以区分空气质量监测系统中的多个空气质量监测终端，这样，各个空气质量监测终端在发送采集的空气数据时，将数据与各自的唯一识别编码对应，便不会导致数据之间的混乱；另外，监测管理服务器43通过唯一的识别编码，能够准确的控制各个空气质量监测终端1，不会导致将本应该发送给其中一个空气质量监测终端的控制指令错误地发送给其它空气质量监测终端；
[0041]还包括与MCU单元30连接的传感器单元20，用于采集空气成分数据，本实用新型的传感器单元含多个不同种类的传感器，能够采集多种空气成分(包括颗粒物)数据；
[0042]还包括与MCU单元30连接的无线通讯单元26，用于空气质量监测终端与空气质量监测终端之间，以及空气质量监测终端I与数据集中器41之间的无线通讯；
[0043]还包括与无线通讯单元26连接的天线单元21，用于无线讯号的发送与接收；
[0044]还包括为空气质量监测终端I的各个单元提供工作电源的主电源供电单元29。
[0045]为了在设定空气质量情况下对人群进行语音提示，所述空气质量监测终端I设置有与MCU单元30连接的语音单元22。比如，当空气中有害气体成分或者有害颗粒成分超过危害人体标准时，语音单元22则开始工作，向周围的人群发出语音提示以示警，要求人们逃离或避开。
[0046]为了实现空气质量监测终端的自我检查，所述空气质量监测终端I设置有与MCU单元30连接的自检单元27，以及与MCU单元30连接的故障指示单元，用于实现设备的故障状态提示作用。空气质量监测终端I的自检单元27在MCU单元30的控制下，检查空气质量监测终端的各个单元的工作状态，如果没有异常，则退出自检工作；如果检查出某个单元工作异常或停止工作，则故障指示单元会显示故障，同时，向监测管理服务器发送故障提示信息，以便派出工作人员到现场排除故障。
[0047]为了在主电源供电单元停止工作时为空气质量监测终端提供电源，所述空气质量监测终端I还包括备用电源单元28，该备用电源单元28串接在主电源供电单元29与各个单元之间。
[0048]虽然本实用新型中的空气质量监测终端采用无线通讯单元进行通讯传输，但是根据建筑物及环境监测现场安装的要求，比如有的建筑物墙体对无线信号的传播不利或有屏蔽效果，本实用新型所述空气质量监测终端I还设置了与MCU单元30连接的有线通讯单元24。所述空气质量监测终端采用有线通讯方式时，其连接关系参见图5。
[0049]本实用新型中用以数据集中器与监测管理服务器之间互相通讯的网络42，可采用TCP/IP协议的互联网络，也可采用GPRS移动数据网络。
[0050]如图6所示，本实用新型所述的空气质量监测系统的工作流程如下:
[0051]开机:接通空气质量监测终端的电源，开机；
[0052]初始化:MCU单元进行初始化工作；
[0053]程序运行:MCU单元的主程序运行；
[0054]通讯连接:MCU单元的主程序运行后，向监测管理服务器发送信号尝试进行通讯连接；
[0055]通讯响应:尝试接收监测管理服务器的通讯网络响应，如果接收到网络响应，则进入下一步进行工作方式的判断；如果没有接收到监测管理服务器的通讯网络响应，则进入上一步继续尝试通讯连接；
[0056]工作方式:在上一步，如果接收到监测管理服务器的通讯网络响应，进入工作指令的判断，选择工作方式:
[0057]—是传感器工作响应指令，则进入传感器数据采集状态(如果开启语音提示功能，将按照设定的标准进行相应的语音信息提示)，程序并循环检测，直到采集指令结束);
[0058]二是自检指令，则进入自检工作状态，MCU单元将控制自检单元27检查空气质量监测终端的各个单元的工作状态，如果没有异常，则退出自检工作；如果检查出某个单元工作异常或停止工作，则启动故障指示单元23显示故障，同时向监测管理服务器发送故障提示信息，以便派出工作人员到现场排除故障。
【权利要求】
1.一种自组网的空气质量监测系统，包括监测管理服务器(43)、通过网络(42)与监测管理服务器(43)互相通讯的数据集中器(41)，还包括用于采集空气数据的多个空气质量监测终端(I )，其特征是:所述空气质量监测终端与数据集中器之间通过无线网络连接；任一个空气质量监测终端可为其它空气质量监测终端与数据集中器之间的数据传输提供路由中继。
2.根据权利要求1所述的一种自组网的空气质量监测系统，其特征是:所述每个空气质量监测终端(I)包括MCU单元(30)，用于控制与之连接的各单元的协调工作； 还包括与MCU单元连接的地址码单元(25)，为每个空气质量监测终端提供唯一识别编码，以区分空气质量监测系统中的多个空气质量监测终端； 还包括与MCU单元连接的传感器单元(20 )，用于采集空气成分数据； 还包括与MCU单元连接的无线通讯单元(26)，用于空气质量监测终端与空气质量监测终端之间，以及空气质量监测终端与数据集中器之间的无线通讯； 还包括与无线通讯单元连接的天线单元(21)，用于无线讯号的发送与接收； 还包括为空气质量监测终端的各个单元提供工作电源的主电源供电单元(29 )。
3.根据权利要求1或2所述的一种自组网的空气质量监测系统，其特征是:所述空气质量监测终端(I)还包括与MCU单元连接的语音单元(22)，用于在设定空气质量情况下的语音提示。
4.根据权利要求1或2所述的一种自组网的空气质量监测系统，其特征是:所述空气质量监测终端(I)还包括与MCU单元连接的自检单元(27)，用于实现空气质量监测终端的自我检查；以及与MCU单元连接的故障指示单元(23)，用于实现设备的故障状态提示作用。
5.根据权利要求1或2所述的一种自组网的空气质量监测系统，其特征是:所述空气质量监测终端(I)还包括备用电源单元(28)，用于在主电源供电单元停止工作时为空气质量监测终端提供电源。
6.根据权利要求1或2所述的一种自组网的空气质量监测系统，其特征是:所述空气质量监测终端(I)还包括与MCU单元(30)连接的有线通讯单元(24)。
7.根据权利要求1或2所述的一种自组网的空气质量监测系统，其特征是:所述网络(42)是采用TCP/IP协议的互联网络。
8.根据权利要求1或2所述的一种自组网的空气质量监测系统，其特征是:所述网络(42)是GPRS移动数据网络。
【文档编号】G01N33/00GK203689663SQ201320776548
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】代永义 申请人:代永义