一种用于现场环境监测的设备

1.本实用新型涉及建筑施工环境监测技术领域，具体来说，涉及一种用于现场环境监测的设备。


背景技术：

2.众所周知，建筑是一个传统行业，从以前的营造厂到全民所有制和集体所有制的施工单位，建筑业是全国经济的重要生产部门，其广泛性、普遍性带来全国经济腾飞的同时也出现了许许多多的问题，其中最为普遍的是现场施工环境问题。
3.现场施工环境包括现场的各种粉尘、废气废水、固体废弃物以及噪声、震动等因素，施工现场脏乱差等各种现象都将对工人、材料、设备等都具有影响，劳动环境中施工环境作业面积的大小、工程林边的地下管线、建筑物、防护设施、通风照明等条件，都是工人能够正常施工的保证。劳动环境的好坏，影响到操作工人正常水平及效率的发挥，某些材料对于现场的温度具有特殊要求，温度调节不好，将会影响材料质量，工人的技术水平和材料是影响工程质量的最直接的因素，同时一些对环境有特殊要求的设备，往往在使用环境达不到要求的情况下坚持运作，将会直接缩短使用寿命，使用寿命直接影响项目后期运维好坏，所以现场环境也就直接影响到了建筑工程的施工质量。
4.目前我国对于施工现场环境的把控大多处在“主规章制度，副人员监管”，即主要靠项目部出台各项施工环境保护规章制度进行约束，加以每个人自主监管来辅助规章制度执行。建筑行业人口流动性大，基数大，对于施工环境整洁、干净的标准并不能普及，所以现有技术较为好的是现场设置环境检测设置，反馈至中央主机，由值班人员进行人为整治，人员监管现场，所以人员的不确定性是施工现场环境的主要因素。
5.现在的环境监测及检测仪器以人工采样和实验室分析为主，向自动化、智能化和网络化为主的监测方向发展。我国目前形成国家、省、市、县4级环境监测网络，共有专业、行业监测站4800多个，辐射面积广，但是从项目上来讲，这种大型监测设备不能够具体、准确实时检测某个项目，鉴于大型检测设备并不能全覆盖到每个项目，保证每个项目的环境监测到位，力求项目的工人安全和施工质量得到有效的保证。


技术实现要素：

6.针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种用于现场环境监测的设备，能够克服现有技术的上述不足。
7.为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
8.一种用于现场环境监测的设备，包括单片机，所述单片机上部设有液晶显示屏与芯片有源蜂鸣器，所述单片机左下端设有adc模块、光敏传感器及气体传感器，所述单片机右下端设有温度传感器与红外传感器，所述单片机一侧设有led灯片，所述单片机外部连接加热器与便携式电源，所述单片机内部设有下载模块。
9.更进一步的，所述便携式电源通过boost电路与光伏阵列并联，所述便携式电源与
所述光伏阵列连接若干个led灯片，所述光伏阵列和便携式电源通过逆变器与加热器、交流电机连接。
10.更进一步的，所述红外传感器设有第一接口、第二接口、第三接口，所述第一接口与p32接口连接，所述第二接口和第三接口分别与gnd低电平、vcc高电平连接。
11.更进一步的，所述光敏传感器一端与vcc5v高电平连接，所述光敏传感器另一端与adc模块vbat端口连接。
12.更进一步的，所述温度传感器设有第一管脚、第三管脚及i/o端，所述第一管脚和所述第三管脚分别与接地端和接电平端连接，所述i/o端与单片机的p0.6端口连接。
13.更进一步的，所述气体传感器分别与vcc电平端、gnd接地端连接，所述气体传感器与ain3信号输入端连接。
14.更进一步的，所述光伏阵列包括24片光伏板，光伏阵列输出直流电压为24v，所述便携式电源为24v铅酸蓄电池。
15.更进一步的，所述芯片有源蜂鸣器的in5端口与单片机的p1.7端口连接。
16.本实用新型的有益效果：
17.1、体积小，便于移动
18.本实用新型环境监测设备采用单片机、便携式电源、蜂鸣器、液晶显示屏等等极大减少了传统环境监测设备的体积大、笨重，不方便移动的特点。
19.2、减少人力浪费，设备占据主导地位
20.本实用新型采用单片机、温度传感器、光照传感器、红外传感器、气体传感器等，相较于传统现场监测设备只负责监控报警，本实用新型采用自动控制系统，针对光照度过低或是过高、温度偏离预期值等情况，自动通过携带led灯片以及喷雾装置对现场环境进行适当的改善。
21.3、绿色环保，高效节能
22.本实用新型采用太阳能光伏板、便携式电源作为能源提供，全程采用直流电，也可采用整流器将市电转变为直流电存储在便携式电源中，以备不时之需，本实用新型无论天气好坏，都保证便携式电源内部电量充足，保证现场环境检测设备正常使用。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备的模块电路原理图。
25.图2是根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备的便携式电源、其他组件与单片机联系拓扑图。
26.图3是根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备的单片机电路图。
27.图4是根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备的红外传感器
电路图。
28.图5是根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备的adc模块电路图。
29.图6是根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备的液晶显电路图。
30.图7是根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备的气体传感器原理图。
31.图中：1、单片机，2、液晶显示屏，3、芯片有源蜂鸣器，4、adc模块，5、光敏传感器，6、气体传感器，7、温度传感器，8、红外传感器，9、led灯片，10、加热器，11、便携式电源，12、下载模块，13、光伏阵列，14、ain3信号输入端，15、逆变器，16、交流电机，17、第二gnd接地端，18、第一接口，19、第二接口，20、第三接口，21、p32接口，22、第一gnd低电平，23、第一vcc高电平，24、vcc5v高电平，25、第一管脚，26、第三管脚，27、i/o端，28、第二vcc电平端。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.如图 1-7所示，根据本实用新型实施例所述的一种用于现场环境监测的设备，包括单片机1，所述单片机1上部设有液晶显示屏2与芯片有源蜂鸣器3，所述单片机1左下端设有adc模块4、光敏传感器5及气体传感器6，所述单片机1右下端设有温度传感器7与红外传感器8，所述单片机1一侧设有若干个led灯片9，所述单片机1外部连接加热器11与便携式电源12，所述单片机1内部设有下载模块12。
34.在具体实施例中，所述便携式电源12通过boost电路与光伏阵列13并联，所述便携式电源12与所述光伏阵列13连接若干个所述led灯片9，所述光伏阵列13和便携式电源12通过逆变器15与加热器11、交流电机16连接。
35.在具体实施例中，所述红外传感器8设有第一接口18、第二接口19、第三接口20，所述第一接口18与p32接口21连接，所述第二接口19和第三接口20分别与第一gnd低电平22、第一vcc高电平23连接。
36.在具体实施例中，所述光敏传感器5一端与vcc5v高电平24连接，所述光敏传感器5另一端与adc模块4 vbat端口连接。
37.在具体实施例中，所述温度传感器7设有第一管脚25、第三管脚26及i/o端27，所述第一管脚25和所述第三管脚26分别与接地端和接电平端连接，所述i/o端27与单片机1的p0.6端口连接。
38.在具体实施例中，所述气体传感器6分别与第二vcc电平端28、第二gnd接地端29连接，所述气体传感器6与ain3信号输入端14连接。
39.在具体实施例中，所述光伏阵列13包括24片光伏板。
40.在具体实施例中，所述芯片有源蜂鸣器3的in5端口与单片机1的p1.7端口连接。
41.为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新
型的上述技术方案进行详细说明。
42.在具体使用时，根据本实用新型所述的；
43.1、单片机1（stc89c52单片机）是51系列单片机的加强版，指令代码完全兼容传统8051，速度快8~12倍，带adc，4路pwm，双串口，加密性好，抗干扰强，内置256字节ram和集成外置1024字节ram。
44.6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可任意选择，i/o端27设有通用i/o口32个，复位后为：p1/p2/p3/p4是准双向口/弱上拉(普通8051传统i/o口)；p0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为i/o口用时，需加上拉电阻。无需专用仿真器，可通过串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下载用户程序。内部集成复位电路，外部晶体可省外部复位电路,复位脚可直接接地。有3个16位定时器/计数器。外部中断4路,下降沿中断或低电平触发中断,powerdown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒，通用异步串行口(uart)，还可用定时器软件实现多个uart，工作温度范围：-40~+85℃(工业级)/0~75℃(商业级)。stc89c52单片机1中包含中央处理器(cpu)、程序存储器(flash)、数据存储器(sram)、定时/计数器、uart串口、i/o接口、eeprom、看门狗等模块。
45.2、红外系统
46.人的眼睛能看到可见光波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，其中红光的波长范围为0.62微秒到076微秒；红外线遥控利用波长为0.76~1.5微秒的近红外线传送控制信号。红外线系统由红外发射装置和红外接收设备。本实用新型采用通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（pwm）；实用新型采用发出940nm波长的红外发光二极管，载波频率采用38khz，发射端采用455khz晶振。本实用新型的红外遥控将二进制脉冲码调制在38khz的载波上，经缓冲放大后，通过红外发光二极管，转化为红外信号发射；红外接收设备将红外光信号转换为电信号，再放大、限幅、检波、整形，形成脉冲指令，输出至微处理器。
47.单片机1（stc89c52单片机）接收电路主要由单片机1（stc89c52单片机）、红外线接收电路、50hz交流侧电路和点灯亮灭及调光控制电路等组成。当红外接收器接收到遥控器发射的信号后，将信号传给单片机1（stc89c52单片机），单片机1（stc89c52单片机）根据收到的信息码的不同，完成相应的调光操作以及进行相应的状态指示。红外接收模块采用hs0038传感器17，2、3端口分别接第一gnd低电平22，第一vcc高电平23，端口一接入p32端口21。p3.2作为单片机1（stc89c52单片机）接收红外信号输入端口。
48.3、光敏传感器接5收电路
49.光敏传感器5是利用光敏电阻元件gr1将光信号转换为电信号的传感器。光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的pn结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射pn结时，可以使pn结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流；本实用新型采用光敏电阻gr1，一端连接vcc5v高电平24，另一端连接adc模块4 vbat端口。
50.4、照明输出电路及加热器回路
51.通过预先设定值，针对光敏传感器5输入的光电信号，进行判断输入电平信号是否
满足设定阀值，如满足设定范围，单片机不动作，如不满足范围，输出相应数电信号，控制照明电路中24v的led灯片亮灯个数来调节光照。led灯片9由p11~p16六个端口控制回路的开闭，对需要亮灯的灯片相应的p端口接入低电平，另一端接入npn型三极管，通过npn型三极管控制便携式电源照明回路通断，由单片机1（stc89c52单片机）控制灯片数量，从而控制照度大小；同理，测得现场温度不在预设范围内，单片机动作，对p10输出低电平，p10另一端连接npn型三极管，使得便携式电源11加热回路通电加热并吹风。本模型直接接入交流电机16及加热电阻。
52.5、温度传感器
53.温度传感器7采用ds18b20数字温度传感器，接线方便，封装后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的ds18b20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域；温度传感器7的1、3管脚分别接地与接电平端，i/o端为stc89c52单片机1的p0.6端口。
54.6、气体传感器报警回路
55.本实用新型采用tgs2600半导体气体传感器，利用半导体气敏元件作为敏感元件的气体传感器，是常见的气体传感器，广泛应用于家庭和工厂的可燃气体泄露检测装置，适用于甲烷、液化气、一氧化碳等监测。tgs2600半导体气体传感器能够灵敏地感知空气中的低浓度污染物的异味，具有成本低、体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特性。
56.本实用新型tgs2600传感器接第二vcc电平端28和第二gnd接地端29，信号输入端接adc模块4左侧编号12的ain3信号输入端14。
57.7、液晶显示回路
58.液晶显示回路采用液晶显示屏2（lcd1602液晶显示屏），也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它是由若干个5x7或者5x10的点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以用显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。本模型lcd1602。
59.8、蜂鸣器报警回路
60.本实用新型采用芯片有源蜂鸣器3（uln2003d芯片有源蜂鸣器）报警回路，来模拟现场扬声器警报。uln2003d芯片内含电流放大电路，芯片管脚p15输入电平信号，12接到蜂鸣器管脚bz中，对蜂鸣器进行控制。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声。本实用新型采用自激蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过放大电路放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音。本实用新型通过单片机1（stc89c52单片机）的p1.7端口对uln2003d的in5端口进行控制，out5输出电流信号至蜂鸣器bz端口，促使发声。
61.9、太阳能光伏板充电回路
62.光伏阵列13采用156mm*156mm光伏板24片，组成6x4光伏组件，预计光伏组件输出直流电压dc24v。便携式电源11采用24v铅酸蓄电池；光伏阵列13采用电压源输入方式，经过boost电路将输出电压提升为能满足逆变并网要求的直流母线电压水平。对光伏电池阵列
进行最大功率点跟踪控制。通过改变boost电路中开关管控制信号的占空比调整光伏电池工作在最大功率点附近，调整boost电路的输入电压的实现光伏电池最大功率输出；光伏阵列13产生的直流电通过逆变器15转换为交流电，逆变器15输出采用基于空间矢量脉宽调制方式的电流跟踪方式。滤波器采用lc型滤波器，隔离变压器能隔离直流，有效抑制三次及三次的整数倍谐波进入电机回路；便携式电源11经过buck-boost升降压电路，经过逆变器15接入交流电机16，电路升降压是由光伏输出电压、直流电压、交流电压、便携式电源11荷电状态决定；直流直接接入led照明回路，为led照明回路供电，直流通过逆变器15也可以转换为交流，供给加热器10或者交流电机16。
63.综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案；
64.1、体积小，便于移动
65.本实用新型环境监测设备采用单片机、便携式电源、蜂鸣器、液晶显示屏等等极大减少了传统环境监测设备的体积大、笨重，不方便移动的特点。
66.2、减少人力浪费，设备占据主导地位
67.本实用新型采用单片机，温度传感器、光照传感器、红外传感器、气体传感器等，相较于传统现场监测设备只负责监控报警，本实用新型采用自动控制系统，针对光照度过低或是过高、温度偏离预期值等情况，自动通过携带led灯片以及喷雾装置对现场环境进行适当的改善。
68.3、绿色环保，高效节能
69.本实用新型采用太阳能光伏板、便携式电源作为能源提供，全程采用直流电，也可采用整流器将市电转变为直流电存储在便携式电源中，以备不时之需，本实用新型无论天气好坏，都保证便携式电源内部电量充足，保证现场环境检测设备正常使用。
70.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。