一种基于LoRa协议的多功能环境监测仪的制作方法

一种基于lora协议的多功能环境监测仪
技术领域
1.本实用新型属于环境监测技术领域，特别涉及一种基于lora协议的多功能环境监测仪。


背景技术：

2.环境监测仪用于监测室内外环境各项参数，通过对影响环境质量因素的代表值的测定确定环境质量，主要应用在现在的办公楼宇、厂房、住宅等对场所；但是现有的环境监测仪不仅体积较大，而且监测功能较单一。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种新的基于lora协议的多功能环境监测仪。
4.本实用新型具体技术方案如下：
5.本实用新型提供一种基于lora协议的多功能环境监测仪，包括壳体，所述壳体内设有电连接的底板和控制板，所述控制板上集成有主控电路、二氧化碳监测电路、温湿度监测电路、pm微粒监测电路以及lora无线电路，所述二氧化碳监测电路、温湿度监测电路、pm微粒监测电路的输出端均与主控电路的输入端连接，所述主控电路的输出端与lora无线电路的输入端连接，所述底板上设有电源电路，所述电源电路为主控电路、二氧化碳监测电路、温湿度监测电路以及pm微粒监测电路供电。
6.进一步地改进，所述主控电路包括主控芯片u3，u3的1引脚通过电阻r10分别并联电源vcc以及电容c4，电容c4的负极接地， u3的5引脚通过电容c5接地，6引脚通过电容c6接地，5引脚和6 引脚之间并联有晶振g1，8、23、35、47引脚均接地，9引脚分别通过磁珠e1连接vcc以及通过电容c7接地，20引脚通过电阻r18接地，24引脚分别连接vcc以及通过电容c11接地，36引脚分别连接 vcc以及通过电容c3接地，44引脚通过电阻r1接地，48引脚分别连接vcc以及通过电容c2接地。
7.进一步地改进，所述二氧化碳监测电路包括接插件p5以及通过p5 与主控芯片u3连接的二氧化碳传感器，二氧化碳传感器插接在p5上且与p5的2、3、8引脚连接，p5的2、3、12引脚均接地，1引脚连接+5vco2，10引脚和11引脚分别连接u3的13引脚和12引脚；所述pm微粒监测电路包括接插件p6以及通过p6与主控芯片u3连接的 pm微粒传感器，pm微粒传感器插接在p6上且与p6的8引脚连接， p6的1引脚连接+5vpm2.5，2引脚接地，4引脚和5引脚分别连接u3 的21引脚和22引脚。
8.进一步地改进，所述温湿度监测电路包括温湿度芯片u1，u1的2 引脚和5引脚之间连接有电容c1，且2引脚连接vcc，5引脚接地， 3引脚分别连接u3的42引脚以及通过电阻r2连接vcc，4引脚分别连接u3的43引脚以及通过电阻r3连接vcc。
9.进一步地改进，所述lora无线电路包括lora无线模块u2，u2 的13引脚连接接口p2，p2上插接有天线，u2的1引脚和14引脚均接地，4、5、6、7、10、12引脚分别连接u3的26、27、
28、25、32、29引脚，11引脚通过磁珠e2连接vcc，且11引脚上并联有电容c8、 c9、c10，且c8、c9、c10的负极均接地。
10.进一步地改进，所述控制板还集成有与主控电路连接的监控电路，所述监控电路包括监控芯片u4，u4的1引脚和8引脚之间连接有二极管d1，2引脚连接vcc，3引脚和4引脚均接地，6引脚连接u3的 16引脚以及通过电阻r22连接件vcc，7引脚上串联电阻r21和r20， r21的负极分别通过电容c16接地以及通过电阻r19连接u3的7引脚， r20的负极连接vcc。
11.进一步地改进，所述控制板还集成有与主控电路连接报警电路，所述报警电路包括发光二极管led1、led2、led3、led4，led1的阳极和led2的阳极均连接三极管q2的发射极，q2的基极通过电阻 r23连接u3的11引脚，发射极通过电阻r14连接vcc，电阻r14的两端并联电阻r15，led1的阴极与led3的阴极并联并接地，led2 的阴极与led4的阴极并联并接地，led3的阳极和led4的阳极均连接三极管q1的发射极，q1的基极通过电阻r16连接u3的10引脚，发射极通过电阻r12连接vcc，电阻r12的两端并联电阻r13。
12.进一步地改进，所述控制板上还设有磁珠e3和e4，e3的输入端输入+5vout，输出+5vco2，输出端并联电容c12和c13，c12和c13 的负极均接地，e4的输入端输入+5vout，输出+5vpm2.5，输出端并联电容c14和c15，c14和c15的负极均接地，且所述控制板通过插口p4与底板的插口p1电连接。
13.进一步地改进，所述电源电路包括接插件j1、稳压器u5、保险丝 f1和磁珠e1，j1用于外接电源，且1引脚提供+5vin，5引脚和6引脚均接地，f1和e1串联，且+5vin通过f1输出+5vout，通过e1 输出+5v，f1的负极并联电容c19、c20和二极管d1，c19和c20的负极以及d2的阳极均接地，e1的负极并联电容c17和c18，c17和 c18的负极均接地，u5的1引脚接地，3引脚输入+5v，2引脚和4引脚均输出vcc，4引脚上并联电容c21和c22，c21和c22的负极均接地。
14.进一步地改进，发光二极管led1-led4分别通过接口b1-b4插接在底板上。
15.本实用新型的有益效果如下：
16.本实用新型提供一种新的基于lora协议的多功能环境监测仪，在小体积下集成了多种环境监测功能，可测量温湿度、二氧化碳浓度和粉尘微粒浓度数据，具有数据无线传输功能，自带lora无线传输电路，传输距离远，抗扰性强，不局限于网络拓扑限制。
附图说明
17.图1为本实用新型基于lora协议的多功能环境监测仪的结构框图；
18.图2为本实用新型中壳体的结构示意图；
19.图3为本实用新型中主控电路的结构框图；
20.图4为本实用新型中二氧化碳监测电路的电路图；
21.图5为本实用新型中pm微粒监测电路的电路图；
22.图6为本实用新型中温湿度监测电路的电路图；
23.图7为本实用新型中lora无线电路的电路图；
24.图8为本实用新型中监控电路的电路图；
25.图9为本实用新型中报警电路的电路图；
26.图10为本实用新型中+5vpm2.5转换的电路图；
27.图11为本实用新型中+5vco2转换的电路图；
28.图12为本实用新型中接口p4的电路图；
29.图13为本实用新型中接口p1的电路图；
30.图14为本实用新型中接插件j1的电路图；
31.图15为本实用新型中+5vout和+5转换的电路图；
32.图16为本实用新型中稳压器的电路图；
33.图17为本实用新型中接口b1的电路图；
34.图18为本实用新型中测试接口p1-1的电路图。
具体实施方式
35.下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细说明。
36.作为一实施例，本实用新型提供一种基于lora协议的多功能环境监测仪，如图1、图2所示，包括壳体，所述壳体内设有电连接的底板和控制板，所述控制板上集成有主控电路、二氧化碳监测电路、温湿度监测电路、pm微粒监测电路以及lora无线电路，所述二氧化碳监测电路、温湿度监测电路、pm微粒监测电路的输出端均与主控电路的输入端连接，所述主控电路的输出端与lora无线电路的输入端连接，所述底板上设有电源电路，所述电源电路为主控电路、二氧化碳监测电路、温湿度监测电路以及pm微粒监测电路供电。本实用新型中附图的尺寸是进行了适当缩放的。
37.本实用新型提供一种新的基于lora协议的多功能环境监测仪，在小体积下集成了多种环境监测功能，可测量温湿度、二氧化碳浓度和粉尘微粒浓度数据，具有数据无线传输功能，自带lora无线传输电路，传输距离远，抗扰性强，不局限于网络拓扑限制。
38.如图3所示，本实施例中所述主控电路包括主控芯片u3，u3的1 引脚通过电阻r10(阻值1.5k)分别并联电源vcc以及电容c4(电容值0.1uf)，电容c4的负极接地，u3的5引脚通过电容c5(电容值20pf)接地，6引脚通过电容c6(电容值20pf)接地，5引脚和6 引脚之间并联有晶振g1(8m)，8、23、35、47引脚均接地，9引脚分别通过磁珠e1连接vcc以及通过电容c7(电容值0.1uf)接地， 20引脚通过电阻r18(阻值0)接地，24引脚分别连接vcc以及通过电容c11(电容值0.1uf)接地，36引脚分别连接vcc以及通过电容 c3(电容值0.1uf)接地，44引脚通过电阻r1(阻值0)接地，48引脚分别连接vcc以及通过电容c2(电容值0.1uf)接地。
39.如图4所示，本实施例中所述二氧化碳监测电路包括接插件p5以及通过p5与主控芯片u3连接的二氧化碳传感器，二氧化碳传感器插接在p5上且与p5的2、3、8引脚连接，p5的2、3、12引脚均接地， 1引脚连接+5vco2，10引脚和11引脚分别连接u3的13引脚和12引脚；如图5所示，所述pm微粒监测电路包括接插件p6以及通过p6 与主控芯片u3连接的pm微粒传感器，pm微粒传感器插接在p6上且与p6的8引脚连接，p6的1引脚连接+5vpm2.5，2引脚接地，4引脚和5引脚分别连接u3的21引脚和22引脚。
40.如图6所示，本实施例中所述温湿度监测电路包括温湿度芯片u1， u1的2引脚和5引脚之间连接有电容c1(电容值0.33uf)，且2引脚连接vcc，5引脚接地，3引脚分别连接u3的42引脚以及通过电阻r2(阻值4.7k)连接vcc，4引脚分别连接u3的43引脚以及通过电阻r3(阻值4.7k)连接vcc。
41.如图7所示，本实施例中所述lora无线电路包括lora无线模块 u2，u2的13引脚连接接口p2，p2上插接有天线，u2的1引脚和14 引脚均接地，4、5、6、7、10、12引脚分别连接u3
的26、27、28、 25、32、29引脚，11引脚通过磁珠e2连接vcc，且11引脚上并联有电容c8(电容值10uf)、c9(电容值0.33uf)、c10(电容值0.1uf)，且c8、c9、c10的负极均接地。
42.如图1、图8所示，本实施例中所述控制板还集成有与主控电路连接的监控电路，所述监控电路包括监控芯片u4，u4的1引脚和8引脚之间连接有二极管d1(型号in4148)，2引脚连接vcc，3引脚和 4引脚均接地，6引脚连接u3的16引脚以及通过电阻r22(阻值1k) 连接件vcc，7引脚上串联电阻r21(阻值100)和r20(阻值1k)， r21的负极分别通过电容c16(电容值0.1uf)接地以及通过电阻r19 (阻值0)连接u3的7引脚，r20的负极连接vcc。
43.如图1、图9所示，本实施例中所述控制板还集成有与主控电路连接报警电路，所述报警电路包括发光二极管led1、led2、led3、led4， led1的阳极和led2的阳极均连接三极管q2(型号3y-npn)的发射极，q2的基极通过电阻r23(阻值1k)连接u3的11引脚，发射极通过电阻r14(阻值200)连接vcc，电阻r14的两端并联电阻r15(阻值200)，led1的阴极与led3的阴极并联并接地，led2的阴极与 led4的阴极并联并接地，led3的阳极和led4的阳极均连接三极管 q1(型号3y-npn)的发射极，q1的基极通过电阻r16(阻值1k)连接u3的10引脚，发射极通过电阻r12连接vcc，电阻r12(阻值200) 的两端并联电阻r13(阻值200)。
44.如图10-图13所示，本实施例中所述控制板上还设有磁珠e3和 e4，e3的输入端输入+5vout，输出+5vco2，输出端并联电容c12 (电容值10uf)和c13(电容值0.1uf)，c12和c13的负极均接地，e4的输入端输入+5vout，输出+5vpm2.5，输出端并联电容c14(电容值10uf)和c15(电容值0.1uf)，c14和c15的负极均接地，且所述控制板通过插口p4与底板的插口p1电连接。
45.本实施例中+5vout、+5vco2、+5vpm2.5、+5vin均为+5v的电压，其中，+5vin是外部输入电压，f1是自恢复保险丝，主要的作用是用来做电器中做过流保护作用，+5vout为f1过流后的电压，磁珠用于抑制电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，+5vco2、+5vpm2.5均为磁珠处理后的电压。
46.如图14-图16所示，本实施例中所述电源电路包括接插件j1、稳压器u5(型号ams1117)、保险丝f1和磁珠e1，j1用于外接电源，且1引脚提供+5vin，5引脚和6引脚均接地，f1和e1串联，且+5vin 通过f1输出+5vout，通过e1输出+5v，f1的负极并联电容c19(电容值47uf)、c20(电容值0.1uf)和二极管d1，c19和c20的负极以及d2(型号1n4007)的阳极均接地，e1的负极并联电容c17(电容值10uf)和c18(电容值0.1uf)，c17和c18的负极均接地，u5 的1引脚接地，3引脚输入+5v，2引脚和4引脚均输出vcc，4引脚上并联电容c21(电容值47uf)和c22(电容值0.1uf)，c21和c22 的负极均接地。
47.如图17所示，本实施例中发光二极管led1-led4分别通过接口 b1-b4插接在底板上。b1-b4的结构一致，本实施例中以b1为例。
48.如图18所示，本实施例中控制板上还集成有测试接口p1-1，p1-1 的8引脚和10引脚均接地，9引脚分别连接u3的37引脚以及通过电阻r11(阻值为10k)接地，1引脚连接vcc，3引脚分别连接u3的 40引脚以及通过电阻r8(阻值为10k)连接vcc，5引脚分别连接u3 的38引脚以及通过电阻r7(阻值为10k)连接vcc，7引脚分别连接u3的34引脚以及通过电阻r6(阻值为10k)连接vcc，4引脚连接 u3的7引脚，2引脚分别通过电阻r4(阻值为0)连接vcc以及通过 r5(阻值为10k)接地，6引脚分别连接u3的39引脚以及通过电阻 r9(阻值为10k)连接vcc。
49.本实施例可同时测量温湿度、二氧化碳浓度、pm1.0、pm10、pm2.5、等多种外部环境数据。可使用于测量办公楼宇、厂房、住宅等场所。测量的内容包括温湿度、二氧化碳浓度和粉尘微粒浓度数据。温度的测量精度小于3％，湿度的测量精度小于5％，二氧化碳浓度测量范围达到0—5000ppm,测量精度小于5％，为增强测量的准确性，测量要求设备稳定时间2分钟。粉尘微粒的测量内容包括pm1、pm2.5、pm10 浓度，测量范围为0-1000μg/m3，测量精度小于5％。所有测量数据可靠稳定。同时本传感器具有数据无线传输功能，自带lora无线传输模块，传输距离远，抗扰性强，不局限于网络拓扑限制。
50.电源供电采用自带电源线外接市电供电，体积小巧，摆放方便。具有双色灯指示功能，当监测到外界环境指标超出对人体的安全值时，红色报警灯(led1和led3)亮起，环境安全后，绿色安全灯(led2 和led4)亮起。本实施例中主控mcu(u3)采用意法半导体公司的 stm32f103c8t6型号单片机，运行稳定可靠。温湿度模块(u1)采用 htu21d型号传感器芯片，该芯片测量精度高，零漂小。微粒监测传感器设计采用激光粉尘传感器模组(型号zh03b)，利用米氏散射原理，对空气中存在的粉尘颗粒物进行检测，具有良好的一致性、稳定性。具有串口输出和pwm输出，方便使用。二氧化碳传感器(型号 mh-z14a)是一个通用智能小型传感器，利用非色散红外(ndir)原理对空气中存在的co2进行探测，具有很好的选择性和无氧气依赖性，寿命长；内置温度补偿；同时具有数字输出、模拟输出及pwm输出，方便使用；该传感器是将成熟的红外吸收气体检测技术与精密光路设计、精良电路设计紧密结合而制作出的高性能传感器。二氧化碳传感器通过(p5)接口与主板连接。激光pm微粒传感器通过(p6) 接口与主板连接。两种传感器的通讯方式为uart串口传输。
51.本实施例的工作方式为上电后，对各传感器模组进行稳定时间等待，待模组稳定后，进行定时检测各类型的环境数据，同时分析数据的安全性和可靠性，将监测的结果通过被主机轮询的方式回报给主机。主机可以通过下行通信链路对本产品进行初始化、标定、休眠、唤醒等控制操作。底板上有报警双色指示灯，当环境数据处于安全接线以下时，绿色灯常亮。当环境数据高于警示线以上，红色报警灯常亮。
52.本实施例的数据组网方式采用lora无线方式，lora模块焊接在接口(u2)位置。lora是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准。它最大的特点就是在同样的功耗条件下比其他的无线方式传播的距离更远，是其他传统的无线射频通信距离的3-5倍，实现了低功耗和远距离的统一。同时，本实施例数据链路设计了上行和下行双向通道，每个产品具有唯一的id号，中控主机可以通过下行通道对任何组网内的所述监测仪进行数据指令控制。
53.以上所述实施例仅仅是本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应属于本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。