专利名称：一种基于传感器网络的空气质量监测设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于无线通信和嵌入式系统技术领域，具体涉及一种基于传感器网络 的空气质量监测设备。
背景技术：
环境与发展是当今国际社会普遍关注的重大问题。研究与开发空气质量监测设 备，可以了解和评价空气质量状况，更好地保护环境。目前，全国各地陆续建立了现代化的空气质量监测站，对环境保护起了巨大的推 动作用。但也面临着如下问题1)监测站点仪器类型多样，数据采集设备繁多，不具有通用 性，且相互间兼容性差，没有规范的通信协议；2)现场监测数据通常以有线方式传至监测 中心，通信方式落后，监测网络管理水平低下。随着计算机、网络、无线通信等技术的发展，建设网络化、智能化的新一代空气质 量实时监测设备成为可能。无线传感器网络(Wireless SensorNetworks, WSNs)作为一项 新兴的技术，提供了一种全新的信息获取和处理途径。无线传感器网络是由低成本、低功耗 的微型传感器节点通过自组织通信形成的分布式网络。其目的是协作地感知、采集和处理 网络覆盖区域内被监测对象的信息，并发送给观察者。WSNs可以广泛应用于军事、国家安 全、环境监测、交通管理、医疗卫生、灾难预测与救助等领域。基于无线传感器网络构建空气 质量监测系统是无线传感器网络在环境监测方面的典型应用。与现有的空气质量监测设备 相比，基于无线传感器网络的空气质量监测设备具有对生态环境影响小、监测密度高且范 围广、系统成本低等优点。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种基于传感器网络的空气质 量监测设备。本实用新型所采用的技术方案为一种基于传感器网络的空气质量监测设备包括空气质量监测节点、基站和监测中 心。多个空气质量监测节点自组网与基站无线连接，基站通过GPRS网络与监测中心 无线连接；空气质量监测节点包括电源管理模块、空气质量参数采集模块、微处理器模块和 ZigBee射频模块，电源管理模块为空气质量参数采集模块、微处理器模块和ZigBee射频模 块供电，空气质量参数采集模块与微处理器模块信号连接，微处理器模块与ZigBee射频模 块信号连接；基站包括基站电源管理模块、基站微处理器模块、ZigBee射频模块和GPRS传输模 块；基站电源管理模块包括电池、3. 3V基站电压转换电路模块、基站微处理器模块、ZigBee 射频模块和GPRS传输模块；电池为3. 3V基站电压转换电路模块提供电源，3. 3V基站电压转换电路模块分别与基站微处理器模块、ZigBee射频模块以及GPRS传输模块连接；基站微 处理器模块通过SPI接口与ZigBee射频模块信号连接，基站微处理器模块通过USART串口 与GPRS传输模块信号连接；监测中心包括监测软件和数据库。本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果1、本实用新型可同时采集多种空气质量参数，数据采集覆盖范围广。可实时采集、 传输多种空气质量参数(包括温度、湿度、气压、二氧化硫、氮氧化物含量等)，传感器节点 部署方便，不受地理环境的约束，可以监测大范围区域的空气质量变化情况。2、数据通信能力强、网络覆盖范围广。本实用新型采用新兴的ZigBee技术实现传 感器节点之间以及传感器网络与基站间的数据通信，并且通过GPRS网络实现基站与远程 监测中心的数据双向通信。
图1为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型中基站结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步描述。如图1所示，本实用新型架构可分为三个层次系统区域内数据监测节点1、系统 区域内基站2和远程监测中心3。在区域中构建基于ZigBee无线技术的传感器网络在该区域的任一个子区域内 布署多个数据监测节点1形成ZigBee网络，每个子区域配置一个基站2，对分布于子区域 ZigBee网络中的多个数据监测节点1进行数据采集和状态监测，并通过GPRS网络将采集 的实时数据传送至远程监测中心3。基站2通过协议转换将传感器网络即ZigBee网络与 GPRS网络两个异构网络连接在一起，充当两者之间的网关。远程监测中心3接收实时空气 质量参数，提供用户人性化的监控界面，并拥有强大的数据管理和分析功能。如图2所示，基于ZigBee和GPRS无线技术的基站包括基站电源管理模块2-1、基 站微处理器模块2-2、ZigBee射频模块2_3和GPRS传输模块2_4。基站电源管理模块2-1包括电压为3. 6V的LS14500C电池2_1_1作为电源、以 LM2596-3. 3为核心的电压转换电路模块2_1_2为基站微处理器模块2-2、ZigBee射频模块 2-3以及GPRS传输模块2-4提供3. 3V电压。基站微处理器模块2-2通过SPI接口与ZigBee射频模块2_3互连，通过USART串 口与GPRS传输模块2-4互接。ZigBee射频模块2_3通过SPI接口与微处理器模块2_2互连，用于实现基站与数 据监测节点间的通信。GPRS传输模块2-4用于实现基站与远程监测中心3之间的通信，通过USART串口 与微处理器模块2-2互连。本实用新型的工作过程为基于传感器网络的空气质量监测设备的数据流、状态 流、命令流传输情况如下。在监测过程中，分布于区域中的数据监测节点1通过变送器采集温度、湿度、气压、二氧化硫、氮氧化物含量等空气质量参数，并将网络自身的状态信息以定 时发送方式，使用节点ZigBee射频模块1-4通过ZigBee网络以多跳方式最终上传至基站 2的ZigBee射频模块2-3。基站2经由ZigBee射频模块2-3接收空气质量参数和传感器 网络的状态信息，进行简单的分析和处理后，产生是否超限、是否需要报警等信息。远程监 测中心3接收基站2上传的各种信息，分析处理相关数据，并根据监测需要发送控制指令至 基站2。而基站2接收到指令后，经解码做出相应的控制操作。例如，发送控制指令至传感 器网络，配置相关数据监测节点1，满足远程监测中心3简单的控制要求。
权利要求一种基于传感器网络的空气质量监测设备，包括空气质量监测节点、基站和监测中心，其特征在于多个空气质量监测节点自组网与基站无线连接，基站通过GPRS网络与监测中心无线连接；空气质量监测节点包括电源管理模块、空气质量参数采集模块、微处理器模块和ZigBee射频模块，电源管理模块为空气质量参数采集模块、微处理器模块和ZigBee射频模块供电，空气质量参数采集模块与微处理器模块信号连接，微处理器模块与ZigBee射频模块信号连接；基站包括基站电源管理模块、基站微处理器模块、ZigBee射频模块和GPRS传输模块；基站电源管理模块包括电池、3.3V基站电压转换电路模块、基站微处理器模块、ZigBee射频模块和GPRS传输模块；电池为3.3V基站电压转换电路模块提供电源，3.3V基站电压转换电路模块分别与基站微处理器模块、ZigBee射频模块和GPRS传输模块连接；基站微处理器模块通过SPI接口与ZigBee射频模块信号连接，基站微处理器模块通过USART串口与GPRS传输模块信号连接；监测中心包括监测软件和数据库。
专利摘要本实用新型涉及一种基于传感器网络的空气质量监测设备。现有的监测设备仪器类型多样，数据不具有通用性。本实用新型包括空气质量监测节点、基站和监测中心。监测节点通过自组方式构成网络，基站接收监测节点采集的空气质量参数，对数据处理后保存，并通过GPRS网络发送至远程监测中心。空气质量监测节点包括电源管理模块、空气质量参数采集模块、微处理器模块和ZigBee射频模块。基站包括电源管理模块、基站微处理器模块、ZigBee射频模块和GPRS传输模块。本实用新型不受地理环境的约束，可以监测大范围区域的空气质量变化情况。
文档编号H04W84/18GK201555837SQ20092020071
公开日2010年8月18日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者柴利, 蒋鹏, 阮斌锋, 陈岁生 申请人:杭州电子科技大学