基于物联网的PM2.5远程检测系统的制作方法

本实用新型涉及基于物联网的PM2.5远程检测系统，尤其是涉及一种在任何时间任何地点，都能实时检测到当地大气中PM2.5的含量。

背景技术：

随着工业的不断发展、汽车数量的增加，环境污染日趋严重，特别是大气中PM2.5的含量增长速度很快，PM2.5主要来自化石燃料的燃烧、挥发性有机物，大多含有重金属等有毒物质。环境的恶化、气候的异常，呼吸道性疾病的频繁发生，对人们的身体健康造成严重的影响。

PM2.5的检测就变得至关重要，通过对大气PM2.5含量的检测，可以使人们了解到当地的大气质量的变化。

申请号为201610996526.9的专利公开了一种PM2.5报警仪，包括外壳，外壳内设有电路板，所述电路板包括PM25模块、按键模块、单片机模块、显示模块和报警模块，PM25模块，检测空气中PM25 含量，并将其转化为电信号输出，同时将该输出信号送给单片机模块；按键模块，通过按键预设PM25含量，并将该预设信号送入单片机模块；单片机模块，接收PM25模块的输出信号，并将该信号送显示模块；同时将PM25模块的输出信号与按键模块的预设信号进行比较，若超出预设信号，单片机模块输出信号给报警模块和降尘模块；显示模块，接收单片机模块的信号，显示当前的PM25含量；报警模块，接收单片机模块的信号，同时，LED闪烁和蜂鸣器发声。虽然整个报警器可以对PM2.5的值进行检测和显示，但缺点是这个装置不能进行数据的远程检测，每次记录数据都要实地采集，比较麻烦。本实用新型设计了一款基于物联网的PM2.5远程检测系统，结构简单，可以长期放置在某地，实时检测当地的PM2.5 浓度数值和大气中其他相关量值。检测人员可以在任何时间任何地点，通过GSM远程控制，完成对当地PM2.5浓度数值的检测，实现了准确、高效、低成本的远程检测。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一套基于物联网的PM2.5远程检测系统，它专为远程检测大气中PM2.5浓度而设计，主要用于检测大气中的参数，包括：PM2.5浓度、温度、湿度、大气压强等参数。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括：PM2.5远程检测系统、GSM通信网络中心、检测中心、PC机、手持式移动设备。所述PM2.5远程检测系统安放在各个检测点，并通过GSM远程控制模块与GSM通信网络中心连接，所述GSM通信网络中心与检测中心PC机连接，所述检测中心与云端连接，所述手持式移动设备与云端连接获取实时的当地 PM2.5及相关数值。

所述的PM2.5远程检测系统是本实用新型中的最小单元，分布于城市的各个检测点。PM2.5远程检测系统中设有各种与PM2.5值相关的传感器，通过这些传感器检测各种与PM2.5相关的信息。 PM2.5远程检测系统的数量是N个，且每一个PM2.5远程检测系统都有一个独立的ID号码，在整个系统中，每个ID号码对应其相应的位置，通过控制中心的PC机可以对其位置进行查看。PM2.5远程检测系统中的GSM远程控制模块可以完成数据的传输。

所述的GSM通信网络中心，其目的是汇总若干个PM2.5远程检测系统的相关数据，并传送到检测中心。

所述的PM2.5远程检测系统包括：电源模块、MCU最小系统模块、大气压强检测模块、大气温湿度检测模块、PM2.5检测模块、 LCD显示模块、GSM远程控制模块。电源模块用于给整个系统提供电能；大气压强检测模块，输入端为BMP180气压传感器，输出端连接至MCU最小系统模块的PC0、PC1端口，用于检测大气的气压值；大气温湿度检测模块，输入端为DHT11温湿度传感器，输出端连接至MCU最小系统模块的PC2端口，用于检测大气的温度和湿度值；PM2.5检测模块，输入端为PM2.5传感器，输出端连接至MCU 最小系统模块的AD接口，用于检测大气中PM2.5的值；LCD显示模块通过排线连接至MCU最小系统模块，用于实现人机交互； GSM远程控制模块，输入端为SIM900A无线通信模块，输出端连接至MCU最小系统模块的TXD2、RXD2端口，用于远程短信控制整个系统，远程监测大气中PM2.5的含量、大气温度、湿度和压强。

所述的电源模块提供+3.3V、+5V、220VAC。

所述的电源模块包括两个稳压芯片U2、U3、一个220V接插口 P1、一个单刀单掷开关S1、一个防接反二极管D1、一个可恢复保险丝F1、三个钽电容C1、C4、C6、C7、四个瓷片电容C2、C3、C5、 C8、C9、C10。220V接插口P1一端接单刀单掷开关S1的一端，另一端接地，单刀单掷开关S1的一端接保险丝F1的一端，保险丝F1 的另一端接防接反二极管D1的阳极，防接反二极管D1的阴极接钽电容C1的正极、瓷片电容C2的一端、稳压芯片U1的第一引脚，钽电容C1的负极、瓷片电容C2的另一端接地，稳压芯片U1的第二引脚接地，瓷片电容C3、钽电容C4的负极一端并至地，瓷片电容C3 的另一端接钽电容C4的正极并引出一个+5V数字电压端子，+5V数字电压端子的另一端接瓷片电容C5、钽电容C6的正极、稳压芯片 U2的第三引脚，稳压芯片U2的第一引脚接地，稳压芯片U2的第二引脚、钽电容C7的正极、瓷片电容C8、C9、C10的一端并引出 +3.3V数字电压端子，钽电容C7的负极和瓷片电容C8、C9、C10的另一端并至地。所述稳压芯片U2型号为LM7805，U3型号为 AMS1117。+5V电压和+3.3V电压用于给单片机、传感器等数字电路供电。

所述的MCU最小系统模块包括一个直插晶振Y1、七个瓷片电容C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、两个电阻R1、R2、一个开关二极管D2。直插晶振Y1的一端接瓷片电容C11的一端、电阻R1的一端、MCU芯片U1的第三十三引脚，直插晶振Y1的另一端接瓷片电容C12的一端、电阻R1的另一端、MCU芯片U1的第三十四引脚，瓷片电容C11的另一端接瓷片电容C12的另一端并至地，瓷片电容C13的一端接MCU芯片U1的第九十八引脚，瓷片电容C13的另一端并至地，瓷片电容C14的一端、瓷片电容C15的一端、瓷片电容C16的一端接+5V数字电压端子、MCU芯片U1的第一百引脚，瓷片电容C14的另一端、瓷片电容C15的另一端、瓷片电容C16的另一端接地、MCU芯片U1的第九十九引脚，电阻R2 的一端、开关二极管D2的一端接+5V数字电压端子，电阻R2的另一端、开关二极管D2的另一端接瓷片电容C17的一端、MCU芯片 U1的第三十引脚，瓷片电容C17的另一端接地。所述的MCU最小系统模块U1型号为ATMEGA2560-16AU。

所述的大气压强检测模块包括一个气压传感器芯片U4、两个电阻R3、R4。电阻R3、R4一端接+3.3V数字电压端子、气压传感器芯片U4的第二引脚、第三引脚，电阻R3的另一端接气压传感器芯片U4的第六引脚、MCU芯片U1的第五十四引脚，电阻R4的另一端接气压传感器芯片U4的第五引脚、MCU芯片U1的第五十三引脚，气压传感器芯片U4的第七引脚接地。所述的气压传感器芯片 U4型号为BMP180。

所述的大气温湿度检测模块包括一个温湿度传感器芯片U5、一个电阻R5、一个瓷片电容C18。电阻R5一端接+5V数字电压端子、温湿度传感器芯片U5的第一引脚、瓷片电容C18的一端，电阻R5 的另一端接温湿度传感器U5的第二引脚、MCU芯片U1的第五十五引脚，瓷片电容C18的另一端接温湿度传感器U5的第四引脚、地。所述的温湿度传感器芯片U5型号为DHT11。

所述的PM2.5检测模块包括一个PM2.5传感器芯片U6，一个瓷片电容C19。PM2.5传感器芯片U6的第一引脚接地，PM2.5传感器芯片U6的第二引脚接+5V数字电压端子，瓷片电容C19的一端接 PM2.5传感器芯片U6的第三引脚，瓷片电容C19的另一端接地， PM2.5传感器芯片的第四引脚接MCU芯片U1的第九十七引脚，PM2.5传感器芯片U6的第6引脚接MCU芯片U1的第四十五引脚。所述的PM2.5传感器芯片U6型号为GP2Y1050AU0F。

所述的LCD显示模块包括一个液晶显示器芯片U7、一个瓷片电容C20、一个滑动变阻器R6、两个电阻R7、R8、一个NPN三极管 Q1。液晶显示器芯片U7的第一引脚接地和瓷片电容C20的一端，液晶显示器芯片U7的第二引脚接瓷片电容C20的另一端、+5V数字电压端子，液晶显示器芯片U7的第三引脚接滑动变阻器R6的第二引脚，滑动变阻器R6的第一引脚接地，滑动变阻器R6的第三引脚接 +5V数字电压端子，液晶显示器芯片U7的第四、第五、第六引脚分别接MCU芯片U1的第五十六、第五十七、第五十八引脚，液晶显示器芯片U7的第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四引脚分别接MCU芯片U1的第七十八、第七十七、第七十六、第七十五、第七十四、第七十三、第七十二、第七十一引脚，液晶显示器芯片U7的第十五引脚接+5V数字电压端子，液晶显示器芯片U7的第十六引脚接三极管Q1的第三引脚，三极管Q1的第一引脚接地和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接三极管Q1的第二引脚和电阻R7的一端，电阻R7的另一端接MCU芯片U1的第五十九引脚。所述的液晶显示器芯片U7型号为LCD1602。

所述的GSM远程控制模块包括一个GSM无线通信芯片U8、一个SIM卡芯片、两个瓷片电容C21、C22、五个电阻R9、R10、 R11、R12、R13、一个电源指示灯D3。GSM无线通信芯片U8的第一引脚接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地，GSM无线通信芯片U8的第九引脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接MCU芯片U1的第十二引脚，GSM无线通信芯片U8的第十引脚接电阻R11 的一端，电阻R11的另一端接MCU芯片U1的第十三引脚，GSM无线通信芯片U8的第十六引脚接电阻R12的一端、瓷片电容C21的一端，电阻R12的另一端接+5V数字电压端子，瓷片电容C21的另一端GSM无线通信芯片U8的第十七、十八、二十九引脚和地，GSM 无线通信芯片U8的第三十引脚接SIM卡芯片U9的第六引脚和瓷片电容C22的一端，瓷片电容C22的另一端接地，GSM无线通信芯片 U8的第三十一引脚接SIM卡芯片U9的第一引脚，GSM无线通信芯片U8的第三十二引脚接SIM卡芯片U9的第四引脚，GSM无线通信芯片U8的第三十三引脚接SIM卡芯片U9的第五引脚，GSM无线通信芯片U8的第三十九、四十五、四十六、五十三、五十四、五十八、五十九、六十一、六十二、六十三、六十四、六十五引脚接地，GSM无线通信芯片U8的第五十五、五十六、五十七引脚接+5V 数字电压端子。所述的GSM无线通信芯片U8的型号为SIM900A，所述的SIM卡芯片U9的型号为SIM。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：本实用新型实现了严格意义上的远程检测大气中PM2.5的含量，即在任何时间任何地方，都能实时检测到当地大气中PM2.5的含量；本实用新型具有操作简单，可通过远程短信实现对仪器的操作，且在完成仪器初始安装后，无需工作人员在场，仪器会自动检测大气中PM2.5的数值，并通过短信远程发送到检测人员手中。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的PM2.5远程检测系统结构示意图；

图3为电源模块的硬件电路图；

图4—图8为MCU最小系统模块硬件电路图；

图9为大气压强检测模块硬件电路图；

图10为大气温湿度检测模块硬件电路图；

图11为PM2.5检测模块硬件电路图；

图12为LCD显示模块硬件电路图；

图13为GSM远程控制模块硬件电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步描述。

如图1所示，本实用新型包括：PM2.5远程检测系统、GSM通信网络中心、检测中心、PC机、手持式移动设备。所述PM2.5远程检测系统安放在各个检测点，并通过GSM远程控制模块与GSM通信网络中心连接，所述GSM通信网络中心与检测中心PC机连接，所述检测中心与云端连接，所述手持式移动设备与云端连接获取实时的当地PM2.5及相关数值。所述的PM2.5远程检测系统是本实用新型中的最小单元，分布于城市的各个检测点。PM2.5远程检测系统中设有各种与PM2.5值相关的传感器，通过这些传感器检测各种与PM2.5相关的信息。PM2.5远程检测系统的数量是N个，且每一个PM2.5远程检测系统都有一个独立的ID号码，在整个系统中，每个ID号码对应其相应的位置，通过控制中心的PC机可以对其位置进行查看。PM2.5远程检测系统中的GSM远程控制模块可以完成数据的传输。所述的GSM通信网络中心，其目的是汇总若干个PM2.5 远程检测系统的相关数据，并传送到检测中心。

如图2所示，PM2.5远程检测系统包括：电源模块、MCU最小系统模块、大气压强检测模块、大气温湿度检测模块、PM2.5检测模块、LCD显示模块、GSM远程控制模块等。电源模块用于给整个系统提供电能；大气压强检测模块，输入端为BMP180气压传感器，输出端连接至MCU最小系统模块的PC0、PC1端口，用于检测大气的气压值；大气温湿度检测模块，输入端为DHT11温湿度传感器，输出端连接至MCU最小系统模块的PC2端口，用于检测大气的温度和湿度值；PM2.5检测模块，输入端为PM2.5传感器，输出端连接至MCU最小系统模块的AD接口，用于检测大气中PM2.5的值；LCD显示模块通过排线连接至MCU最小系统模块，用于实现人机交互；GSM远程控制模块，输入端为SIM900A无线通信模块，输出端连接至MCU最小系统模块的TXD2、RXD2端口，用于远程短信控制整个系统，远程监测大气中PM2.5的含量、大气温度、湿度和压强。通过短信可以远程控制仪器、读取检测的数据，LCD显示屏上可以显示当地大气中的PM2.5含量、温度、湿度、大气气压的参数。

如图3所示，所述的电源模块包括两个稳压芯片U2、U3、一个220V接插口P1、一个单刀单掷开关S1、一个防接反二极管D1、一个可恢复保险丝F1、三个钽电容C1、C4、C6、C7、四个瓷片电容 C2、C3、C5、C8、C9、C10。12V接插口P1一端接单刀单掷开关 S1的一端，另一端接地，单刀单掷开关S1的一端接保险丝F1的一端，保险丝F1的另一端接防接反二极管D1的阳极，防接反二极管 D1的阴极接钽电容C1的正极、瓷片电容C2的一端、稳压芯片U1 的第一引脚，钽电容C1的负极、瓷片电容C2的另一端接地，稳压芯片U1的第二引脚接地，瓷片电容C3、钽电容C4的负极一端并至地，瓷片电容C3的另一端接钽电容C4的正极并引出一个+5V数字电压端子，+5V数字电压端子的另一端接瓷片电容C5、钽电容C6 的正极、稳压芯片U2的第三引脚，稳压芯片U2的第一引脚接地，稳压芯片U2的第二引脚、钽电容C7的正极、瓷片电容C8、C9、 C10的一端并引出+3.3V数字电压端子，钽电容C7的负极和瓷片电容C8、C9、C10的另一端并至地。所述稳压芯片U2型号为 LM7805，U3型号为AMS1117。+5V电压和+3.3V电压用于给单片机、传感器等数字电路供电。可恢复保险丝F1可实现对系统的过流过压保护。

如图4—图8所示，所述的MCU最小系统模块包括一个直插晶振Y1、七个瓷片电容C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、两个电阻R1、R2、一个开关二极管D2。直插晶振Y1的一端接瓷片电容C11的一端、电阻R1的一端、MCU芯片U1的第三十三引脚，直插晶振Y1的另一端接瓷片电容C12的一端、电阻R1的另一端、 MCU芯片U1的第三十四引脚，瓷片电容C11的另一端接瓷片电容 C12的另一端并至地，瓷片电容C13的一端接MCU芯片U1的第九十八引脚，瓷片电容C13的另一端并至地，瓷片电容C14的一端、瓷片电容C15的一端、瓷片电容C16的一端接+5V数字电压端子、 MCU芯片U1的第一百引脚，瓷片电容C14的另一端、瓷片电容C15 的另一端、瓷片电容C16的另一端接地、MCU芯片U1的第九十九引脚，电阻R2的一端、开关二极管D2的一端接+5V数字电压端子，电阻R2的另一端、开关二极管D2的另一端接瓷片电容C17的一端、MCU芯片U1的第三十引脚，瓷片电容C17的另一端接地。所述的MCU最小系统模块U1型号为ATMEGA2560-16AU。瓷片电容C13、C14、C15、C16作为退耦电容，可有效防止电源端的电压剧烈波动。

如图9所示，所述的大气压强检测模块包括一个气压传感器芯片U4、两个电阻R3、R4。电阻R3、R4一端接+3.3V数字电压端子、气压传感器芯片U4的第二引脚、第三引脚，电阻R3的另一端接气压传感器芯片U4的第六引脚、MCU芯片U1的第五十四引脚，电阻R4的另一端接气压传感器芯片U4的第五引脚、MCU芯片U1 的第五十三引脚，气压传感器芯片U4的第七引脚接地。所述的气压传感器芯片U4型号为BMP180。

如图10所示，所述的大气温湿度检测模块包括一个温湿度传感器芯片U5、一个电阻R5、一个瓷片电容C18。电阻R5一端接+5V 数字电压端子、温湿度传感器芯片U5的第一引脚、瓷片电容C18的一端，电阻R5的另一端接温湿度传感器U5的第二引脚、MCU芯片 U1的第五十五引脚，瓷片电容C18的另一端接温湿度传感器U5的第四引脚、地。所述的温湿度传感器芯片U5型号为DHT11。瓷片电容C18作为退耦电容，可有效防止电源端的电压剧烈波动。

如图11所示，所述的PM2.5检测模块包括一个PM2.5传感器芯片U6，一个瓷片电容C19。PM2.5传感器芯片U6的第一引脚接地， PM2.5传感器芯片U6的第二引脚接+5V数字电压端子，瓷片电容 C19的一端接PM2.5传感器芯片U6的第三引脚，瓷片电容C19的另一端接地，PM2.5传感器芯片的第四引脚接MCU芯片U1的第九十七引脚，PM2.5传感器芯片U6的第6引脚接MCU芯片U1的第四十五引脚。所述的PM2.5传感器芯片U6型号为GP2Y1050AU0F。

如图12所示，所述的LCD显示模块包括一个液晶显示器芯片 U7、一个瓷片电容C20、一个滑动变阻器R6、两个电阻R7、R8、一个NPN三极管Q1。液晶显示器芯片U7的第一引脚接地和瓷片电容C20的一端，液晶显示器芯片U7的第二引脚接瓷片电容C20的另一端、+5V数字电压端子，液晶显示器芯片U7的第三引脚接滑动变阻器R6的第二引脚，滑动变阻器R6的第一引脚接地，滑动变阻器 R6的第三引脚接+5V数字电压端子，液晶显示器芯片U7的第四、第五、第六引脚分别接MCU芯片U1的第五十六、第五十七、第五十八引脚，液晶显示器芯片U7的第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十三、第十四引脚分别接MCU芯片U1的第七十八、第七十七、第七十六、第七十五、第七十四、第七十三、第七十二、第七十一引脚，液晶显示器芯片U7的第十五引脚接+5V数字电压端子，液晶显示器芯片U7的第十六引脚接三极管Q1的第三引脚，三极管Q1的第一引脚接地和电阻R8的一端，电阻R8的另一端接三极管Q1的第二引脚和电阻R7的一端，电阻R7的另一端接 MCU芯片U1的第五十九引脚。所述的液晶显示器芯片U7型号为 LCD1602。瓷片电容C20作为退耦电容，可有效防止电源端的电压剧烈波动。本实用新型中设计了简单、可靠的背光模块，需要调节 LCD液晶屏时，可控制三极管Q1导通从而打开背光，不需要调节 LCD液晶屏时，可控制三极管Q1关断，此设计有效防止在不调节 LCD液晶屏时耗电。通过调节滑动变阻器R6还可以调节背光的亮度。

如图13所示，所述的GSM远程控制模块包括一个GSM无线通信芯片U8、一个SIM卡芯片、两个瓷片电容C21、C22、五个电阻 R9、R10、R11、R12、R13、一个电源指示灯D3。GSM无线通信芯片U8的第一引脚接电阻R9的一端，电阻R9的另一端接地，GSM 无线通信芯片U8的第九引脚接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接MCU芯片U1的第十二引脚，GSM无线通信芯片U8的第十引脚接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接MCU芯片U1的第十三引脚，GSM无线通信芯片U8的第十六引脚接电阻R12的一端、瓷片电容C21的一端，电阻R12的另一端接+5V数字电压端子，瓷片电容C21的另一端GSM无线通信芯片U8的第十七、十八、二十九引脚和地，GSM无线通信芯片U8的第三十引脚接SIM卡芯片U9的第六引脚和瓷片电容C22的一端，瓷片电容C22的另一端接地，GSM 无线通信芯片U8的第三十一引脚接SIM卡芯片U9的第一引脚， GSM无线通信芯片U8的第三十二引脚接SIM卡芯片U9的第四引脚，GSM无线通信芯片U8的第三十三引脚接SIM卡芯片U9的第五引脚，GSM无线通信芯片U8的第三十九、四十五、四十六、五十三、五十四、五十八、五十九、六十一、六十二、六十三、六十四、六十五引脚接地，GSM无线通信芯片U8的第五十五、五十六、五十七引脚接+5V数字电压端子。所述的GSM无线通信芯片 U8的型号为SIM900A，所述的SIM卡芯片U9的型号为SIM。瓷片电容C21、C22作为退耦电容，可有效防止电源端的电压剧烈波动。