一种基于家居场景的物联网环境监测装置的制作方法

本实用新型涉及室内监测
技术领域：
，尤其涉及一种基于家居场景的物联网环境监测装置。
背景技术：
：室内环境和空气污染物的对人体的影响很大，但家庭中不同居室内关注的对人体有影响的污染物的成分各不相同，例如，在起居室和卧室中人们更关注温湿度(T&RH)和CO2、PM2.5、甲醛浓度对人体的影响；在卫生间中，更关注温湿度(T&RH)和CO2、NH3浓度对人体的影响；在厨房中，由于存在做饭造成的空气污染物，人们更关注温湿度(T&RH)和CO2、PM2.5、甲醛、NO2、SO2、CO浓度对人体的影响，但目前的空气监测设备中，缺乏针对不同功能房间污染物特征，设置相应的传感器进行环境监测的装置。技术实现要素：鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种基于家居场景的物联网环境监测装置，通过配置传感器类型，满足对不同功能房间污染物特征的监测。本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种基于家居场景的物联网环境监测装置，包括传感器模组、采集处理电路和通信电路；所述传感器模组，包括第一类气体传感器和/或第二类气体传感器，所述第一类气体传感器输出第一类数字化气体监测数据；所述第二类气体传感器输出模拟气体监测数据；所述采集处理电路，包括第一类数据通道电路和/或第二类数据通道电路；所述第一类数据通道电路与第一类气体传感器连接，接收第一类数字化气体监测数据；所述第二类数据通道电路与第二类气体传感器连接，接收模拟气体监测数据进行信号调理、模数转换输出第二类数字化气体监测数据；所述通信电路与所述采集处理电路连接，用于将第一类数字化气体监测数据和第二类数字化气体监测数据上传到服务器。进一步地，所述第一类气体传感器包括二氧化碳传感器、PM2.5传感器和甲醛传感器；所述二氧化碳传感器为NH-Z198；所述PM2.5传感器为ZH03B激光粉尘传感器。进一步地，所述第一类气体传感器包括二氧化碳传感器和氨气传感器；所述二氧化碳传感器为NH-Z198；所述氨气传感器为ZE03-DG异味传感器。进一步地，所述第一类气体传感器包括二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器；所述第二类气体传感器包括二氧化硫传感器、二氧化氮传感器和一氧化碳传感器；所述二氧化碳传感器为NH-Z198；所述PM2.5传感器为ZH03B激光粉尘传感器；所述甲醛传感器为ZE08-CH20；所述二氧化硫传感器为SO2-B4传感器；二氧化氮传感器为NO2-B4传感器；一氧化碳传感器为CO-B4传感器。进一步地，所述第一类数据通道电路包括第一多路复用器和数据处理芯片；所述第一类气体传感器的输出接口与所述第一多路复用器的对应输入接口连接；所述多路复用器的输出口与所述采集处理电路中的数据处理芯片连接。进一步地，所述第一多路复用器为74HC4052；数据处理芯片为STM32芯片。进一步地，所述第二类数据通道电路包括调理电路、第二多路复用器、ADC芯片和数据处理芯片；所述调理电路包括第一B4调理电路、第二B4调理电路、第三B4调理电路；所述SO2-B4传感器与所述采集处理电路中的第一B4调理电路的输入端连接；所述NO2-B4传感器与所述采集处理电路中的第二B4调理电路的输入端连接；所述CO-B4传感器与所述采集处理电路中的第三B4调理电路的输入端连接；所述第二多路复用器的输入端与所述第一B4调理电路的输出端、第二B4调理电路的输出端和第三B4调理电路的输出端分别连接；所述第二多路复用器的输出端与ADC芯片的输入端连接；ADC芯片的输入端的输出端与数据处理芯片连接。进一步地，所述第二多路复用器为ADG1608；所述ADC芯片为AD7790芯片；所述数据处理芯片为STM32芯片。进一步地，所述通信电路采用USR-C322，使用WIFI信号上传数字化监测数据。进一步地，还包括底板，用于承载所述传感器模组、采集处理电路和通信电路，为第一类气体传感器和第二类气体传感器提供电路接口。本实用新型有益效果如下：通过对感器模组中传感器类型进行配置，可以满足对家庭中起居室、卧室、卫生间和厨房中温湿度及有害气体浓度的监测；采用集成化芯片，标准化底板，监测装置体积小、重量轻；使用无线信号上传监测数据，布线简便，方便后期的维护与更换。本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本实用新型实施例中的联网环境监测装置底板布局图；图2为本实用新型实施例中的MH-Z19B传感器接口电路图；图3为本实用新型实施例中的ZE08-CH2O传感器接口电路图；图4为本实用新型实施例中的ZH03B传感器接口电路图；图5为本实用新型实施例中的ZE03-DG传感器接口电路图；图6为本实用新型实施例中的B4传感器引脚图；图7为本实用新型实施例中的CD74HC4052芯片接口电路图；图8为本实用新型实施例中的ADG1608芯片接口电路图；图9为本实用新型实施例中的AD7790BRM芯片接口电路图；图10为本实用新型实施例中的STM32芯片接口电路图；图11为本实用新型实施例中的USR-C322接口电路图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理。本实用新型的一个具体实施例，公开了一种基于家居场景的物联网环境监测装置，包括传感器模组、采集处理电路、通信电路、电源电路和底板；如图1所示为传感器模组、采集处理电路、通信电路和电源电路在底板的布局图。所述传感器模组，包括温湿度传感器(T&RH)和多种气体传感器；所述温湿度传感器采集室内温、湿度数据，所述气体传感器采用扩散式气体采样传感器；优选的，温湿度传感器为SHT10。优选的，多种气体传感器，包括第一类气体传感器和/或第二类气体传感器，所述第一类气体传感器输出第一类数字化气体监测数据；所述第二类气体传感器输出模拟气体监测数据；具体的，第一类气体传感器，包括二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器和氨气传感器；第二类气体传感器，包括二氧化硫传感器、二氧化氮传感器和一氧化碳传感器。根据家庭中不同居室内关注的气体成分对第一类气体传感器和/或一类气体传感器进行组合，具体包括：气体传感器组合一：包括二氧化碳传感器、PM2.5传感器和甲醛传感器，用于对卧室或起居室内空气中的二氧化碳、PM2.5以及甲醛浓度进行采集；气体传感器组合二：包括二氧化碳传感器和和氨气传感器，用于对卫生间内空气中的二氧化碳和氨气浓度进行采集；气体传感器组合三：包括二氧化碳传感器、PM2.5传感器、甲醛传感器、二氧化硫传感器、二氧化氮传感器和一氧化碳传感器，用于对厨房内气中的二氧化碳、PM2.5、甲醛、二氧化硫、二氧化氮及一氧化碳浓度进行采集。从以上气体传感器组合中可知，在本实施例中的传感器模组中，温湿度传感器和二氧化碳传感器为必须安装的，而其他气体传感器根据物联网环境监测装置放置的房间选择安装。根据居室定制安装传感器组合，既能满足对家庭中不同居室内关注的气体成分的采集，又能减少传感器数量，降低成本。上述传感器模组中各传感器的型号如表1所示传感器类型传感器型号检测原理温湿度SHT10二氧化硫SO2SO2-B4电化学二氧化氮NO2NO2-B4电化学一氧化碳COCO-B4电化学甲醛HCHOZE08-CH2O电化学二氧化碳CO2MH-Z19B二氧化碳气体传非色散红外(NDIR)氨气NH3ZE03-DG异味传感器电化学PM2.5ZH03B激光粉尘传感器米氏散射原理对于温湿度传感器SHT10采用其串口进行温、湿度采集信息的输出；对于MH-Z19B传感器，其接口电路如图2所示；采用TTL电平供电，其采集数据输出可选用串口(UART)、模拟(DAC)、PWM波形等输出方式；本实施例将MH-Z19B传感器串口CO2Rx、CO2Tx与采集处理电路连接，以串口方式输出二氧化碳数字化监测数据，可简化装置的结构。对于ZE08-CH2O传感器，其接口电路如图3所示；采用TTL电平供电，其采集数据输出可选用串口(UART)、模拟(DAC)、PWM波形等输出方式；本实施例将ZE08-CH2O传感器串口CH2ORx、CH2OTx与采集处理电路连接，以串口方式输出甲醛数字化监测数据，可简化装置的结构。对于ZH03B传感器，其接口电路如图4所示；采用TTL电平供电，其采集数据输出可选用串口(UART)、PWM波形两种输出方式；本实施例将ZH03B传感器串口PMRx、PMTx与采集处理电路连接，以串口方式输出PM2.5数字化监测数据，可简化装置的结构。对于ZE03-DG传感器，其接口电路如图5所示；采用TTL电平供电，其采集数据输出可选用串口(UART)、模拟电压两种输出方式；本实施例将ZE03-DG传感器串口NH3Rx、NH3Tx与采集处理电路连接，以串口方式输出氨气数字化监测数据，可简化装置的结构。对于SO2-B4、NO2-B4和CO-B4传感器都为B4系列4电极传感器，内部结构如图6所示，包括参考电极、工作电极、对电极和辅助电极。本实施例的采集处理电路与所述传感器模组连接，接收传感器输出的数据，包括第一类数据通道电路和/或第二类数据通道电路；其中，第一类数据通道电路与第一类气体传感器连接，接收第一类数字化气体监测数据；第二类数据通道电路与第二类气体传感器连接，接收模拟气体监测数据进行信号调理、模数转换输出第二类数字化气体监测数据；具体的，对于第一类气体传感器MH-Z19B、ZE08-CH2O、ZH03B和ZE03-DG传感器，由于都采用串口方式输出采集的一类数字化气体监测数据，为同一类传感器，其输出可以进行复用以节约接口资源；因此，优选的，第一类数据通道电路包括第一多路复用器和数据处理芯片；优选的，所述第一多路复用器为CD74HC4052芯片；CD74HC4052是高速CMOS差分4通道，带有公共使能输入控制位的2路四选一模拟开关电路。每一个多路选择开关都有四个独立端的输入/输出(Y0到Y3)、一个公共端的输入/输出端(Z)和选择输入端(A)。公共使能输入控制位包括两个选择输入端A0、A1和一个低有效的使能输入端E。每一路都包含了四个双向模拟开关，开关的一边连接到独立输入/输出(Y0到Y3)，另一边连接到公共输入/输出端(Z)。当使能端E为低电平时，四个开关中的其中一个被A0和A1选通(低阻导通态)。当使能端E为高电平时，所有开关都处于高阻关断态，与A0和A1无关。VDD和VSS是连接到数字控制输入(A0、A1和E)的电源电压。(VDD-VSS)的范围是3～9V，模拟输入输出(Y0～Y3和Z)能够在最高VDD，最低VEE之间变化。(VDD-VEE)不会超过9V。对于用做数字多路选择开关，VEE和VSS是连在一起的(通常接地)；其接口如图7所示，MH-Z19B传感器串口CO2Rx、CO2Tx，ZE08-CH2O传感器串口CH2ORx、CH2OTx，ZH03B传感器串口PMRx、PMTx，ZE03-DG传感器串口NH3Rx、NH3Tx分别与CD74HC4052高速CMOS差分4通道的四个独立端分别连接，CD74HC4052高速CMOS差分4通道的公共端和选择输入端与数据处理芯片连接，数据处理芯片输出选通控制信号到CD74HC4052的选择输入端，选择4通道中的一条通道接通，使该通道接收的传感器第一类数字化气体监测数据输出到数据处理芯片；具体的，对于第二类气体传感器SO2-B4传感器、NO2-B4传感器和CO-B4传感器同为B4系列4电极传感器，由于4电极传感器输出的传感信号为非常微小模拟电流信号，需要进行信号调理；因此，优选的，第二类数据通道电路包括调理电路、第二多路复用器、ADC芯片和数据处理芯片；其中，调理电路对传感器输出的信号进行调理，包括第一B4调理电路、第二B4调理电路、第三B4调理电路，分别与SO2-B4传感器、NO2-B4传感器和CO-B4传感器对应连接；第二多路复用器连接在调理电路和ADC芯片之间，用于对第一B4调理电路、第二B4调理电路和第三B4调理电路输出信号到ADC芯片之间的通道进行切换；ADC芯片，用于所述第二多路复用器输出的模拟信号转换成数字信号输出至数据处理芯片。其中，所述第一B4调理电路、第二B4调理电路、第三B4调理电路的电路结构相同，可采用已公开资料中的4电极传感器的调理电路，调理电路一般包括跨电阻放大电路和差分放大电路，跨电阻放大电路将电流信号转换为电压信号，差分放大电路将所述电压信号进行放大得到调理后的传感器信号；第一B4调理电路的输入端与SO2-B4传感器的各电极连接输出端为B41-O/P1、B41-O/P2；第二B4调理电路的输入端与NO2-B4传感器的各电极连接输出端为B42-O/P1、B42-O/P2；第三B4调理电路的输入端与CO-B4传感器的各电极连接输出端为B43-O/P1、B43-O/P2；由于SO2-B4传感器、NO2-B4传感器和CO-B4传感器为同一类传感器，其经调理后输出的信号可以进行复用以节约接口资源，优选的，所述第二多路复用器为ADG1608模拟多路开关，ADG1608是单芯片CMOS模拟多路复用器，分别内置8个单通道和4个差分通道。工作时根据3位二进制地址线A0、A1和A2所确定的地址，将8路输入之一切换至公共输出。其接口如图8所示，第一B4调理电路输出端B41-O/P1、B41-O/P2，第二B4调理电路的输出端B42-O/P1、B42-O/P2，第三B4调理电路的输出端B43-O/P1、B43-O/P2，分别与ADG1608的8个单通道输入端分别连接，ADG1608的A0、A1和A2与数据处理芯片连接，数据处理芯片输出确定的地址到ADG1608的A0、A1和A2，选择8通道中的一条通道接通，从模拟输出端Vout输出模拟信号；由于4电极传感器产生的信号为模拟信号，送入数据处理芯片时需要转换为数字化监测数据进行处理；优选的，ADC芯片为16位的AD7790BRM缓冲式Σ-Δ型ADC，可提供更高的模数转换精度。具体的，ADC芯片的连接电路如图9所示，模拟输入来自ADG1608的输出模拟信号，数字输出端连接数据处理芯片；参考基准电压Vref(voltagereference)为2.5V。优选的，本实施例的数据处理芯片可采用STM32芯片。STM32采用意法半导体设计的基于ARMCortex-M3内核，满足高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用，本实施例还可采用STM32F103“增强型”系列，增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品。根据装置对高速度、高精度的需求，选择性能更为突出的STM32F103VET6增强型32位ARM芯片，该芯片以Cortex3-M3为内核，72MHz的工作频率，包含充足的增强I/O端口、定时器接口、SPI接口与IIC接口通信接口并包含RTC实时时钟、SDIO存储器、FSMC接口及2个12位的ADC。装置中选用的是LQFP型封装，因为该技术封装CPU时操作方便，可靠性高；而且其封装外形尺寸较小，寄生参数减小，适合高频应用。数据处理芯片的接口电路如图10所示，接收CD74HC4052选通输出的由MH-Z19B传感器串口，ZE08-CH2O传感器串口Tx，ZH03B传感器串口或ZE03-DG传感器串口分别输出的二氧化碳CO2、甲醛HCHO、PM2.5或氨气NH3数字化气体监测数据；接收AD7790BRM输出的经模数转化后的SO2-B4传感器、NO2-B4传感器或CO-B4传感器监测的二氧化硫、二氧化氮或一氧化碳数字化气体监测数据。本实施例的通信电路与所述采集处理电路的数据处理芯片连接；用于将数据处理芯片接收的数字化气体监测数据上传到服务器。优选的，通信电路采用USR-C322，使用WIFI信号上传数字化监测数据。USR-C322为实现嵌入式系统的无线网络通讯的应用而设计的一款低功耗802.11b/g/n模块。该模块硬件上集成了MAC基频芯片、射频收发单元、以及功率放大器；采用TI公司的CC3200芯片方案，内核为工业级ARMCortex-M4内核，运行频率达80MHz；内置超低功耗运行机制，可以有效实现模块的低功耗运行；支持WiFi协议以及TCP/IP协议，用户仅需简单配置，即可实现UART设备的联网功能，尺寸较小，易于焊装在客户产品的硬件单板电路上。且模块可选择内置或外置天线的应用。USR-C322的接口电路如图11所示。本实施例的电源电路，用于为传感器模组，采集处理电路和通信电路提供电源。具体的，电源电路能提供直流5.0V、3.3V、2.5V、6.0V等，本实施例中传感器模组，采集处理电路和通信电路中所包含芯片的所有用电需求。且电源电路的各电压的产生电路均采用现有的成熟稳定的电源电路，能够为传感器模组，采集处理电路和通信电路中各芯片的工作提供可靠的供电支持。可选的，电源电路的外接输入可以采用交流形式与市电交流220V连接；或采用直流形式与蓄电池连接；均能实现本监测装置的外接供电。优选的，还包括标准化的底板，用于承载所述传感器模组、采集处理电路、通信电路和电源电路；所述底板对于不同的传感器组合采用统一的设计，包括与二氧化碳传感器NH-Z198、所述PM2.5传感器ZH03B激光粉尘传感器、所述甲醛传感器ZE08-CH20、所述氨气传感器ZE03-DG异味传感器、所述二氧化硫传感器SO2-B4传感器、二氧化氮传感器NO2-B4传感器或一氧化碳传感器为CO-B4传感器连接的电路接口，以及采集处理电路和通信电路所包括的芯片的电路接口。由于采用统一的设计标准化底板，在对于不同房间所需的不同传感器组合，只需要在确定安装房间后，在对应的监测装置地板上焊接对应的传感器组合，不需要重新设计，成本低，方便后期的维护与更换。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3