本實用新型涉及測量與監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，大氣污染已經(jīng)成為城市居民無法逃避的問題，空氣環(huán)境指標(biāo)的監(jiān)測為生態(tài)系統(tǒng)的健康評價與管理提供便捷，實時、準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)獲取與分析為環(huán)保部門制定政策、采取措施以減輕污染,保護(hù)人民身體健康提供科學(xué)依據(jù)。然而，由于大多數(shù)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站點建設(shè)在郊區(qū)、森林和公園，給空氣質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)的實時傳輸帶來困難，使相關(guān)工作人員不得不定期到生態(tài)站點進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，這不僅消耗了大量人力、物力和時間，而且所采集的數(shù)據(jù)不具有實時性，且異構(gòu)分散，難以進(jìn)行統(tǒng)一管理和后續(xù)的處理分析。另一方面，生態(tài)站點的自動化檢測設(shè)備在遇到故障或突發(fā)狀況(如停電)停止工作時，站點管理人員難以及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，這可能導(dǎo)致長時間的數(shù)據(jù)丟失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種用于森林生態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測領(lǐng)域，集數(shù)據(jù)采集、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、和數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的終端裝置。為準(zhǔn)確、便捷和實時獲取森林生態(tài)空氣質(zhì)量參數(shù)，以及可靠、及時監(jiān)控檢測設(shè)備的工作狀態(tài)提供方法，給生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及科研人員提供便利。

為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為：

一種森林空氣質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸裝置，包括CPU模塊，模數(shù)AD轉(zhuǎn)換，RS232數(shù)據(jù)采集模塊，GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，flash數(shù)據(jù)存儲模塊，日歷時間產(chǎn)生模塊，溫度采集模塊，電源管理模塊。所述CPU模塊采用NI公司生產(chǎn)的型號為MSP430F149的單片機(jī)，具有低功耗高可靠性的特點；所述RS232數(shù)據(jù)采集模塊與CPU的UART模塊相連，所述終端裝置通過所述RS232數(shù)據(jù)采集模塊與森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測設(shè)備相連，用于交互命令與數(shù)據(jù)，一方面采集檢測設(shè)備的測量數(shù)據(jù)，一方面監(jiān)控檢測設(shè)備的工作狀態(tài)；所述溫度采集模塊與CPU的I/O模塊相連，用于監(jiān)測生態(tài)站點的室內(nèi)溫度；所述終端裝置還可通過AD轉(zhuǎn)換模塊采集其它模擬信號輸出的環(huán)境數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)附上上時間戳，保存在所述的flash數(shù)據(jù)存儲芯片中；所述GPRS模塊通過排針與主板相連，所述CPU通過串口與GPRS模塊交互數(shù)據(jù)，用于將采集的數(shù)據(jù)和檢測設(shè)備的工作狀態(tài)信息無線上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

可選地，所述森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測設(shè)備是指生態(tài)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測領(lǐng)域的常用設(shè)備，包括：美國Thermo Scientific公司生產(chǎn)的42i型NO-NO₂-NO_x分析儀，43i型SO₂分析儀，48i型CO分析儀，49i型O₃分析儀，410i型CO₂分析儀，以及國產(chǎn)藍(lán)盾光電子有限公司生產(chǎn)的大氣顆粒物PM2.5分析儀和大氣顆粒物PM10分析儀。

可選地，所述終端裝置可采集和傳輸?shù)沫h(huán)境空氣質(zhì)量參數(shù)包括：NO、NO₂、NO_x、SO₂、CO、O₃、CO₂、PM2.5以及PM10等在空氣中的含量。

可選地，所述單片機(jī)的控制功能包括：

數(shù)據(jù)采集功能，通過所述RS232功能模塊和所述森林空氣質(zhì)量檢測設(shè)備通信，一方面發(fā)送指令以獲取檢測設(shè)備的測量數(shù)據(jù)，另一方面，當(dāng)3次發(fā)送指令而沒有收到檢測設(shè)備應(yīng)答時，判定檢測設(shè)備故障，生成檢測設(shè)備故障的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)無線傳輸功能，通過所述單片機(jī)的UART0功能模塊和所述GPRS模塊通信，控制所述GPRS模塊無線傳輸采集到的空氣質(zhì)量參數(shù)數(shù)據(jù)和檢測設(shè)備的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

傳輸裝置自身狀態(tài)報告功能，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置定時向服務(wù)器發(fā)送自身工作狀態(tài)信息，方便遠(yuǎn)端監(jiān)控人員在不能正確接收測量數(shù)據(jù)的情況下判斷故障源。

可選地，所述GPRS模塊采用獨立的功能模塊，用排針和主板相連，便于替換和錯誤調(diào)試。

可選地，所述GPRS模塊采用緊湊型、高可靠性的雙頻GSM/GPRS無線模塊SIM900a作為主芯片。

可選地，所述溫度采集模塊采用型號為DS18B20的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小，成本低，精度高的特點。

所述溫度采集模塊用于采集野外生態(tài)站室內(nèi)溫度，起到監(jiān)測生態(tài)站室內(nèi)空調(diào)工作狀態(tài)，保障檢測設(shè)備工作在適宜的環(huán)境溫度，避免因溫度過高而導(dǎo)致檢測設(shè)備損壞。

可選地，所述模數(shù)AD轉(zhuǎn)換模塊可采集8路模擬信號輸出的生態(tài)環(huán)境參數(shù)。

可選地，所述日歷時間產(chǎn)生模塊為采集的生態(tài)環(huán)境參數(shù)打上時間戳。

可選地，所述flash數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲采集的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，超出容量的數(shù)據(jù)將覆蓋早先存儲的數(shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下有益效果：

通過采用高可靠性的雙頻GSM/GPRS無線模塊實時上傳生態(tài)監(jiān)測站點采集的環(huán)境空氣質(zhì)量參數(shù)信息，極大節(jié)省了相關(guān)從業(yè)者的人力、物力和時間，降低了數(shù)據(jù)出錯的概率，提高了數(shù)據(jù)的可管理性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、實時展示提供方便；

通過監(jiān)測環(huán)境檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，并實時上傳給服務(wù)器端，有利于監(jiān)控人員及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)檢測設(shè)備的故障問題，避免因故障無法測量導(dǎo)致的長時間數(shù)據(jù)丟失；

通過監(jiān)測森林生態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測站點室內(nèi)溫度，并實時上傳給服務(wù)器端，有利于監(jiān)控人員掌握生態(tài)站點室內(nèi)的空調(diào)工作狀態(tài)，避免因工作環(huán)境溫度過高而導(dǎo)致檢測設(shè)備損壞。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型實施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的工作流程框圖；

圖3為本實用新型實施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的應(yīng)用場景圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

相反，本實用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

本實用新型所提供的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的一種具體實施方式如圖1所示，該系統(tǒng)包括CPU模塊101，AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，I/O模塊103，串行通信UART0模塊104和UART1模塊105，GPRS無線傳輸模塊106，RS232串口電平轉(zhuǎn)換模塊107，外接的空氣質(zhì)量檢測設(shè)備108，裝置供電電源模塊109，CPU復(fù)位電路110，LED指示燈111，數(shù)字溫度傳感器112，flash數(shù)據(jù)存儲模塊113，日歷時間產(chǎn)生模塊114。其中CPU模塊101采用NI公司生產(chǎn)的型號為MSP430F149的單片機(jī)，具有豐富內(nèi)部資源、低功耗和高可靠性的特點；AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊102，I/O模塊103，UART0 104和UART1 105均為CPU模塊101的內(nèi)部資源，對其添加簡單外圍電路便可實現(xiàn)相應(yīng)功能。UART1模塊105通過串口電平轉(zhuǎn)換模塊107將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，與森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測設(shè)備108相連，用于交互命令與數(shù)據(jù)，一方面采集檢測設(shè)備的測量數(shù)據(jù)，一方面監(jiān)控檢測設(shè)備的工作狀態(tài)。GPRS模塊106通過排針與主板相連，通過UART0模塊104與CPU交互數(shù)據(jù)，用于將數(shù)據(jù)無線上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。電源模塊109用于電壓適配，將12V輸入電壓轉(zhuǎn)換成3.3V給CPU供電，以及轉(zhuǎn)換成5V給GPRS模塊供電。CPU的I/O模塊103控制兩個LED指示燈111，其中一個用于指示GPRS狀態(tài)信號，另一個用于指示數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功時指示燈快速閃爍。溫度傳感器113直接焊接在電路板上，型號為DS18B20，具有體積小，硬件開銷低，精度高的特 點，用于測量生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站室內(nèi)溫度，并通過GPRS模塊106及時上傳給服務(wù)器，遠(yuǎn)端監(jiān)控人員可通過室內(nèi)溫度判斷檢測設(shè)備的工作環(huán)境，溫度過高會導(dǎo)致檢測設(shè)備損壞；時鐘電路114采用DS1302低功耗實時時鐘芯片，與CPU交互當(dāng)前時間并給采集的數(shù)據(jù)添加時間戳，形成數(shù)據(jù)條目，存儲在flash存儲器113中。存儲器113采用型號為AT45DB081D的芯片，容量大小為8M，用于備份測量數(shù)據(jù)，當(dāng)存儲數(shù)據(jù)超過存儲容量時，新數(shù)據(jù)將覆蓋早先存儲的舊數(shù)據(jù)。8路AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和電平轉(zhuǎn)換電路115用于功能擴(kuò)展，可用于采集其它模擬信號輸出的環(huán)境參數(shù)，電平轉(zhuǎn)換電路115將模擬信號調(diào)整到適宜單片機(jī)采集的范圍。

以上實施例的森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置，其中GPRS模塊獨立設(shè)計，采用插針的方式與CPU模塊所在主板相連，方便GPRS模塊的功能調(diào)試、替換和維護(hù)。

在一具體的應(yīng)用實施例中，圖2給出了本實施例森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸裝置(以下稱數(shù)傳裝置)的工作過程：

步驟1：初始化，MSP430F149單片機(jī)關(guān)閉看門狗，初始化COM口、I/O模塊，并設(shè)置兩個計時器分別用于計時數(shù)據(jù)采集間隔和發(fā)送保活包間隔。森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測設(shè)備(包括美國Thermo Scientific設(shè)備和國產(chǎn)藍(lán)盾設(shè)備)每隔1小時采樣一次，因此數(shù)傳裝置每隔m分鐘(m<60)向檢測設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)請求命令即可保證數(shù)據(jù)不丟失。保活包用于數(shù)傳裝置向服務(wù)器端報告自身工作狀態(tài)，當(dāng)服務(wù)器端接收不到數(shù)據(jù)時，?；畎蓭椭治龉收显?，?；畎g隔設(shè)置為每半小時一次。

初始化完成后，CPU同時監(jiān)測兩個計時器狀態(tài)，工作流程分兩條支路同時進(jìn)行，對于支路1：

步驟2：當(dāng)數(shù)據(jù)采集計時器溢出時，計數(shù)器清零，重新開始計時，同時數(shù)傳裝置向森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測設(shè)備發(fā)送命令請求測量的數(shù)據(jù)；

步驟3：判斷數(shù)傳裝置是否收到檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)應(yīng)答，若沒有，則重復(fù)發(fā)送請求命令，如果發(fā)送命令次數(shù)n>＝3，還未收到檢測設(shè)備應(yīng)答，則判定檢測設(shè)備故障，同時生成檢測設(shè)備故障的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。若收到檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)應(yīng)答，則接收數(shù)據(jù)；

步驟4：采集數(shù)字溫度傳感器輸出的溫度數(shù)據(jù)，同時，可選地，啟動8路AD模數(shù)轉(zhuǎn)換，采集其它模擬信號輸出的環(huán)境參數(shù)；

步驟5：讀取時鐘電路的當(dāng)前時間，并將第2-4步獲取的數(shù)據(jù)以特定格式形成一條完整數(shù)據(jù)，附上時間戳并將其保存在flash芯片中；

步驟6：通過GPRS模塊向遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)送步驟5形成的數(shù)據(jù)，發(fā)送完成后返回步驟2等待執(zhí)行下次數(shù)據(jù)采集。

對于支路2：

步驟2：當(dāng)?；钣嫊r器溢出時，計數(shù)器清零，重新開始計時，同時生成?；顢?shù)據(jù)包。

步驟3：通過GPRS模塊向遠(yuǎn)端服務(wù)器發(fā)送?；畎?，報告數(shù)傳裝置的工作狀態(tài)。發(fā)送完成后返回步驟2等待執(zhí)行下次?；畎l(fā)送。

參見圖3，為本實用新型實施例森林環(huán)境下空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸終端的一個應(yīng)用場景圖。數(shù)傳裝置32與森林生態(tài)監(jiān)測站點的空氣質(zhì)量檢測設(shè)備31相連，采集數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)無線傳輸進(jìn)GPRS網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)Internet傳送到數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器33，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后便可可通過終端34實時顯示空氣質(zhì)量信息。

本實用新型所提供的森林環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)采集與無線傳輸裝置的特點是：

1.集森林環(huán)境空氣質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)的采集與無線傳輸于一體，提高了相關(guān)從業(yè)者在數(shù)據(jù)獲取方面的技術(shù)手段，極大節(jié)省了從業(yè)者的人力、物力和時間，同時降低了數(shù)據(jù)出錯的概率，提高了數(shù)據(jù)的可管理性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、實時展示提供方便；

2.采集環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的同時，監(jiān)測檢測設(shè)備的工作狀態(tài)，并實時上傳服務(wù)器，有利于監(jiān)控人員及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)檢測設(shè)備的故障問題，避免因故障無法測量導(dǎo)致的長時間數(shù)據(jù)丟失；

3.同時采集森林生態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測站室內(nèi)溫度，有利于監(jiān)控人員掌握生態(tài)站室內(nèi)空調(diào)的工作狀態(tài)，避免因工作環(huán)境溫度過高而導(dǎo)致檢測設(shè)備損壞。

上述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本實用新型的構(gòu)思和范圍進(jìn) 行限定。在不脫離本實用新型設(shè)計構(gòu)思的前提下，對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。