本發(fā)明屬于通信技術領域，具體涉及到一種節(jié)能環(huán)保型的智能室內環(huán)境監(jiān)測裝置。

背景技術：

隨著城市工業(yè)化的不斷發(fā)展和現(xiàn)代化建設的不斷演進，國內外大中型城市都出現(xiàn)了空氣污染的狀況。尤其是2012年冬天以來，中國華北大部分地區(qū)出現(xiàn)了以pm2.5為主要污染物的霧霾天氣。和空氣中比較大的顆粒物不同，顆粒直徑較小，在表面上存在著一些有毒害的有機物和無機物，可以在空氣中長期滯留，還有可能隨著風被吹散到較遠的地方，所以對人們的生活產生很大影響，也會危及到人們的身體健康。隨著中國經濟發(fā)展的越來越好，人們生活水平質量也快速提高。從而人們對自己生活的環(huán)境以及對于自身健康生活的意識也在逐年提升。因此對室內空氣質量監(jiān)測的需求量也變得很大，其中，全國人們生活中最在乎的污染問題主要在以下方面。由于房屋裝修、霉菌、吸煙、殺蟲噴霧劑以及pm2.5等帶來的有害氣體，如甲醛、苯、揮發(fā)性有機物等致癌物質，可造成哮喘、頭疼頭暈、五官不適、一些種類的貧血病、血癌、腹中小孩發(fā)育不良、小孩智力明顯降低等很多種癥狀的疾病。特別是進入夏天，32℃或更高時，裝飾裝修用料、家用的一些東西等釋放出的有害氣體變的越來越多，家里的污染變得越來越大，因此而造成的大腦缺氧疾病增多，最常見的身體上下發(fā)抖、口眼不正常、注意力不集中為多，特別影響人們的正常生活和工作。

為了保證人們的健康，為了能夠實時了解室內環(huán)境中的空氣質量，提高家庭居住環(huán)境，需要對室內空氣中的有害氣體進行有效的監(jiān)測，以便采取有效的預防和改善措施。目前市場上室內空氣監(jiān)測的產品價格很貴，測定時間長，功能不完善，專用性弱，并要專人進行控制，很難連續(xù)進行工作，每隔一定時間就需要進行重新設定。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，特別是電子通信技術的快速發(fā)展使得測量儀器的度越來越高。從而使室內測量儀器儀表向著智能化的方向迅速發(fā)展。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是，利用網(wǎng)絡技術，無線通信原理以及信息采集技術和顯示技術、無線能量收集技術、提供一種節(jié)能環(huán)保型的智能室內環(huán)境監(jiān)測裝置，用來實時監(jiān)測家庭內狀況，并在家庭室內環(huán)境異常時及時將室內相應的環(huán)境信息通過通信網(wǎng)絡發(fā)送到用戶的手機上。

上述的技術問題通過以下的技術方案實現(xiàn)：

一種節(jié)能環(huán)保型的智能室內環(huán)境監(jiān)測裝置，其結構有主控模塊1、顯示模塊5、環(huán)境檢測裝置和供電裝置，其特征在于，結構還有通信模塊4，所述的環(huán)境檢測裝置由甲醛氣體監(jiān)測模塊2和溫濕度監(jiān)測模塊3構成，所述的供電裝置是無線能量收集電源模塊6；其中甲醛氣體監(jiān)測模塊2、溫濕度監(jiān)測模塊3、通信模塊4、顯示模塊5均與主控模塊1相連，無線能量收集電源模塊6為各模塊提供電源；

所述的主控模塊1的結構為：arm芯片stm32f103zet6的8腳和9腳之間接頻率為32.768khz的晶振y1，同時8腳和9腳還分別通過電容c1和電容c2接地，24腳連接頻率為8mhz的晶振y2的一端，晶振y2的兩端分別與電阻r1的兩端相連，還分別通過電容c3和c4接地，stm32f103zet6的30腳接地，33腳通過電阻r2接電源vdd，同時33腳還通過兩個并聯(lián)的電容c5和c6接地，16腳、38腳、51腳、61腳、71腳、83腳、94腳、107腳、120腳、130腳和143腳接地，17腳、39腳、52腳、62腳、72腳、84腳、95腳、108腳、121腳、131腳和144腳均連接電源vdd；

所述的甲醛氣體監(jiān)測模塊2的結構為：mq-138傳感器的1腳接電源vdd，4腳接地，2腳、3腳分別接運放u1a的同相輸入端和反相輸入端，運放u1a的4腳同時接電阻r3的一端、電容c7的一端和場效應管j1的漏極，電阻r3和電容c7的另一端接到運放u1a的1腳，運放u1a的2腳接地、5腳接電源vdd，3腳接場效應管j1的源極并接地，場效應管j1的柵極接電阻r4的一端，電阻r4的另一端接電源vdd，運放u1a的1腳與主控模塊1中的arm芯片stm32103zet6的69腳相連接；

所述的溫濕度監(jiān)測模塊3的結構為：傳感器芯片sht11的gnd端接地，vdd端接電源vdd，data端接主控模塊1中arm芯片stm32f103zet6的34腳，data端還通過電阻r5接電源vdd，sck端接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的137腳。

所述的通信模塊4的結構為，芯片enc28j60的管腳2、11、22、25、26接地，1腳通過電容c8接地，14腳通過電阻r6接地，19、23、24、29、32腳接電源vdd，3腳接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的45腳，4腳接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的96腳，6，7，8分別接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的111,112,113腳，27、28腳與頻率為25mhz的晶振y3的兩端相連，并且分別通過電容c9、電容c10接地，30腳接led燈a，31腳接led燈b；

為了達到節(jié)能環(huán)保的目的，本發(fā)明的供電裝置采用無線能量收集電源模塊6構成，在家庭電路無法進行供電的時候可以利用該裝置收集的能量進行供電，增加該裝置還能夠保證環(huán)境監(jiān)測裝置更有效的對室內環(huán)境進行監(jiān)測，提高了穩(wěn)定性，還達到了環(huán)保節(jié)能的目的。所述的無線能量收集電源模塊6由接收天線61、rf-dc整流升壓模塊62、能量存儲模塊63、電源管理模塊64和充電電池65構成；

所述的接收天線61的結構為平面對數(shù)周期天線，天線整體由6節(jié)振子組成，頂面振子與底面振子交叉排列，饋電點左側振子與右側振子呈中心對稱結構，中間介質層為fr-4板材，介質層的正面是銅片正面振子，反面是銅片反面振子；

所述的rf-dc整流升壓模塊62的結構為：電容c11的一端作為rf-dc整流升壓模塊的輸入端，記為m1_in，并與接收天線61的輸出端相連，電容c11的另一端與電感l(wèi)1的一端以及電容c12～電容c17的一端相連，電感l(wèi)1的另一端接地，電容c11和電感l(wèi)1共同組成該模塊的匹配網(wǎng)絡，電容c12～電容c17的另一端依次分別接二極管d1、二極管d3、二極管d5、二極管d7、二極管d9、二極管d11的陰極，二極管d1的陽極接地，陰極接二極管d2的陽極，二極管d2的陰極接二極管d3的陽極，二極管d3的陰極接二極管d4的陽極，二極管d4的陰極接二極管d5的陽極，二極管d5的陰極接二極管d6的陽極，二極管d6的陰極接二極管d7的陽極，二極管d7的陰極接二極管d8的陽極，二極管d8的陰極接二極管d9的陽極，二極管d9的陰極接二極管d10的陽極，二極管d10的陰極接二極管d11的陽極，二極管d11的陰極接二極管d12的陽極，二極管d12的陰極作為rf-dc整流升壓模塊的輸出端，記為m1_out，二極管d3、二極管d5、二極管d7、二極管d9、二極管d11的陽極依次分別通過電容c18～電容c22接地；

所述的能量存儲模塊63是由一個超級電容c構成，超級電容c的正極同時作為能量存儲模塊63的輸入端和輸出端，負極接地；

所述的電源管理模塊64的結構為：電容c23的一端接芯片lm317l的引腳2，并作為電源管理模塊的輸入端，記為m4_in，并與能量存儲模塊63的輸出端相連，電容c23的另一端接地，電阻r8的一端接芯片lm317l的引腳3，并作為電源管理模塊64的輸出端，記為m2_out，接充電電池65的輸入端，充電電池為整個系統(tǒng)供電，電阻r8的另一端接芯片lm317l的1引腳并通過可變電阻r9接地，電容c24的一端接地，另一端接端口m2_out；

電路的優(yōu)選參數(shù)為，各電阻參數(shù)分別為，r1：1mω，r2：10ω，r3：2mω，r4:1mω，r5：4.7k,r6：2.3kω，各電容的參數(shù)分別為，c1：10uf，c2：10uf，c3：22uf，c4：22uf，c5：10uf，c6：0.1uf，c7:1uf，c8：10uf，c9,c10：22pf，c11：2.39pf，c12：0.1uf，c13：0.1uf，c14：0.1uf，c15：0.1uf，c16：0.1uf，c17：0.1uf，c18：0.1uf，c19：0.1uf，c20：0.1uf，c21：0.1uf，c22：0.1uf，c23：0.1uf，c24：0.1uf；所述的超級電容c優(yōu)選型號為su2400p-0027v-1ra，電感參數(shù)l1：9.22nh；二極管d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8，d9，d10，d11，d12，均為肖特基微波檢波二極管，型號為hsms-2862；運放u1a的型號為：opa333，場效應管j1的型號為j175，三極管q1、三極管q2的型號均為2n3904；電源vdd的電壓為+5v。

所述的接收天線61的優(yōu)選參數(shù)為：振子第一級振子為長度125mm，寬度2mm的銅片，第二級振子為長度110mm，寬度2mm的銅片，第三級振子為長度100，寬度2mm的銅片，第四級振子為長度92.5mm，寬度2mm的銅片，第五級振子為長度87.5，寬度2mm的銅片，第六級振子為長度84mm，寬度2mm的銅片，振子間距分別為61.5mm，59.5mm，54.5mm，51.5mm，54mm，介質層為長為255mm，寬為285mm的rf-4板材。

所述的顯示模塊5可以采用以下結構：液晶顯示屏lcd12864的vdd端口和bla端接電源vdd，vss端口和blk端接地，vl端口接滑動變阻器r7的一端，滑動變阻器r7的另一端和滑線端接地，液晶顯示屏lcd12864的數(shù)據(jù)端d0～d7共8個引腳依次與主控模塊1中arm芯片stm32f103zet6的2～5腳、58～60腳和63腳共8個引腳相連，滑動變阻器r7的優(yōu)選阻值為10kω。

本發(fā)明的技術方案有以下有益效果：

1、本發(fā)明通過甲醛傳感器和溫濕度傳感器自動采集室內環(huán)境信息，并把當前室內環(huán)境數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示屏上，方便用戶查詢。

2、本發(fā)明通過通信網(wǎng)絡向預設的手機號碼發(fā)送報警短信，能在室內空氣質量不達標的時候提醒用戶，并能把當前室內環(huán)境信息發(fā)送到用戶手機上，方便用戶對室內環(huán)境進行監(jiān)控。

3、本發(fā)明采用通信模塊，可以在極短的時間內就完成室內環(huán)境信息等數(shù)據(jù)業(yè)務的采集與傳送，便于用戶遠程查看當前室內環(huán)境信息，更有利于用戶做出相應的措施，改善當前空氣質量，同時提高了通信網(wǎng)絡的利用率。

4、本發(fā)明通過無線能量收集裝置實現(xiàn)了能量的循環(huán)利用，達到了環(huán)保節(jié)能的效果，適應了當今社會的發(fā)展趨勢。

綜上所述，本發(fā)明能夠有效測量當前室內環(huán)境并當環(huán)境質量不達標時進行及時提醒。同時，本發(fā)明促進了室內環(huán)境檢測技術的進步，從而直接積極地影響環(huán)境檢測行業(yè)的發(fā)展，推動該行業(yè)的電子市場的發(fā)展。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總體結構框圖。

圖2是主控模塊1的原理圖。

圖3是甲醛氣體監(jiān)測模塊2的原理圖。

圖4是溫濕度監(jiān)測模塊3和主控模塊1的連接示意圖。

圖5是通信模塊4的原理圖。

圖6是顯示模塊5和主控模塊1的連接示意圖。

圖7是本發(fā)明的供電裝置的結構框圖。

圖8是接收天線61的原理圖。

圖9是rf-dc整流升壓模塊62的原理圖。

圖10是電源管理模塊64的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發(fā)明的結構及工作原理，本發(fā)明中各元器件的優(yōu)選參數(shù)已標于附圖中。

實施例1本發(fā)明的整體結構

參照圖1，本發(fā)明是一種節(jié)能環(huán)保型的智能室內環(huán)境監(jiān)測裝置，其結構有主控模塊1、甲醛氣體監(jiān)測模塊2、溫濕度監(jiān)測模塊3、通信模塊4、顯示模塊5和無線能量收集電源模塊6。其中甲醛氣體監(jiān)測模塊2、溫濕度監(jiān)測模塊3、通信模塊4、顯示模塊5均與主控模塊1相連。主控模塊1負責協(xié)調各模塊之間的工作，甲醛氣體監(jiān)測模塊2檢測當前室內空氣中甲醛氣體濃度，把相應的數(shù)據(jù)發(fā)送給主控模塊1，同時當室內空氣中甲醛氣體超標時通過通信模塊4向用戶手機中發(fā)送報警信息，用戶的手機號可預存在通信模塊4中，溫濕度監(jiān)測模塊3用于實時監(jiān)測室內的溫濕度情況，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送給主控模塊1，同時顯示到顯示模塊5上，當溫濕度的監(jiān)測數(shù)據(jù)超出正常范圍時，立即通過通信模塊3向用戶手機發(fā)送報警信息并把當前室內空氣數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶手機上，室內溫濕度的數(shù)據(jù)的正常范圍可由用戶預先設定，本發(fā)明中，采用無線能量收集電源模塊6作為供電系統(tǒng)為各模塊提供電源，起到節(jié)能環(huán)保的目的。

實施例2本發(fā)明的主控模塊1

參照圖2，本發(fā)明的主控模塊1的結構為：arm芯片stm32f103zet6的8腳和9腳之間接頻率為32.768khz的晶振y1，同時8腳和9腳還分別通過電容c1和電容c2接地，24腳連接頻率為8mhz的晶振y2的一端，晶振y2的兩端分別與電阻r1的兩端相連，還分別通過電容c3和c4接地，stm32f103zet6的30腳接地，33腳通過電阻r2接電源vdd，同時33腳還通過兩個并聯(lián)的電容c5和c6接地，16腳、38腳、51腳、61腳、71腳、83腳、94腳、107腳、120腳、130腳和143腳接地，17腳、39腳、52腳、62腳、72腳、84腳、95腳、108腳、121腳、131腳和144腳均連接電源vdd。

實施例3本發(fā)明的甲醛氣體監(jiān)測模塊2

參照圖3，本發(fā)明的甲醛氣體監(jiān)測模塊2的結構為：mq-138傳感器的1腳接電源vdd，4腳接地，2腳、3腳分別接運放u1a的同相輸入端和反相輸入端，運放u1a的4腳同時接電阻r3的一端、電容c7的一端和場效應管j1的漏極，電阻r3和電容c7的另一端接到運放u1a的1腳，運放u1a的2腳接地、5腳接電源vdd，3腳接場效應管j1的源極并接地，場效應管j1的柵極接電阻r4的一端，電阻r4的另一端接電源vdd，運放u1a的1腳與主控模塊1中的arm芯片stm32103zet6的69腳相連接；該模塊實現(xiàn)對室內氣體中甲醛濃度進行實時監(jiān)測，并把相應的數(shù)據(jù)送到主控模塊1上。

實施例4本發(fā)明的溫濕度模塊3

參照圖4，本發(fā)明的溫濕度監(jiān)測模塊3的結構為：傳感器芯片sht11的gnd端接地，vdd端接電源vdd，data端接主控模塊1中arm芯片stm32f103zet6的34腳，data端還通過電阻r5接電源vdd，sck端接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的137腳。

實施例5本發(fā)明的通信模塊4

參照圖5，本發(fā)明的通信模塊4的結構為：芯片enc28j60的管腳2、11、22、25、26接地，1腳通過電容c8接地，14腳通過電阻r6接地，19、23、24、29、32腳接電源vdd，3腳接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的45腳，4腳接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的96腳，6，7，8分別腳接主控模塊1中的arm芯片stm32f103zet6的111,112,113腳，27、28腳與頻率為25mhz的晶振y3的兩端相連，并且分別通過電容c9、電容c10接地，30腳接led燈a,31腳接led燈b。

該模塊可實現(xiàn)空氣檢測裝置與用戶手機間的通信，在室內環(huán)境異常時將室內的甲醛濃度以及溫濕度等信息及時發(fā)送到用戶手機上。其中，芯片enc28j60可以作為任何含有spi接口單片機的以太網(wǎng)接口。使用spi接口與單片機通信。enc28j60由七個主要功能模塊構成：phy模塊、spi接口、mac模塊、雙端口arm緩沖器、判優(yōu)器、總線接口，還包括其他例如震蕩器、片內穩(wěn)壓器、電平轉換和系統(tǒng)控制邏輯。

實施例6本發(fā)明的顯示模塊5

參照圖6，本發(fā)明的顯示模塊5的結構為：液晶顯示屏lcd12864的vdd端口和bla端接電源vdd，vss端口和blk端接地，vl端口接滑動變阻器r7的一端，滑動變阻器r7的另一端和滑線端接地，液晶顯示屏lcd12864的數(shù)據(jù)端d0～d7共8個引腳依次與主控模塊1中arm芯片stm32f103zet6的2～5腳、58～60腳和63腳共8個引腳相連。

實施例7本發(fā)明電源的接收天線61

參照圖8，所述的接收天線61的結構為平面對數(shù)周期天線，天線整體由6節(jié)振子組成，頂面振子與底面振子交叉排列，饋電點左側振子與右側振子呈中心對稱結構，中間介質層為fr-4板材，介質層的正面是銅片正面振子，反面是銅片反面振子。接收天線接收射頻能量將其轉換為直流能量。

振子第一級振子為長度d1，寬度w1的銅片，第二級振子為長度d2，寬度w2的銅片，第三級振子為長度d3，寬度w3的銅片，第四級振子為長度d4，寬度w4的銅片，第五級振子為長度d5，寬度w5的銅片，第六級振子為長度d6，寬度w6的銅片，振子間距分別為g1，g2，g3，g4，g5，介質層為長為w，寬為l的rf-4板材，參數(shù)具體數(shù)值如表1所示。

表1所述接收天線的參數(shù)列表(mm)

實施例8本發(fā)明電源的rf-dc整流升壓模塊62

參照圖9，所述的rf-dc整流升壓模塊的結構為：電容c11的一端作為rf-dc整流升壓模塊的輸入端，記為m1_in，并與接收天線61的輸出端相連，電容c11的另一端與電感l(wèi)1的一端以及電容c12～電容c17的一端相連，電感l(wèi)1的另一端接地，電容c11和電感l(wèi)1共同組成該模塊的匹配網(wǎng)絡，電容c12～電容c17的另一端依次分別接二極管d1、二極管d3、二極管d5、二極管d7、二極管d9、二極管d11的陰極，二極管d1的陽極接地，陰極接二極管d2的陽極，二極管d2的陰極接二極管d3的陽極，二極管d3的陰極接二極管d4的陽極，二極管d4的陰極接二極管d5的陽極，二極管d5的陰極接二極管d6的陽極，二極管d6的陰極接二極管d7的陽極，二極管d7的陰極接二極管d8的陽極，二極管d8的陰極接二極管d9的陽極，二極管d9的陰極接二極管d10的陽極，二極管d10的陰極接二極管d11的陽極，二極管d11的陰極接二極管d12的陽極，二極管d12的陰極作為rf-dc整流升壓模塊的輸出端，記為m1_out，二極管d3、二極管d5、二極管d7、二極管d9、二極管d11的陽極依次分別通過電容c18～電容c22接地。該模塊把接收電線接收到的微弱的rf能量轉換成高電壓的dc電壓。

實施例9本發(fā)明的電源管理模塊64

參照圖10，所述的電源管理模塊的結構為：電容c23的一端接芯片lm317l的引腳2，并作為電源管理模塊的輸入端，記為m4_in，并與能量存儲模塊63的輸出端相連，電容c23的另一端接地，電阻r8的一端接芯片lm317l的引腳3，并作為電源管理模塊64的輸出端，記為m2_out，接充電電池65的輸入端，充電電池為整個系統(tǒng)供電，電阻r8的另一端接芯片lm317l的1引腳并通過可變電阻r9接地，電容c24的一端接地，另一端接端口m2_out。該模塊將能量存儲模塊63輸出的不穩(wěn)定的直流電壓，穩(wěn)定成穩(wěn)定的直流電壓為充電電池充電。

實施例10本發(fā)明的arm--控制程序