可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)、存儲(chǔ)器以及蓄電池，殼體的前端面設(shè)置有熱釋電感應(yīng)傳感器、控制面板和顯示屏，殼體的頂端面設(shè)置有太陽(yáng)能電池板，殼體上還設(shè)置有用于測(cè)量環(huán)境參數(shù)的采集單元；所述太陽(yáng)能電池板的輸出端連接蓄電池的輸入端，蓄電池的輸出端經(jīng)熱釋電感應(yīng)傳感器連接顯示屏的電源端；所述單片機(jī)的輸入端分別連接采集單元和控制面板，單片機(jī)的輸出端分別與顯示屏和存儲(chǔ)器連接。本實(shí)用新型功耗低，具有記憶存儲(chǔ)功能，無(wú)需對(duì)蓄電池電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)且無(wú)需反復(fù)充電，使用方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域中，用于評(píng)測(cè)環(huán)境質(zhì)量的參數(shù)有環(huán)境溫度、輻射、水汽壓虧缺、溫度、土壤濕度等等，因此環(huán)境測(cè)量設(shè)備中大多包含用于測(cè)量各參數(shù)的相應(yīng)傳感器，這些參數(shù)通常要求長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，再加上受放置環(huán)境的限制，設(shè)備的供電便成為亟待解決的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的環(huán)境測(cè)量設(shè)備大多采用蓄電池供電，由于測(cè)量設(shè)備的顯示屏長(zhǎng)期保持工作狀態(tài)，極大地浪費(fèi)了電能；當(dāng)蓄電池缺電時(shí)，不僅無(wú)法繼續(xù)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，還會(huì)發(fā)生測(cè)量數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，并且蓄電池的電量很難有效監(jiān)測(cè)，也就無(wú)法保證環(huán)境參數(shù)測(cè)量的連續(xù)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型需要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種功耗低、具有記憶功能、無(wú)需對(duì)蓄電池電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)且無(wú)需反復(fù)充電的環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案如下。
[0005]可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)、存儲(chǔ)器以及蓄電池，殼體的前端面設(shè)置有熱釋電感應(yīng)傳感器、控制面板和顯示屏，殼體的頂端面設(shè)置有太陽(yáng)能電池板，殼體上還設(shè)置有用于測(cè)量環(huán)境參數(shù)的采集單元;所述太陽(yáng)能電池板的輸出端連接蓄電池的輸入端，蓄電池的輸出端經(jīng)熱釋電感應(yīng)傳感器連接顯示屏的電源端;所述單片機(jī)的輸入端分別連接采集單元和控制面板，單片機(jī)的輸出端分別與顯示屏和存儲(chǔ)器連接。
[0006]上述可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，所述采集單元包括分別與單片機(jī)輸入端連接的用于采集環(huán)境噪聲指數(shù)的噪聲傳感器、用于采集雨水PH值的pH值傳感器、用于采集環(huán)境PM2.5和PMlO參數(shù)的PM傳感器以及用于采集環(huán)境溫度參數(shù)的溫度傳感器。
[0007]上述可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，所述單片機(jī)為STM32F103ZET6單片機(jī)。
[0008]由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型所取得技術(shù)進(jìn)步如下。
[0009]本實(shí)用新型采用太陽(yáng)能電池供電，可以隨時(shí)對(duì)蓄電池進(jìn)行自動(dòng)充電，無(wú)需設(shè)置電量監(jiān)測(cè)電路，也無(wú)需人工反復(fù)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，使用方便;本實(shí)用新型設(shè)置的存儲(chǔ)器能夠?qū)Νh(huán)境檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，使設(shè)備具備了掉電保護(hù)功能，防止了掉電丟失數(shù)據(jù)現(xiàn)象的發(fā)生；熱釋電感應(yīng)傳感器的設(shè)置，能夠?qū)θ梭w進(jìn)行感應(yīng)，即在有人靠近檢測(cè)區(qū)時(shí)啟動(dòng)顯示屏進(jìn)行顯示，而在人遠(yuǎn)離檢測(cè)區(qū)時(shí)關(guān)閉顯示屏，降低了功耗，節(jié)約了電能。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[ΟΟ??]圖2為本實(shí)用新型的立體不意圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型的主視圖；
[0013]圖4為本實(shí)用新型的內(nèi)部俯視圖。
[0014]其中:1.熱釋電感應(yīng)傳感器，2.pH值傳感器，3.噪聲傳感器，4.控制面板，5.顯示屏，6.PM傳感器，7.溫度傳感器，8.存儲(chǔ)器，9.單片機(jī)，10.太陽(yáng)能電池板，11.殼體。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]一種可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，包括殼體11，殼體內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)9、存儲(chǔ)器8以及蓄電池，如圖4所示;殼體11的前端面設(shè)置有熱釋電感應(yīng)傳感器1、控制面板4和顯示屏5，如圖3所示;殼體11的頂端面設(shè)置有太陽(yáng)能電池板10，如圖2所示;殼體上還設(shè)置有用于測(cè)量環(huán)境參數(shù)的采集單元，采集單元包括噪聲傳感器3、pH值傳感器2、PM傳感器6以及溫度傳感器7等;上述各部件之間的連接關(guān)系如圖1所示，具體為:太陽(yáng)能電池板的輸出端連接蓄電池的輸入端，蓄電池的輸出端經(jīng)熱釋電感應(yīng)傳感器連接顯示屏的電源端;所述單片機(jī)的輸入端分別連接采集單元和控制面板，單片機(jī)的輸出端分別與顯示屏和存儲(chǔ)器連接。
[0017]太陽(yáng)能電池板10用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能為蓄電池充電，外形尺寸640*540*25mm，輸出功率50瓦，輸出電壓為12V，輸出電流2.80A，開(kāi)路電壓22V，其轉(zhuǎn)換效率約為18%。蓄電池采用鉛蓄電池，額定電壓為12V，容量為50AH，電池的降壓選用常見(jiàn)的12V轉(zhuǎn)5V的降壓模塊，降壓后的電源可以直接給5V單片機(jī)供電。
[0018]單片機(jī)9用于對(duì)其他部件其操控作用，本實(shí)施例中單片機(jī)選用STM32F103ZET6單片機(jī)，其核心處理器為ARM CortexM3，運(yùn)行頻率最高可達(dá)72MHz，flash容量512KB，RAM容量64KB，支持CAN總線，I2C總線，LIN總線，SPI總線接口，UART/USART，USB控制器，PffM輸出，多通道ADC，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC等，其中12位精度的ADC具有多種轉(zhuǎn)換模式，并帶有一個(gè)內(nèi)部溫度傳感器，還具有122個(gè)1 口。由于此款單片機(jī)運(yùn)行速率足夠快(72MHz )，1 口數(shù)量足夠多，因此完全可以勝任環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。
[0019]存儲(chǔ)器8用于存儲(chǔ)所測(cè)的環(huán)境參數(shù)，存儲(chǔ)器采用的型號(hào)為AT28C256的EEPR0M，該EEPROM為高性能的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，內(nèi)存IMb，制造捕獲的原始圖像使用Atme I先進(jìn)的非易失性CMOS技術(shù)，提供接入的設(shè)備只有440毫瓦的功耗；當(dāng)設(shè)備被取消時(shí)，CMOS待機(jī)電流小于200微安。AT28C256是一個(gè)讀或者寫(xiě)周期中的靜態(tài)RAM，不訪問(wèn)外部元件;包含一個(gè)64字節(jié)頁(yè)寄存器，允許同時(shí)最多寫(xiě)入64個(gè)字節(jié)。在寫(xiě)周期中，地址和164個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)被內(nèi)部地址鎖存，從而釋放地址和數(shù)據(jù)總線，用于其他操作；寫(xiě)周期開(kāi)始時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)寫(xiě)入使用一個(gè)內(nèi)部的定時(shí)器控制的鎖存數(shù)據(jù);在寫(xiě)入周期結(jié)束時(shí)可通過(guò)I / 07數(shù)據(jù)進(jìn)行輪詢檢測(cè);一旦寫(xiě)周期結(jié)束時(shí)一個(gè)用于讀出或?qū)懭氲男碌脑L問(wèn)可以開(kāi)始。
[0020]本實(shí)用新型還提供了一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊本質(zhì)是一個(gè)十六位的定時(shí)器，在UNIX時(shí)間戳函數(shù)的幫助下即可表示年月日，時(shí)分秒等時(shí)間信息。我們使用此時(shí)鐘作為系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘，給數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。
[0021 ] 顯示屏5采用320240液晶屏，該顯示屏長(zhǎng)163MM，寬97MM，為單色帶背光液晶屏，數(shù)據(jù)傳輸方式為八位并行傳輸，與單片機(jī)接口連接簡(jiǎn)單，并且具有獨(dú)立的中文字庫(kù)以及DDRAM和GDRAM，易于操作，可在各類(lèi)環(huán)境惡劣的狀況下工作，因此十分適合測(cè)量?jī)x的顯示工作。
[0022]熱釋電感應(yīng)傳感器I是對(duì)溫度敏感的傳感器，用于感應(yīng)是否有人靠近檢測(cè)區(qū)，并據(jù)此控制顯示屏的背光是否開(kāi)啟。熱釋電感應(yīng)傳感器由陶瓷氧化物或壓電晶體元件組成，在援建兩個(gè)表面做成電極，在傳感器監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)溫度有AT的變化時(shí)，熱釋電效應(yīng)會(huì)在兩個(gè)電極上產(chǎn)生電荷AQ，即在電極之間產(chǎn)生一微弱的電壓AV。由于它的輸出阻抗極高，在傳感器中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行阻抗變換。熱釋電效應(yīng)所產(chǎn)生的電荷AQ會(huì)被空氣中的離子所結(jié)合而消失，即當(dāng)環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生AT，則有AT輸出;若人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)后不動(dòng)，則溫度沒(méi)有變化，傳感器也沒(méi)有輸出，這種傳感器用于檢測(cè)人體或者動(dòng)物的活動(dòng)傳感。當(dāng)傳感器不加光學(xué)透鏡，其檢測(cè)距離小于2米，而加上光學(xué)透鏡后，其檢測(cè)距離可大于7米。熱釋電感應(yīng)傳感器作為液晶屏的背光開(kāi)關(guān)，當(dāng)人走近時(shí)，傳感器輸出高電平信號(hào)，經(jīng)后置運(yùn)算放大電路放大至5伏左右，控制NPN型三極管處于飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)通繼電器，繼電器連接著液晶屏背光電源，此時(shí)背光打開(kāi)，并適當(dāng)延時(shí)一分鐘左右，以方便人們觀察數(shù)據(jù)；當(dāng)人走開(kāi)時(shí)，傳感器輸出低電平信號(hào)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器關(guān)閉，背光也會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，以降低功耗，節(jié)約電會(huì)泛。
[0023]采集單元中的噪聲傳感器3用于采集環(huán)境噪聲指數(shù)。本實(shí)施例中，噪聲傳感器模塊選用駐極式話筒采集聲音信號(hào)，后接的放大電路可將捕獲的微小電壓變化放大100倍左右，并輸出模擬電壓值。單片機(jī)在短時(shí)間內(nèi)多次采集此模擬信號(hào)并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，得到的多個(gè)模擬電壓值經(jīng)過(guò)求均值以及對(duì)數(shù)回歸，得到噪聲的具體大小。
[0024]pH值傳感器2用于采集雨水的pH值。本實(shí)施例中pH傳感器采用PH-BTA型號(hào)，該傳感器內(nèi)部的PH放大器是一個(gè)能通過(guò)數(shù)據(jù)采集器監(jiān)測(cè)的有標(biāo)準(zhǔn)pH電極的電路，傳感器連接線的末端是一個(gè)BTA插頭或一個(gè)5-針的DIN插頭來(lái)與數(shù)據(jù)采集器連接。在pH=7的緩沖溶液中，它將產(chǎn)生一個(gè)1.75伏特的電壓;pH值每增加1，電壓增加0.25伏左右;pH值每減少1，電壓降低0.25伏左右。此pH值傳感器的設(shè)計(jì)測(cè)量范圍為O到14，測(cè)量范圍跨度大且準(zhǔn)確。連接好濾波電路后，我們通過(guò)單片機(jī)自帶的AD轉(zhuǎn)換器可以測(cè)量pH的模擬電壓值，經(jīng)過(guò)額外的校準(zhǔn)即可得到準(zhǔn)確的PH值。
[0025]PM傳感器6用于采集環(huán)境的PM2.5和PMlO參數(shù)。本實(shí)施例中，PM傳感器采用DSM501，該傳感器采用粒子計(jì)數(shù)原理。模塊內(nèi)設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)，開(kāi)啟即可使得外部空氣進(jìn)入模塊內(nèi)部，如有粉塵等粒子通過(guò)時(shí)，阻斷LED光源，光電檢測(cè)器檢測(cè)不到光源，光電檢測(cè)器會(huì)低電位輸出；如無(wú)粒子通過(guò)，則光電檢測(cè)器高電位輸出。最后PM2.5以及PMlO的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳遞給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理即可得到當(dāng)前的PM值。本傳感器有功耗低，體積小，易于安裝及維護(hù)，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0026]溫度傳感器7用于采集環(huán)境溫度參數(shù)。本實(shí)施例中，溫度傳感器采用DS18B20，該溫度傳感器具有單線總線的雙向傳輸模式，實(shí)際應(yīng)用中只需在信號(hào)端連接一個(gè)上拉電阻，而不需要其他任何外部元器件即可測(cè)溫，并且其體積小，測(cè)溫準(zhǔn)確，最大分辨率達(dá)到12位，測(cè)溫范圍-55 °0+125 °C。測(cè)量結(jié)果以9?12位數(shù)字量方式串行傳送，支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，通過(guò)內(nèi)部64位光刻R OM來(lái)區(qū)分各個(gè)溫度傳感器。
[0027]控制面板4用于操控設(shè)備，通過(guò)操作控制面板，使得顯示屏在單片機(jī)的控制下顯示多種參數(shù)不同時(shí)間的變化曲線，起到預(yù)測(cè)環(huán)境參數(shù)變化功能。
[0028]本實(shí)用新型的單片機(jī)還可以設(shè)置固定的提示語(yǔ)，并根據(jù)環(huán)境檢測(cè)結(jié)果通過(guò)顯示屏進(jìn)行時(shí)提示語(yǔ)的顯示，例如溫度過(guò)高時(shí)顯示“天氣炎熱，預(yù)防中暑”，檢測(cè)到雨水PH值小于4.7時(shí)顯示“小心酸雨”，PM2.5值高于75時(shí)顯示“霧霾天氣，小心防霾”等。
[0029]本實(shí)用新型不僅能夠?yàn)槿藗兲峁┒喾N準(zhǔn)確的環(huán)境參數(shù)，又能根據(jù)所測(cè)參數(shù)給出合理的天氣提示語(yǔ)，并通過(guò)存儲(chǔ)器將所測(cè)環(huán)境參數(shù)存儲(chǔ)起來(lái)，以供科學(xué)研究使用，還可將所測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)曲線形式在顯示屏上顯示出來(lái)，已達(dá)到預(yù)測(cè)天氣變化的目的，可推廣到日常的環(huán)境參數(shù)測(cè)量中，以方便人們的日常生活。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，包括殼體(11)，其特征在于:所述殼體內(nèi)設(shè)置有單片機(jī)(9)、存儲(chǔ)器(8)以及蓄電池，殼體(11)的前端面設(shè)置有熱釋電感應(yīng)傳感器(1)、控制面板(4)和顯示屏(5)，殼體(11)的頂端面設(shè)置有太陽(yáng)能電池板(10)，殼體上還設(shè)置有用于測(cè)量環(huán)境參數(shù)的采集單元;所述太陽(yáng)能電池板的輸出端連接蓄電池的輸入端，蓄電池的輸出端經(jīng)熱釋電感應(yīng)傳感器連接顯示屏的電源端;所述單片機(jī)的輸入端分別連接采集單元和控制面板，單片機(jī)的輸出端分別與顯示屏和存儲(chǔ)器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，其特征在于:所述采集單元包括分別與單片機(jī)輸入端連接的用于采集環(huán)境噪聲指數(shù)的噪聲傳感器(3)、用于采集雨水pH值的PH值傳感器(2)、用于采集環(huán)境PM2.5和PMlO參數(shù)的PM傳感器(6)以及用于采集環(huán)境溫度參數(shù)的溫度傳感器(7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可記憶環(huán)境參數(shù)測(cè)量分析儀，其特征在于:所述單片機(jī)為STM32F103ZET6 單片機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01J5/34GK205506227SQ201620320417
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】王義凱, 牛燦, 連慧, 趙洪山
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)（保定）