基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，主控模块为单片机，稳压模块的输入引脚与主控模块单片机的电源引脚连接，使单片机为其供电，同时通过稳压芯片的输出引脚与无线通信模块连接，将5V电压转换为3.3V为无线通信模块供电，温湿度传感器模块以单总线通信方式与主控单片机IO口连接，PM2.5传感器模块与主控单片机的另一IO口连接，甲醛传感器模块与电源模块通过数模转换模块将模拟量转换为数字量传送给单片机，无线通信模块与主控单片机连接，并将传感器数据远距离传送给上位机。本实用新型专利技术的优点体现在：增强环境质量检测的便捷性同时降低使用成本，在满足远距离通信传输的基础上实现节能和自组网的功能需求。

【技术实现步骤摘要】
基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置
本技术涉及一种环境质量检测装置，具体涉及一种基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境质量检测装置，通过传感器集成和远距离低功耗无线通信模块实现的空气质量数据远距离收发，主要应用于家居以及无线数据通信的场合，也可以作为大规模物联网传感器通信网络的一个终端节点。
技术介绍
现有的环境检测系统主要基于无线传感器网络，无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理感知对象的检测信息，并报告给用户。无线传感器网络具备层次性结构，其系统结构主要由传感器节点、汇聚节点、数据服务中心三部分构成，传感器节点放置在环境检测区域，以自组织的方式构成网络，节点检测的数据沿着传感器节点逐跳地进行传输，经多跳后路由到汇聚节点，汇聚节点负责接收和处理网络中所有节点信息，并能通过网络将传感器数据送到服务器进行集中处理。无线传感器节点是无线传感器网络的基本单元，其一般结构包括传感单元、处理单元、收发单元、电源单元四个功能模块组成。现有的无线传感器网络节点特点如下：(1)通信能力有限受无线传感器网络节点通信模块中天线和功率的限制，传感器节点的通信覆盖范围只有几十到几百米，通信带宽小且不稳定。(2)网络节点在能量、功耗方面的限制传感器节点体积微小，电源能量有限，需要进行环境质量检测区域广泛且复杂，采用更换电源的方式不现实。并且传感器节点的绝大部分能量消耗在无线通信模块，传感器节点传输信息时比数据采集和计算更消耗电能。现有的传感器网络节点的无线通信协议特点如下：传感器网络节点上的协议栈包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，MAC层协议主要负责数据成帧、帧检测、媒体访问和差错控制；路由协议主要负责路由生成与路由选择。IEEE802.15系列标准主要适用于小范围的无线网络，其中用的比较广泛的是802.15.4ZigBee标准。ZigBee为低工作周期设计，适用于静态和动态、需要大量节点的应用环境。无线传感器网络为复杂环境质量数据的检测提供了可能，在传感器网络特点分析中也可以分析得出在远距离环境质量数据检测时运用无线传感器网络节点所体现出的一些缺点。(1)技术缺点一汇聚节点固定，较远距离的环境数据指标数据检测需要经过多跳路由传输到汇聚节点，容易造成汇聚节点周围的能量消耗不均匀，减小传感器网络检测的生存周期。并且传感器网络一般采用多跳路由传输机制，节点的无线通信带宽较窄，由于节点能量的变化以及被检测环境的影响，无线通信的性能可能经常发生变化，会导致传感器数据无法远距离传输。(2)技术缺点二无线传感器节点间组网的方式限制了基于该技术的环境质量检测装置在远距离传感器数据收发上的传输效率，使得采集到的数据必须通过节点的传输才能进行更远距离的数据传输。降低传感器数据传输效率，造成数据传输延迟和应用成本增加，基于该技术的空气质量检测装置在远距离数据检测场合的适应性因其通信网络组网方式而受到限制。(3)技术缺点三传感器网络节点的微型化，每个节点的通信和传感半径有限，而且为了节能，传感器节点大部分处于睡眠状态，往往通过铺设大量的传感器网络节点来保证网络质量。传感器网络的节点数量和密度比一般网络高几个数量级，会导致信号冲突、信息的有效传输路径的选择、大量节点之间如何协同工作等问题。随着人们生活水平的提高，人们对环境质量要求越来越高，对环境信息采集与检测的需求越来越高。因此，需要设计一种环境检测装置对环境数据指标进行检测管理，以保障生活环境的健康和安全。同时，需要解决现有的基于无线传感器网络的环境质量检测系统在远距离数据传输和组网方式上的限制。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境质量检测装置，增强环境质量检测的便捷性同时降低使用成本，在满足远距离通信传输的基础上实现节能和自组网的功能需求。为实现上述目的，本技术公开了如下技术方案：基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，包括主控模块、电源模块、甲醛传感器模块、温湿度传感器模块、PM2.5传感器模块、稳压模块、数模转换模块、无线通信模块：主控模块为单片机，稳压模块的输入引脚与主控模块单片机的电源引脚连接，电源模块通过该引脚为稳压模块供电，同时通过稳压芯片的输出引脚与无线通信模块连接，将5V电压转换为3.3V为无线通信模块供电，温湿度传感器模块以单总线通信方式与主控单片机IO口连接，PM2.5传感器模块与主控单片机的另一IO口连接，甲醛传感器模块与电源模块通过数模转换模块将模拟量转换为数字量传送给单片机，无线通信模块与主控单片机连接，并将传感器数据远距离传送给上位机。进一步的，所述主控模块采用的芯片为STC12c5a60s2；甲醛传感器采用MS1100；温湿度传感器采用数字式温湿度复合传感器AM2302；PM2.5浓度测量传感器采用PMS7003数字式颗粒物浓度传感器；电源模块为充电电源模块，包括锂电池充电芯片FM6316GE、锂电池保护芯片DW06D、电量显示芯片LM324、TL431；稳压模块采用ASM1117；数模转换模块采用AD0809。进一步的，所述甲醛传感器采用MS1100，甲醛传感器MS1100的信号输出引脚DO接阻值为100K的滑动变阻器R11，R11的一端接地，另一端与数模转换模块AD0809的模拟量输入通道IN1连接；电源引脚VCC和接地引脚GND分别接电源和地。进一步的，所述温湿度传感器采用数字式温湿度复合传感器AM2302，温湿度传感器DHT22信号输出引脚SDA与主控单片机的IO口P0.3连接；引脚NC置空；电源引脚VCC和接地引脚GND分别接电源和地。进一步的，PM2.5浓度测量传感器采用PMS7003数字式颗粒物浓度传感器，PM2.5传感器PMS7003的电源引脚1和2接电源VCC；引脚2和4接地GND；模块复位引脚RESET、引脚设置端SET置空；串口接收引脚RXD与主控单片机串口2的串口发送引脚TXD连接，串口发送引脚TXD与主控单片机串口2的串口接收引脚RXD连接。进一步的，电源模块为充电电源模块，包括锂电池充电芯片FM6316GE、锂电池保护芯片DW06D、电量显示芯片LM324、TL431，充电芯片FM6316的输入电流最大值调整端OC与阻值为15K的电阻R3的一端连接，电阻另一端接地；充电指示端CHRG与发光二极管LED3的负极连接，LED3的正极与发光二极管LED1的正极以及阻值为3K的电阻R4连接，LED1的负极接地，R4的另一端接充电口P2的一端；电源VCC与容值为10uF的电容C7的一端连接，C7的另一端接充电口P2的另一端并接地；电池充电输入端BAT接电池正极以及容值为10uF的电容C8连接，C8的另一端接地；充电电流调整端PROG与阻值为2K的电阻R7连接，R7的另一端接地；功率开关输出端LX与肖特基二极管D2的正极、容值范围在1-3.3nF的电容C2一端、值为3.3uH的电感L1的一端连接，C2的另一端与D2的负极连接，L1的另一端接电池正极；升压输出端VOUT连接电容C2和肖特基二极管D2并联的负极一端，并且这端接5V电压，放电口P1的一端与容值为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，其特征在于，包括主控模块、电源模块、甲醛传感器模块、温湿度传感器模块、PM2.5传感器模块、稳压模块、数模转换模块、无线通信模块：主控模块为单片机，稳压模块的输入引脚与主控模块单片机的电源引脚连接，使单片机为其供电，同时通过稳压芯片的输出引脚与无线通信模块连接，将5V电压转换为3.3V为无线通信模块供电，温湿度传感器模块以单总线通信方式与主控单片机IO口连接，PM2.5传感器模块与主控单片机的另一IO口连接，甲醛传感器模块与电源模块通过数模转换模块将模拟量转换为数字量传送给单片机，无线通信模块与主控单片机连接，并将传感器数据远距离传送给上位机。

【技术特征摘要】
1.基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，其特征在于，包括主控模块、电源模块、甲醛传感器模块、温湿度传感器模块、PM2.5传感器模块、稳压模块、数模转换模块、无线通信模块：主控模块为单片机，稳压模块的输入引脚与主控模块单片机的电源引脚连接，使单片机为其供电，同时通过稳压芯片的输出引脚与无线通信模块连接，将5V电压转换为3.3V为无线通信模块供电，温湿度传感器模块以单总线通信方式与主控单片机IO口连接，PM2.5传感器模块与主控单片机的另一IO口连接，甲醛传感器模块与电源模块通过数模转换模块将模拟量转换为数字量传送给单片机，无线通信模块与主控单片机连接，并将传感器数据远距离传送给上位机。2.根据权利要求1所述的基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，其特征在于，所述主控模块采用的芯片为STC12c5a60s2；甲醛传感器采用MS1100；温湿度传感器采用数字式温湿度复合传感器AM2302；PM2.5浓度测量传感器采用PMS7003数字式颗粒物浓度传感器；电源模块为充电电源模块，包括锂电池充电芯片FM6316GE、锂电池保护芯片DW06D、电量显示芯片LM324、TL431；稳压模块采用ASM1117；数模转换模块采用AD0809。3.根据权利要求2所述的基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，其特征在于，所述甲醛传感器采用MS1100，甲醛传感器MS1100的信号输出引脚DO接阻值为100K的滑动变阻器R11，R11的一端接地，另一端与数模转换模块AD0809的模拟量输入通道IN1连接；电源引脚VCC和接地引脚GND分别接电源和地。4.根据权利要求2所述的基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，其特征在于，所述温湿度传感器采用数字式温湿度复合传感器AM2302，温湿度传感器DHT22信号输出引脚SDA与主控单片机的IO口P0.3连接；引脚NC置空；电源引脚VCC和接地引脚GND分别接电源和地。5.根据权利要求2所述的基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，其特征在于，PM2.5浓度测量传感器采用PMS7003数字式颗粒物浓度传感器，PM2.5传感器PMS7003的电源引脚1和2接电源VCC；引脚2和4接地GND；模块复位引脚RESET、引脚设置端SET置空；串口接收引脚RXD与主控单片机串口2的串口发送引脚TXD连接，串口发送引脚TXD与主控单片机串口2的串口接收引脚RXD连接。6.根据权利要求2所述的基于低功耗通信网络与传感器集成技术的环境检测装置，其特征在于，电源模块为充电电源模块，包括锂电池充电芯片FM6316GE、锂电池保护芯片DW06D、电量显示芯片LM324、TL431，充电芯片FM6316的输入电流最大值调整端OC与阻值为15K的电阻R3的一端连接，电阻另一端接地；充电指示端CHRG与发光二极管LED3的负极连接，LED3的正极与发光二极管LED1的正极以及阻值为3K的电阻R4连接，LED1的负极接地，R4的另一端接充电口P2的一端；电源VCC与容值为10uF的电容C7的一端连接，C7的另一端接充电口P2的另一端并接地；电池充电输入端BAT接电池正极以及容值为10uF的电容C8连接，C8的另一端接地；充电电流调整端PROG与阻值为2K的电阻R7连接，R7的另一端接地；功率开关输出端LX与肖特基二极管D2的正极、容值范围在1-3.3nF的电容C2一端、值为3.3uH的电感L1的一端连接，C2的另一端与D2的负极连接，L1的另一端接电池正极；升压输出端VOUT连接电容C2和肖特基二极管D2并联的负极一端，并且这端接5V电压，放电口P1的一端与容值为47uF的电容C9的一端连接，C9、P1的另一端接地；充电电源保护芯片DW06D电流感应输入引脚V-与阻值为1K的电阻R1连接，R1的另一端接地；充电负极端S1接地；S2与接地端VSS连接，并且这端与容值为0.1uF的电容C1的一端、电池的负极连接；C1的另一端与正电源输入引脚VDD以及阻值为100Ω的电阻R2的一端连接，R2的另一端接电池正极，电池正极B+与AD0809的模拟量输入通道IN0连接；芯片LM324的电源引脚与阻值为2.2K的电阻R12的一端连接，同时这端与电池的正极B+连接，R12的另一端与芯片TL431的Ref和Cath引脚连接且这端与芯片LM324的引脚2、6、9、13连接，TL431的Ano引脚与电池负极B-连接；芯片LM324的引脚3与阻值为4.7K的电阻R17的一端连接，同时这端与阻值为51...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颢，
申请(专利权)人：宁夏计算机软件与技术服务有限公司，
类型：新型
国别省市：宁夏,64