分布式环境监测与控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种分布式环境监测与控制系统及方法，系统包括：布置在监控中心的监测主机以及分别布置在各个采样点的监测从机；监测从机包括第一处理器、第一无线收发器、第一供电电源、执行器和至少一个环境参数采集传感器；监测主机包括第二处理器、第二无线收发器、第二供电电源、人机交互设备和短信收发模块；监测从机的第一无线收发器与监测主机的第二无线收发器进行无线通信。具有以下优点：(1)监测主机和监测从机采用无线通信方式，具有易扩展的优点；并且，还具有对环境参数监测全面的优点；还具有整体控制系统易部署的优点；(2)具有多种超限报警功能，能够使工作人员及时获知监控异常情况。

【技术实现步骤摘要】
分布式环境监测与控制系统及方法
本专利技术属于环境监测
，具体涉及一种分布式环境监测与控制系统及方法。
技术介绍
对于冷库、粮库、机房、孵房、环境实验室、食品厂房、医药厂房、电子厂房等对环境温湿度要求较高的场合，需要对其环境参数进行实时监测与控制，使其环境参数在指定范围内。然而，现有的监测与控制系统，具有以下不足：(1)环境参数监测种类少，难以对被监测环境进行全面监测；此外，监测系统的扩展性较差，难以简单方便的扩展环境参数监测种类；(2)各个环境参数监测设备与位于监控中心的服务器之间采用有线通讯方式，具有布线繁琐的问题；(3)当环境监测参数异常时，服务器只能本地报警，如果监控人员不在监控中心，难以及时迅速的获知监测现场的情况。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种分布式环境监测与控制系统及方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种分布式环境监测与控制系统，包括：布置在监控中心的监测主机以及分别布置在各个采样点的监测从机；所述监测从机包括第一处理器、第一无线收发器、第一供电电源、执行器和至少一个环境参数采集传感器；其中，所述第一处理器分别与所述第一无线收发器、所述第一供电电源、所述执行器和各个所述环境参数采集传感器连接；所述监测主机包括第二处理器、第二无线收发器、第二供电电源、人机交互设备和短信收发模块；所述第二处理器分别与所述第二无线收发器、所述第二供电电源、所述人机交互设备和所述短信收发模块连接；其中，所述监测从机的所述第一无线收发器与所述监测主机的所述第二无线收发器进行无线通信。优选的，所述环境参数采集传感器包括土壤温度采集传感器、土壤湿度采集传感器、空气温度采集传感器和空气湿度采集传感器。优选的，所述土壤温度采集传感器和所述土壤湿度采集传感器集成为土壤温湿度复合采集传感器；所述空气温度采集传感器和所述空气湿度采集传感器集成为空气温湿度复合采集传感器。优选的，所述土壤温湿度复合采集传感器为SHT10型号的温湿度复合传感器、AM2301型号的数字温湿度复合传感器或SHT10型号的温湿度复合传感器；所述空气温湿度复合采集传感器为AM2301型号的温湿度复合传感器、AM2301型号的数字温湿度复合传感器或SHT10型号的温湿度复合传感器。优选的，所述第一供电电源包括光伏发电系统、双向DC/DC变换器以及混合储能单元；所述光伏发电系统的输出端通过所述双向DC/DC变换器与所述混合储能单元的一端连接；所述混合储能单元的另一端用于与监测从机的供电接口连接；其中，所述混合储能单元为由超级电容器和蓄电池组成的混合储能单元；所述双向DC/DC变换器包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1以及第二二极管D2；其中，所述第一三极管Q1的集电极与光伏发电系统输出端的正极连接，所述第一三极管Q1的发射极与所述混合储能单元的正极连接；所述第二三极管Q2的集电极与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第二三极管Q2的发射极与所述混合储能单元的负极连接；另外，所述第一二极管D1的负极与所述第一三极管Q1的集电极连接，所述第一二极管D1的正极与所述第一三极管Q1的发射极连接；所述第二二极管D2的负极与所述第二三极管Q2的集电极连接，所述第二二极管D2的正极与所述第二三极管Q2的发射极连接；在所述双向DC/DC变换器与所述混合储能单元之间还串联有LC振荡电路；该LC振荡电路由电感L3和电容C1构成；其工作原理为：通过对双向DC/DC变换器的第一三极管Q1和第二三极管Q2的控制，实现能量的双向流动，即：当检测到混合储能单元电力不足时，控制第一三极管Q1以PWM工作方式导通，第二三极管Q2与第一三极管Q1为互补方式工作，此时，第二三极管Q2与第一三极管Q1构成BUCK降压斩波电路，电感L3的电流为正，混合储能单元处于充电状态；当检测到混合储能单元电力过剩时，控制第二三极管Q2以PWM工作方式导通，第一三极管Q1与第二三极管Q2为互补方式工作，此时，第二三极管Q2与第一三极管Q1构成BOOST升压斩波电路，电感L3的电流为负，混合储能单元处于放电状态。优选的，所述第一无线收发器和所述第二无线收发器均为NRF905型号的无线收发器；所述第一处理器和所述第二处理器均为STC12C5A60S2型号的单片机。优选的，所述人机交互设备包括键盘、鼠标和显示器；其中，所述键盘、所述鼠标和所述显示器分别连接到所述第二处理器的对应串口上；所述短信收发模块为GSM模块与所述第二处理器的串口连接所构成的短信收发模块；所述第二供电电源包括：第1供电子电源、第2供电子电源、第3供电子电源和第4供电子电源；其中，所述第1供电子电源采用lm2940-5V芯片，为5V供电子电源，用于向所述第二处理器独立供电；所述第2供电子电源采用LM1117芯片，为3.3V供电子电源，用于向所述第二无线收发器独立供电；所述第3供电子电源采用MIC29302BT芯片，为4.2V供电子电源，用于向所述短信收发模块独立供电；所述第4供电子电源为5V供电子电源，用于向所述人机交互设备独立供电。优选的，所述监测主机还包括存储器；所述存储器采用SD卡；所述SD卡与所述第二处理器采用SPI通信。本专利技术还提供一种分布式环境监测与控制方法，包括以下步骤：S1，在监测主机上，第二处理器通过人机交互设备或短信收发模块接收初始配置参数；其中，所述初始配置参数包括：各个环境参数的采样频率、需要启动的指定监测从机ID以及分别与各个监测从机对应的环境参数的报警门限值；S2，所述第二处理器存储所述初始配置参数；然后，基于所述初始配置参数，所述第二处理器通过第二无线收发器向对应的指定监测从机发送启动信号，其中，该启动信号携带有所配置的对应的采样频率；S3，各个指定监测从机的第一处理器在通过第一无线收发器接收到该启动信号时，按所配置的对应的采样频率启动对应的环境参数采集传感器；S4，然后，所述第一处理器通过串口接收各个环境参数采集传感器所采集到的环境参数值以及对应的采集时间戳，并通过第一无线收发器将所采集到的环境参数值以及对应的采集时间戳发送给所述监测主机；S5，所述监测主机的第二处理器通过第二无线收发器接收各个监测从机上传的环境参数值以及对应的采集时间戳；然后，一方面，将监测从机ID、环境参数值以及对应的采集时间戳的映射关系存储到数据库；另一方面，实时显示监测从机ID、环境参数值以及对应的采集时间戳的映射关系；另一方面，判断来自监测从机的环境参数值是否达到或超过初始配置的报警门限值，如果达到，则发出报警通知消息；然后，所述监测主机向指定监测从机下发环境参数调整指令；S6，所述指定监测从机的第一处理器接收该环境参数调整指令，并将该环境参数调整指令发送给对应的执行器，通过所述执行器改变环境参数；然后，通过循环执行S4-S6，使各个监测从机所在的环境参数趋于理想状态。优选的，S5中，当来自监测从机的环境参数值达到或超过初始配置的报警门限值时，一方面，监测主机本地进行报警；另一方面，通过短信收发模块向预配置的对应的手持终端发送报警短信信息；S5中，所述监测主机向指定监测从机所下发的环境参数调整指令来自于以下两种方式之一：方式一：所述监测主机通过短信收发模块接收到的来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式环境监测与控制系统，其特征在于，包括：布置在监控中心的监测主机以及分别布置在各个采样点的监测从机；所述监测从机包括第一处理器、第一无线收发器、第一供电电源、执行器和至少一个环境参数采集传感器；其中，所述第一处理器分别与所述第一无线收发器、所述第一供电电源、所述执行器和各个所述环境参数采集传感器连接；所述监测主机包括第二处理器、第二无线收发器、第二供电电源、人机交互设备和短信收发模块；所述第二处理器分别与所述第二无线收发器、所述第二供电电源、所述人机交互设备和所述短信收发模块连接；其中，所述监测从机的所述第一无线收发器与所述监测主机的所述第二无线收发器进行无线通信。

【技术特征摘要】
1.一种分布式环境监测与控制方法，其特征在于，应用于分布式环境监测与控制系统，包括：布置在监控中心的监测主机以及分别布置在各个采样点的监测从机；所述监测从机包括第一处理器、第一无线收发器、第一供电电源、执行器和至少一个环境参数采集传感器；其中，所述第一处理器分别与所述第一无线收发器、所述第一供电电源、所述执行器和各个所述环境参数采集传感器连接；所述监测主机包括第二处理器、第二无线收发器、第二供电电源、人机交互设备和短信收发模块；所述第二处理器分别与所述第二无线收发器、所述第二供电电源、所述人机交互设备和所述短信收发模块连接；其中，所述监测从机的所述第一无线收发器与所述监测主机的所述第二无线收发器进行无线通信；所述第一供电电源包括光伏发电系统、双向DC/DC变换器以及混合储能单元；所述光伏发电系统的输出端通过所述双向DC/DC变换器与所述混合储能单元的一端连接；所述混合储能单元的另一端用于与监测从机的供电接口连接；其中，所述混合储能单元为由超级电容器和蓄电池组成的混合储能单元；所述双向DC/DC变换器包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一二极管D1以及第二二极管D2；其中，所述第一三极管Q1的集电极与光伏发电系统输出端的正极连接，所述第一三极管Q1的发射极与所述混合储能单元的正极连接；所述第二三极管Q2的集电极与所述第一三极管Q1的发射极连接，所述第二三极管Q2的发射极与所述混合储能单元的负极连接；另外，所述第一二极管D1的负极与所述第一三极管Q1的集电极连接，所述第一二极管D1的正极与所述第一三极管Q1的发射极连接；所述第二二极管D2的负极与所述第二三极管Q2的集电极连接，所述第二二极管D2的正极与所述第二三极管Q2的发射极连接；在所述双向DC/DC变换器与所述混合储能单元之间还串联有LC振荡电路；该LC振荡电路由电感L3和电容C1构成；其工作原理为：通过对双向DC/DC变换器的第一三极管Q1和第二三极管Q2的控制，实现能量的双向流动，即：当检测到混合储能单元电力不足时，控制第一三极管Q1以PWM工作方式导通，第二三极管Q2与第一三极管Q1为互补方式工作，此时，第二三极管Q2与第一三极管Q1构成BUCK降压斩波电路，电感L3的电流为正，混合储能单元处于充电状态；当检测到混合储能单元电力过剩时，控制第二三极管Q2以PWM工作方式导通，第一三极管Q1与第二三极管Q2为互补方式工作，此时，第二三极管Q2与第一三极管Q1构成BOOST升压斩波电路，电感L3的电流为负，混合储能单元处于放电状态；方法包括以下步骤：S1，在监测主机上，第二处理器通过人机交互设备或短信收发模块接收初始配置参数；其中，所述初始配置参数包括：各个环境参数的采样频率、需要启动的指定监测从机ID以及分别与各个监测从机对应的环境参数的报警门限值；S2，所述第二处理器存储所述初始配置参数；然后，基于所述初始配置参数，所述第二处理器通过第二无线收发器向对应的指定监测从机发送启动信号，其中，该启动信号携带有所配置的对应的采样频率；S3，各个指定监测从机的第一处理器在通过第一无线收发器接收到该启动信号时，按所配置的对应的采样频率启动对应的环境参数采集传感器；S4，然后，所述第一处理器通过串口接收各个环境参数采集传感器所采集到的环境参数值以及对应的采集时间戳，并通过第一无线收发器将所采集到的环境参数值以及对应的采集时间戳发送给所述监测主机；S5，所述监测主机的第二处理器通过第二无线收发器接收各个监测从机上传的环境参数值以及对应的采集时间戳；然后，一方面，将监测从机ID、环境参数值以及对应的采集时间戳的映射关系存储到数据库；另一方面，实时显示监...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宏伟，
申请(专利权)人：彭宏伟，
类型：发明
国别省市：湖北;42