户外高精度多种气体浓度监测便携设备，该设备采用锂电池输出电压稳定供给MCU、PM2.5气体传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体传感器、温湿度传感器、WIFI模块供电。MCU控制AD模块完成部分气体浓度采集模块的模拟信号数据转换为数字信号数据的过程，PM2.5气体浓度采集模块和PM10气体浓度采集模块采用SPI的模式将数据传输给MCU。本发明专利技术可以感应自然情况下户外空气中多种气体的浓度，得到高精度的数据。通过WIFI的方式将数据传给手机终端上显示实时所有气体浓度、温湿度数据和电源电量，同时具有高精度，体积小，重量轻，方便移动监测，低功耗，可更换传感器，无线传输控制等特点。任意安放在有需要的地方。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体浓度监测领域，特别是高精度户外多种气体浓度监测的领域。
技术介绍
空气质量日益恶劣，污染气体对人们的健康形成威胁。空气质量指标也被人们日益关注。空气质量监测设备成为人们生活中不可缺少的部分，用于指导人们的出行。对于复杂的空气成分，可以针对多种气体浓度测量也变得尤为重要。目前，常用的空气监测系统多数安装在固定位置有效监测空气中主要污染物气体的浓度，性能优良。但是目前，空气监测设备的测量气体种类单一，而且此类空气监测系统的体积很大，功耗很大，重量也很大。因为占用太大空间，和较高的能量要求导致不便于外出可移动监测。为此，本专利技术完成了一种户外高精度多种气体浓度监测便携设备。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的气体浓度监测系统的不方便携带性，不能满足户外情况下的多种气体浓度监测的精度，不能保证空气质量信息的时效性和有效性，不能同时监测多种气体浓度。为此本专利技术完成了一种高精度户外实时多种气体浓度监测便携设备。该终端尺寸小巧，重量与手机相当，安装有PM2.5气体传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体传感器、温湿度传感器。此设备可以感应自然情况下户外空气中多种气体的浓度，得到高精度的PM2.5浓度、PM10浓度、CO浓度、SO2浓度、O3浓度以及温湿度。通过WIFI将数据传给手机终端，手机即可查看实时的气体数据。一个气体浓度检测设备可以给以设备为中心，半径为10米的园面积内的任何一个连接到WIFI的手机提供气体浓度数据和空气质量AQI分析结果。本专利技术可以通过以下技术方案来实现：户外高精度多种气体浓度监测便携设备，该设备包括外壳体、电源开关、系统复位按键、USART接口、USB充电接口、SPI接口、聚合物锂电池、聚合物锂电池过充过放保护模块、WIFI模块、AD模块、PM2.5气体传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体传感器、温湿度传感器；设备的电路主板固定在外壳体内；各传感器和锂电池固定在电路主板上，外壳体为一规则长方体；外壳体内部的电路主板左侧设有电源开关、USB充电接口和复位按键；外壳体内部上方的电路板右侧固定PM2.5气体浓度采集模块、PM10气体浓度采集模块、CO气体浓度采集模块；外壳体内部上方的电路板上面固定SO2气体浓度采集模块、O3气体浓度采集模块；外壳体内部上方的电路板左侧上方面固定温湿度采集模块；户外高精度多种气体浓度监测便携设备的终端包括四大部分：电源管理部分、MCU系统控制部分、数据采集部分、WIFI数据传送部分；电源管理部分由充电管理电路、供电管理电路和电池电压监测电路组成；数据采集传输部分由PM2.5气体传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体传感器、温湿度传感器、USART接口、AD接口、SPI接口组成；MCU系统控制部分由MCU、复位电路、JLINK调试接口组成；本设备以MCU为控制核心，聚合物锂电池为系统的电源存储和供给单元；聚合物锂电池经过降压稳压电路通过USB接口和MCU连接，完成给MCU系统供电，通过电源开关控制开启系统供电和关闭系统供电功能；本设备将单节聚合物锂电池输出与电源管理部分相连，目的是同时对锂电池进行过充和过放保护，稳定输出3.3V电压同时监测剩余电量；保障单节聚合物锂电给MCU系统多种气体传感器模块以及其他各个电路部分提供可用的高品质供电，同时有效地保护聚合物锂电池寿命；在满足系统供电要求及MCU系统控制部分的调控下，使得部分气体传感器感应所在空间范围内的待测气体的浓度，并将浓度信息采集、读取、传输到AD模块；MCU控制AD模块完成模拟信号数据转换为数字信号数据，数据通过DMA存储到存储单元；PM2.5气体浓度采集模块和PM10气体浓度采集模块采用SPI的模式将数据传输给MCU；WIFI模块取得数据通过WIFI的通信形式将数据传送给手机；实现整个系统功能的各单元模块分别为：MCU控制单元、系统复位单元、电池电量采集单元、气体浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、充放电管理单元和WIFI传输单元；其中，系统复位单元、电池电量采集单元、气体浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、充放电管理单元和WIFI传输单元并联在MCU控制单元上，使得整个设备协调工作，采集数据，并且将数据用WIFI模块传输在手机上应用上显示：监测PM2.5浓度、PM10浓度、CO浓度、SO2浓度、O3浓度、环境温湿度、当前电池电压、电池剩余电量百分比；下面对各部分模块单元进行具体说明；MCU控制单元包括MCU芯片、与MCU关系紧密的外接电路、USART接口电路和状态指示LED灯；系统复位单元包括系统复位按键、复位电阻、复位电容；电池管理单元包括电量采集使能电路和电池电压分压电路、充放电USB接口和USB充放电管理电路；传感器单元包括温湿度传感器电路和PM2.5气体浓度采集模块电路、PM10气体浓度采集模块电路、CO气体浓度采集模块电路、SO2气体浓度采集模块电路、O3气体浓度采集模块电路；供电控制单元包括DC-DC3.7V降压稳压电路、3.3V的LDO降压稳压电路；WIFI传输单元包括WIFI模块；考虑到面积问题，在印刷电路板上把MCU控制部分、传感器控制部分、锂电池控制部分和WIFI控制部分绘制成一个电路模块，其中也包括与MCU关系紧密的其他电子元器件；把MCU的其他引脚连接排针，从而使模块有能够与外部电路连接的接口。本专利技术可作为便携实时监测设备、户外高精度多种气体浓度监测便携设备，具有高精度，体积小，重量轻，方便移动监测，低功耗，可更换传感器，无线传输控制等特点。附图说明图1为本专利技术的电路的结构连接图；图中：1、系统复位电路，2、电池电量采集电路，3、USB充电电路，4、3.3V降压稳压电路，5、3.7V降压稳压电路，6、温湿度传感器电路，7、锂电池和其他接口电路，8、CO浓度采集模块电路，9、SO2浓度采集模块电路，10、O3浓度采集模块电路，11、PM2.5浓度采集模块电路，12、PM10浓度采集模块电路，13、WIFI模块控制电路。具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术的电路的结构连接图。电路各个模块包括：系统复位电路1、电池电量采集电路2、USB充电电路3、3.3V降压稳压电路4、3.7V降压稳压电路5、温湿度传感器电路6、以及锂电池和其他接口电路7、C本文档来自技高网...
【技术保护点】
户外高精度多种气体浓度监测便携设备，其特征在于：该设备包括外壳体、电源开关、系统复位按键、USART接口、USB充电接口、SPI接口、聚合物锂电池、聚合物锂电池过充过放保护模块、WIFI模块、AD模块、PM2.5气体传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体传感器、温湿度传感器；设备的电路主板固定在外壳体内；各传感器和锂电池固定在电路主板上，外壳体为一规则长方体；外壳体内部的电路主板左侧设有电源开关、USB充电接口和复位按键；外壳体内部上方的电路板右侧固定PM2.5气体浓度采集模块、PM10气体浓度采集模块、CO气体浓度采集模块；外壳体内部上方的电路板上面固定SO2气体浓度采集模块、O3气体浓度采集模块；外壳体内部上方的电路板左侧上方面固定温湿度采集模块；户外高精度多种气体浓度监测便携设备的终端包括四大部分：电源管理部分、MCU系统控制部分、数据采集部分、WIFI数据传送部分；电源管理部分由充电管理电路、供电管理电路和电池电压监测电路组成；数据采集传输部分由PM2.5气体传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体传感器、温湿度传感器、USART接口、AD接口、SPI接口组成；MCU系统控制部分由MCU、复位电路、JLINK调试接口组成；本设备以MCU为控制核心，聚合物锂电池为系统的电源存储和供给单元；聚合物锂电池经过降压稳压电路通过USB接口和MCU连接，完成给MCU系统供电，通过电源开关控制开启系统供电和关闭系统供电功能；本设备将单节聚合物锂电池输出与电源管理部分相连，目的是同时对锂电池进行过充和过放保护，稳定输出3.3V电压同时监测剩余电量；保障单节聚合物锂电池给MCU系统多种气体传感器模块以及其他各个电路部分提供可用的高品质供电，同时有效地保护聚合物锂电池寿命；在满足系统供电要求及MCU系统控制部分的调控下，使得部分气体传感器感应所在空间范围内的待测气体的浓度，并将浓度信息采集、读取、传输到AD模块；MCU控制AD模块完成模拟信号数据转换为数字信号数据，数据通过DMA存储到存储单元；PM2.5气体浓度采集模块和PM10气体浓度采集模块采用SPI的模式将数据传输给MCU；WIFI模块取得数据通过WIFI的通信形式将数据传送给手机；实现整个系统功能的各单元模块分别为：MCU控制单元、系统复位单元、电池电量采集单元、气体浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、充放电管理单元和WIFI传输单元；其中，系统复位单元、电池电量采集单元、气体浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、充放电管理单元和WIFI传输单元并联在MCU控制单元上，使得整个设备协调工作，采集数据，并且将数据用WIFI模块传输在手机上应用上显示：监测PM2.5浓度、PM10浓度、CO浓度、SO2浓度、O3浓度、环境温湿度、当前电池电压、电池剩余电量百分比；下面对各部分模块单元进行具体说明；MCU控制单元包括MCU芯片、与MCU关系紧密的外接电路、USART接口电路和状态指示LED灯；系统复位单元包括系统复位按键、复位电阻、复位电容；电池管理单元包括电量采集使能电路和电池电压分压电路、充放电USB接口和USB充放电管理电路；传感器单元包括温湿度传感器电路和PM2.5气体浓度采集模块电路、PM10气体浓度采集模块电路、CO气体浓度采集模块电路、SO2气体浓度采集模块电路、O3气体浓度采集模块电路；供电控制单元包括DC‑DC3.7V降压稳压电路、3.3V的LDO降压稳压电路；WIFI传输单元包括WIFI模块；考虑到面积问题，在印刷电路板上把MCU控制部分、传感器控制部分、锂电池控制部分和WIFI控制部分绘制成一个电路模块，其中也包括与MCU关系紧密的其他电子元器件；把MCU的其他引脚连接排针，从而使模块有能够与外部电路连接的接口。...
【技术特征摘要】
1.户外高精度多种气体浓度监测便携设备，其特征在于：该设备包
括外壳体、电源开关、系统复位按键、USART接口、USB充电接口、
SPI接口、聚合物锂电池、聚合物锂电池过充过放保护模块、WIFI模块、
AD模块、PM2.5气体传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体传感器、温湿度传感器；设备的电路主板固定在外
壳体内；各传感器和锂电池固定在电路主板上，外壳体为一规则长方体；
外壳体内部的电路主板左侧设有电源开关、USB充电接口和复位按键；
外壳体内部上方的电路板右侧固定PM2.5气体浓度采集模块、PM10气
体浓度采集模块、CO气体浓度采集模块；外壳体内部上方的电路板上
面固定SO2气体浓度采集模块、O3气体浓度采集模块；外壳体内部上方
的电路板左侧上方面固定温湿度采集模块；户外高精度多种气体浓度监
测便携设备的终端包括四大部分：电源管理部分、MCU系统控制部分、
数据采集部分、WIFI数据传送部分；电源管理部分由充电管理电路、供
电管理电路和电池电压监测电路组成；数据采集传输部分由PM2.5气体
传感器、PM10气体传感器、CO气体传感器、SO2气体传感器、O3气体
传感器、温湿度传感器、USART接口、AD接口、SPI接口组成；MCU
系统控制部分由MCU、复位电路、JLINK调试接口组成；
本设备以MCU为控制核心，聚合物锂电池为系统的电源存储和供
给单元；聚合物锂电池经过降压稳压电路通过USB接口和MCU连接，
完成给MCU系统供电，通过电源开关控制开启系统供电和关闭系统供
电功能；本设备将单节聚合物锂电池输出与电源管理部分相连，目的是
同时对锂电池进行过充和过放保护，稳定输出3.3V电压同时监测剩余电
量；保障单节聚合物锂电池给MCU系统多种气体传感器模块以及其他
各个电路部分提供可用的高品质供电，同时有效地保护聚合物锂电池寿
命；在满足系统供电要求及MCU系统控制部分的调控下，使得部分气
\t体传感器感应所在空间范围内的待测气体的浓度，并将浓度信息采集、
读取、传输到AD模块；MCU控制AD模块完成模拟信号数据转换为数
字信号数据，数据通过DMA存储到存储单元；PM2.5气体浓度采集模
块和PM10气体浓度采集模块采用SPI的模式将数据传输给MCU；WIFI
模块取得数据通过WIFI的通信形式将数据传送给手机；
实现整个系统功能的各单元模块分别为：MCU控制单元、系统复位
单元、电池电量采集单元、气体浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、
充放电管理单元和WIFI传输单元；其中，系统复位单元、电池电量采
集单元、气体浓度采集模块单元、温湿度传感器单元、充放电管理单元
和WIFI传输单元并联在MCU控制单元上，使得整个设备协调工作，采
集数据，并且将数据用WIFI模块传输在手机上应用上显示：监测PM2.5
浓度、PM10浓度、CO浓度、SO2浓度、O3浓度、环境温湿度、当前电
池电压、电池剩余电量百分比；
下面对各部分模块单元进行具体说明；
MCU控制单元包括MCU芯片、与MCU关系紧密的外接电路、
USART接口电路和状态指示LED灯；
系统复位单元包括系统复位按键、复位电阻、复位电容；
电池管理单元包括电量采集使能电路和电池电压分压电路、充放电
USB接口和USB充放电管理电路；
传感器单元包括温湿度传感器电路和PM2.5气体浓度采集模块电
路、PM10气体浓度采集模块电路、CO气体浓度采集模块电路、SO2气
体浓度采集模块电路、O3气体浓度采集模块电路；
供电控制单元包括DC-DC3.7V降压稳压电路、3.3V的LDO降压稳
压电路；
WIFI传输单元包括WIFI模块；
考虑到面积问题，在印刷电路板上把MCU控制部分、传感器控制
部分、锂电池控制部分和WIFI控制部分绘制成一个电路模块，其中也
包括与MCU关系紧密的其他电子元器件；把MCU的其他引脚连接排针，
从而使模块有能够与外部电路连接的接口。
2.根据权利要求1所述的高精度户外CO浓度手持监测设备，其特
征在于：电路各个模块包括：系统复位电路(1)、电池电量采集电路(2)、
USB充电电路(3)、3.3V降压稳压电路(4)、3.7V降压稳压电路(5)、
温湿度传感器电路(6)、锂电池和其他接口电路(7)、CO浓度采集
模块电路(8)、SO2浓度采集模块电路(9)、O3浓度采集模块电路(10)、
PM2.5浓度采集模块电路(11)、PM10浓...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘素娟，夏褚宇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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