空气负氧离子检测及组网装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921741109.5 (22)申请日 2019.10.17 (73)专利权人 南京信息工程大学 地址 210032 江苏省南京市江北新区宁六 路219号 (72)发明人 兰青万发雨 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 施昊 (51)Int.Cl. G01N 33/00(2006.01) G01D 21/02(2006.01) G08C 17/02(2006.01) H04L 29/08(2006.01) (54)实用新型名称 一种空气。

2、负氧离子检测及组网装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种空气负氧离子检测 及组网装置， 包括云平台、 用户终端以及设置在 各检测点的检测终端； 各检测终端和用户终端分 别与云平台无线连接， 实现组网； 所述检测终端 包括负氧离子采集器、 I-V跨导放大电路、 微控制 器、 温湿度采集模块、 GPS采集模块、 显示模块和 NB-IoT通信模块， 所述微控制器内置有AD转换 器。 本实用新型为负氧离子检测提供了一种更为 方便、 低成本和高自动化程度的实现方案。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 211014194 U 2020.07.14 CN 211014194 U 1.一种空气负氧。

3、离子检测及组网装置， 其特征在于： 包括云平台、 用户终端以及设置在 各检测点的检测终端； 各检测终端和用户终端分别与云平台无线连接， 实现组网； 所述检测 终端包括负氧离子采集器、 I-V跨导放大电路、 微控制器、 温湿度采集模块、 GPS采集模块、 显 示模块和NB-IoT通信模块， 所述微控制器内置有AD转换器； 温湿度采集模块、 GPS采集模块、 显示模块和NB-IoT通信模块分别与微控制器电气连接， 负氧离子采集器经I-V跨导放大电 路与微控制器电气连接， NB-IoT通信模块和用户终端分别与云平台无线连接； 负氧离子采 集器采集空气中的负氧离子并形成微弱电流， 该微弱电流经I-V跨。

4、导放大电路转换为电压 信号并放大， 该电压信号经AD转换器转换为数字信号并传送给微控制器， 微控制器根据该 数字信号得到空气中的负氧离子数目数据， 同时温湿度采集模块和GPS采集模块分别采集 温湿度数据和GPS数据并传送给微控制器， 微控制器将负氧离子数目数据、 温湿度数据和 GPS数据传输给显示模块进行显示， 并将这些数据上传至云平台保存， 各用户终端通过登陆 云平台查询各检测点的检测数据。 2.根据权利要求1所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述负氧离子采集 器为同轴双筒式结构， 其内筒作为采集板， 外筒作为极化板， 内筒绝缘支撑在外筒内部， 外 筒连接电源负极， 内筒经保险。

5、丝与电源正极一同接地， 内筒连接所述I-V跨导放大电路的输 入端， 外筒的一端设置风机， 该风机的驱动信号输入端与微控制器电气连接。 3.根据权利要求2所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述I-V跨导放大 电路包括运算放大器、 第一电阻、 第二电阻以及电容； 运算放大器的正输入端接地， 运算放 大器的负输入端经第一电阻与负氧离子采集器的内筒连接， 运算放大器的输出端经第二电 阻与运算放大器的负输入端连接， 运算放大器的输出端经电容与运算放大器的负输入端连 接。 4.根据权利要求1所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述微控制器采用 STM32L476RCT6芯片。 5。

6、.根据权利要求4所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述温湿度采集模 块包括SHT20芯片， SHT20芯片的SCL引脚和SDA引脚分别连接STM32L476RCT6芯片的两个PB 端口。 6.根据权利要求4所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述GPS采集模块 包括L70-R芯片， L70-R芯片的TXD引脚和RXD引脚分别连接STM32L476RCT6芯片的两个PA端 口。 7.根据权利要求4所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述NB-IoT通信模 块包括BC95-B5芯片， BC95-B5芯片的NB_TX引脚、 NB_RX引脚和RI引脚分别连接 ST。

7、M32L476RCT6芯片的3个PB端口， BC95-B5芯片的PWR_EN引脚和NETLED引脚分别连接 STM32L476RCT6芯片的2个PA端口。 8.根据权利要求4所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述显示模块采用 Z144SN005液晶显示屏， Z144SN005液晶显示屏的SCLK引脚、 SDA引脚、 CS引脚和D/C引脚分别 连接STM32L476RCT6芯片的4个PA端口， Z144SN005液晶显示屏的BL引脚连接STM32L476RCT6 芯片的1个PB端口。 9.根据权利要求1-8中任意一项所述空气负氧离子检测及组网装置， 其特征在于： 所述 用户终端包括。

8、PC机、 平板电脑和智能手机。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211014194 U 2 一种空气负氧离子检测及组网装置 技术领域 0001 本实用新型属于检测和物联网技术领域， 特别涉及了一种空气负氧离子检测及组 网装置。 背景技术 0002 空气中的负氧离子是气体分子在高压或射线作用下， 释放出电子、 阴离子后产生 的物质， 被誉为空气中的维生素， 能够起到调解、 中和空气中有害气体， 缓解人体疲劳， 预防 呼吸系统疾病等作用， 可以在一定程度上反映空气质量的好坏。 0003 当前， 我国部分城市空气质量堪忧， 对经济发展， 市民健康都造成了较大危害， 解 决空气污染的首要前提是能够得。

9、到客观准确的空气质量数据， 但是大多数城市的环境监管 能力不足， 监测点位数量无法满足需求， 造成空气质量数据没有代表性。 0004 当前市场上的监测仪器大多采用有线接入的工作方式， 施工布线复杂， 维护费用 高昂， 采集数据需要人工巡检， 缺乏实时性， 这浪费多余的人力物力， 因此造成了检测系统 的高成本和低普及率。 实用新型内容 0005 为了解决上述背景技术提到的技术问题， 本实用新型提出了一种空气负氧离子检 测及组网装置。 0006 为了实现上述技术目的， 本实用新型的技术方案为： 0007 一种空气负氧离子检测及组网装置， 包括云平台、 用户终端以及设置在各检测点 的检测终端； 各检。

10、测终端和用户终端分别与云平台无线连接， 实现组网； 所述检测终端包括 负氧离子采集器、 I-V跨导放大电路、 微控制器、 温湿度采集模块、 GPS采集模块、 显示模块和 NB-IoT通信模块， 所述微控制器内置有AD转换器； 温湿度采集模块、 GPS采集模块、 显示模块 和NB-IoT通信模块分别与微控制器电气连接， 负氧离子采集器经I-V跨导放大电路与微控 制器电气连接， NB-IoT通信模块和用户终端分别与云平台无线连接； 负氧离子采集器采集 空气中的负氧离子并形成微弱电流， 该微弱电流经I-V跨导放大电路转换为电压信号并放 大， 该电压信号经AD转换器转换为数字信号并传送给微控制器， 微。

11、控制器根据该数字信号 得到空气中的负氧离子浓度数据， 同时温湿度采集模块和GPS采集模块分别采集温湿度数 据和GPS数据并传送给微控制器， 微控制器将负氧离子浓度数据、 温湿度数据和GPS数据传 输给显示模块进行显示， 并将这些数据上传至云平台保存， 各用户终端通过登陆云平台查 询各检测点的检测数据。 0008 进一步地， 所述负氧离子采集器为同轴双筒式结构， 其内筒作为采集板， 外筒作为 极化板， 内筒绝缘支撑在外筒内部， 外筒连接电源负极， 内筒经保险丝与电源正极一同接 地， 内筒连接所述I-V跨导放大电路的输入端， 外筒的一端设置风机， 该风机的驱动信号输 入端与微控制器电气连接。 00。

12、09 进一步地， 所述I-V跨导放大电路包括运算放大器、 第一电阻、 第二电阻以及电容； 说明书 1/4 页 3 CN 211014194 U 3 运算放大器的正输入端接地， 运算放大器的负输入端经第一电阻与负氧离子采集器的内筒 连接， 运算放大器的输出端经第二电阻与运算放大器的负输入端连接， 运算放大器的输出 端经电容与运算放大器的负输入端连接。 0010 进一步地， 所述微控制器采用STM32L476RCT6芯片。 0011 进一步地， 所述温湿度采集模块包括SHT20芯片， SHT20芯片的SCL引脚和SDA引脚 分别连接STM32L476RCT6芯片的两个PB端口。 0012 进一步地。

13、， 所述GPS采集模块包括L70-R芯片， L70-R芯片的TXD引脚和RXD引脚分别 连接STM32L476RCT6芯片的两个PA端口。 0013 进一步地， 所述NB-IoT通信模块包括BC95-B5芯片， BC95-B5芯片的NB_TX引脚、 NB_ RX引脚和RI引脚分别连接STM32L476RCT6芯片的3个PB端口， BC95-B5芯片的PWR_EN引脚和 NETLED引脚分别连接STM32L476RCT6芯片的2个PA端口。 0014 进一步地， 所述显示模块采用Z144SN005液晶显示屏， Z144SN005液晶显示屏的 SCLK引脚、 SDA引脚、 CS引脚和D/C引脚分别。

14、连接STM32L476RCT6芯片的4个PA端口， Z144SN005液晶显示屏的BL引脚连接STM32L476RCT6芯片的1个PB端口。 0015 进一步地， 所述用户终端包括PC机、 平板电脑和智能手机。 0016 采用上述技术方案带来的有益效果： 0017 本实用新型将负氧离子采集器提升为一个智能的自动化产品， 免去了施工布线， 人工检测的成本， 使用可靠的蜂窝网络， 降低了无线传输中丢失数据的概率。 并且能通过获 取的数据， 综合分析区域内不同时间段的负氧离子密度， 同时根据温度， 湿度， 进风速度等， 综合分析负氧离子数量与各参量之间的相关关系。 附图说明 0018 图1是本实用新。

15、型组成框图； 0019 图2是本实用新型中空气负氧离子检测示意图； 0020 图3是本实用新型中I-V跨导放大电路图； 0021 图4是本实用新型中微控制器电路图； 0022 图5是本实用新型中GPS采集模块电路图； 0023 图6是本实用新型中NB-IoT通信模块电路图； 0024 图7是本实用新型中显示模块电路图； 0025 图8是本实用新型在安卓系统终端上的可视化检测数据界面示意图。 具体实施方式 0026 以下将结合附图， 对本实用新型的技术方案进行详细说明。 0027 本实用新型设计了一种空气负氧离子检测及组网装置， 如图1所示， 包括云平台、 用户终端以及设置在各检测点的检测终端；。

16、 各检测终端和用户终端分别与云平台无线连 接， 实现组网； 所述检测终端包括负氧离子采集器、 I-V跨导放大电路、 微控制器、 温湿度采 集模块、 GPS采集模块、 显示模块和NB-IoT通信模块， 所述微控制器内置有AD转换器； 温湿度 采集模块、 GPS采集模块、 显示模块和NB-IoT通信模块分别与微控制器电气连接， 负氧离子 采集器经I-V跨导放大电路与微控制器电气连接， NB-IoT通信模块和用户终端分别与云平 说明书 2/4 页 4 CN 211014194 U 4 台无线连接； 负氧离子采集器采集空气中的负氧离子并形成微弱电流， 该微弱电流经I-V跨 导放大电路转换为电压信号并放。

17、大， 该电压信号经AD转换器转换为数字信号并传送给微控 制器， 微控制器根据该数字信号得到空气中的负氧离子浓度数据， 同时温湿度采集模块和 GPS采集模块分别采集温湿度数据和GPS数据并传送给微控制器， 微控制器将负氧离子浓度 数据、 温湿度数据和GPS数据传输给显示模块进行显示， 并将这些数据上传至云平台保存， 各用户终端通过登陆云平台查询各检测点的检测数据。 0028 在本实施例中， 负氧离子采集器的结构如图2所示。 负氧离子采集器为同轴双筒式 结构， 其内筒4作为采集板， 外筒5作为极化板， 内筒4上设有绝缘体3， 外筒5连接电源1的负 极， 内筒4经保险丝与电源1的正极一同接地， 内筒。

18、4连接I-V跨导放大电路6的输入端， 外筒5 的一端设置风机2， 该风机2的驱动信号输入端与微控制器7电气连接。 0029 在本实施例中， I-V跨导放大电路的结构如图3所示。 I-V跨导放大电路包括运算放 大器、 第一电阻、 第二电阻以及电容； 运算放大器的正输入端接地， 运算放大器的负输入端 经第一电阻与负氧离子采集器的内筒连接， 运算放大器的输出端经第二电阻与运算放大器 的负输入端连接， 运算放大器的输出端经电容与运算放大器的负输入端连接。 在本实施例 中， 运算放大器采用LMC6062芯片。 0030 空气中的离子经过风机进入采集器后， 在电场力的作用下， 其运行轨迹发生偏转 并吸附在。

19、采集板(内筒)上形成微弱电流。 该微弱电流信号通过IV跨导放大电路转换为模拟 电压信号， 再通过电压放大， A/D转换并滤波后变成数字信号， 微控制器在接收到信号后， 可 根据下式计算出负氧离子数目， 并同时反馈调节风机风速， 起到保护数据边界的作用： 0031 0032 其中， N为每立方厘米空气中的离子数(个cm-3)， I为采集板电流读数， V为风速， q 为基本电荷电量(1.610-19库仑)， A为有效横截面积(cm2)。 0033 在本实施例中， 微控制器采用STM32L476RCT6芯片， 如图4所示， 其片上外设丰富， 在性能， 稳定性， 安全性， 功耗等方面都有非常出色的表现。

20、。 0034 在本实施例中， 温湿度采集模块包括SHT20芯片， 如图4所示， SHT20芯片的SCL引脚 和SDA引脚分别连接STM32L476RCT6芯片的两个PB端口(如图4中的PB13和PB14端口)。 0035 在本实施例中， GPS采集模块包括L70-R芯片， 该芯片的外围电路如图5所示。 L70-R 芯片的TXD引脚和RXD引脚分别连接STM32L476RCT6芯片的两个PA端口(如图4中的PA2和PA3 端口)。 0036 在本实施例中， NB-IoT通信模块包括BC95-B5芯片， 该芯片的外围电路如图6所示。 该模块能够在典型供电条件下， 达到数年的使用时间， 且区域内两检。

21、测节点往往相隔数公 里， 传统的无线传输终端与网关的距离最多能达到数百米， 而NB-IoT的覆盖半径理论上能 达到10公里， 能够很好适应这种使用场景。 BC95-B5芯片的NB_TX引脚、 NB_RX引脚和RI引脚 分别连接STM32L476RCT6芯片的3个PB端口(如图4中的PB10、 PB11和PB15端口)， BC95-B5芯 片的PWR_EN引脚和NETLED引脚分别连接STM32L476RCT6芯片的2个PA端口(如图4中的PA0和 PA8端口)。 0037 在本实施例中， 显示模块采用Z144SN005液晶显示屏， 其外围电路如图7所示。 Z144SN005液晶显示屏的SCLK。

22、引脚、 SDA引脚、 CS引脚和D/C引脚分别连接STM32L476RCT6芯 说明书 3/4 页 5 CN 211014194 U 5 片的4个PA端口(如图4中的PA4、 PA5、 PA6和PA7端口)， Z144SN005液晶显示屏的BL引脚连接 STM32L476RCT6芯片的1个PB端口(如图4中的PB0端口)。 0038 本实用新型在安卓系统终端上的可视化检测数据界面如图8所示。 0039 实施例仅为说明本实用新型的技术思想， 不能以此限定本实用新型的保护范围， 凡是按照本实用新型提出的技术思想， 在技术方案基础上所做的任何改动， 均落入本实用 新型保护范围之内。 说明书 4/4 页 6 CN 211014194 U 6 图1 图2 说明书附图 1/4 页 7 CN 211014194 U 7 图3 图4 说明书附图 2/4 页 8 CN 211014194 U 8 图5 图6 说明书附图 3/4 页 9 CN 211014194 U 9 图7 图8 说明书附图 4/4 页 10 CN 211014194 U 10 。