[发明专利]一种超细颗粒物和VOCs现场监测节点

摘要

本发明公布了一种超细颗粒物和VOCs现场监测节点。本发明通过邻近无线通信模块实现自组网，实现邻近节点之间的快速通讯，再次准确的获取移动污染源的信息，监测节点的传感器信息采集模块采集监测节点所在环境中移动污染源超细颗粒物和VOCs的浓度信息，摄像头车辆信息采集模块采集超标排放车辆的信息，时间及监测节点所在实时气象状况由气象信息采集模块采集，同时将数据和节点响应指令通过GPRS模块和无线通讯模块发送出去，供其它设备接收和使用。通过控制器的A/D功能将锂电池输入电压转化为数字信号，来监测锂电池的电压。本发明装置体积小，功耗低，精度高；具备数据采集、处理和存储等功能。

主权项

一种超细颗粒物和VOCs现场监测节点，包括电源管理模块、外部存储模块、时钟模块、无线通信模块、传感器信息采集模块、摄像头车辆信息采集模块、气象信息采集模块、GPRS模块、控制器模块，其特征在于：电源管理模块包括TPS7A4501 12V稳压芯片、LM2576 5V稳压芯片和LM11173.3V稳压芯片组成的电压转换电路为核心及外接的12V锂电池和为其充电的太阳能电池板组成；5V电压转换电路包括电源管理芯片LM2576、电源接口J1、第二磁珠F2、第十四电容C14、第一电感L1、第八二极管D8、第十八电容C18、第十四电阻R14和第十五电阻R15；电源接口J1的1引脚与锂电池的12V接口正极连接，电源接口J1的2引脚和3引脚接地，电源接口J1的1脚和第二磁珠F2的一端连接，第二磁珠F2的另一端和第十四电容C14的一端、第六电源芯片U6LM2576的1脚连接并作为12V电源输出端，第六电源芯片U6LM2576的3脚和5脚接地，第六电源芯片U6LM2576的4脚与第十四电阻R14的另一端和第十五电阻R15的一端连接，第十四电容C14的另一端和地连接，第十五电阻R15的另一端和地连接，第十四电阻R14的一端和第一电感L1的另一端、第十八电容C18的一端连接并作为DC15V输出端，第十八电容C18的另一端和地连接，第一电感L1的一端和第八二极管D8的负极、第六电源芯片U6的2脚连接，第八二极管D8的正极和地连接，由此构成由第六电源芯片U6LM2576提供的DC5V的电压；12V电压转换电路包括电源管理芯片TPS7A4501、第十五电解电容C15、第十二电阻R12、第十六电阻R16和第十三电解电容C13；第五电源芯片U5TPS7A4501的2脚和DC12V输出端、第十五电解电容C15的正极连接，第十五电解电容C15的负极和地连接，第十五电解电容C15的正极和第五电源芯片U5TPS7A4501的1脚连接，第五电源芯片U5TPS7A4501的3脚和地连接，第十二电阻R12的一端、第十六电阻R16的一端与第五电源芯片U5TPS7A4501的5脚连接，第十六电阻R16的另一端和地连接，第十二电阻R12的另一端、第十三电解电容C13的正极与第五电源芯片U5TPS7A4501的4脚连接并作为DC12V的电压输出端，第十三电容C13的负极和地连接；3.3V电压转换电路包括电源管理芯片LM1117、第一磁珠F1、第十七电解电容C17、第二双向二极管TV2和第十六电容C16；第十七电解电容C17的正极、第七电源芯片U7LM1117的3脚与DC5V输出端连接，第十七电解电容C17的负极和地连接，第七电源芯片U7LM1117的1脚和地连接，第七电源芯片U7LM1117的2脚与第七电源芯片U7LM1117的4脚、第一磁珠F1的一端连接，第一磁珠F1的另一端与第二双向二极管TV2的一端、第十六电容C16的一端连接并作为DC3.3V输出端，第二双向二极管TV2的另一端、第十六电容C16的另一端和地连接，由此构成由第七电源芯片U7LM1117提供的DC3.3V的电压；以LM1117‑3.3V为核心的3.3V电压转换电路为外部存储模块、时钟模块、无线通讯模块、气象信息采集模块、控制器模块提供3.3V电压；以LM2576‑5V为核心的5V电压转换电路为摄像头车辆信息采集模块、GPRS模块、传感器信息采集模块提供5V的电压；以TPS7A4501‑12V为核心的12V电压转换电路为气象信息采集模块、传感器信息采集模块、摄像头车辆信息采集模块提供12V的电压；外部锂电池通过J1接口与该节点连接，为节点提供12V的直流电源，太阳能电池板通过DC‑005(2.1mm)插头直接插入锂电池的DC‑005(2.1mm)插座，作用是为锂电池充电；外部存储模块由第三存储芯片U3FM25VN10为核心组成；第三存储芯片U3FM25VN10的1脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的55脚连接，第三存储芯片U3FM25VN10的2脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的56脚连接，第三存储芯片U3FM25VN10的3脚和DC3.3V连接，第三存储芯片U3FM25VN10的4脚和地连接，第三存储芯片U3FM25VN10的5脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的53脚连接，第三存储芯片U3FM25VN10的6脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的54脚连接，第三存储芯片U3FM25VN10的7脚悬空，第三存储芯片U3FM25VN10的8脚、第一电容C1的一端连接并接DC3.3V，第一电容C1的另一端和地连接；由此构成提供外部数据的外部存储电路；时钟模块由第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的内部时钟电路为核心组成；第二晶振Y2的一端与第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的9脚、第六电容C6的一端连接，第六电容C6的另一端和地连接，第二晶振Y2的另一端与第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的8脚、第十二电容C12的一端连接，第十二电容C12的另一端和地连接；由此构成提供时间信息的时钟模块；无线通讯模块由DRF1605H Zigbee模块为核心组成；第四排母U4A的9脚与第十电阻R10的另一端连接，第十电阻R10的一端和第六发光二极管D6的正极连接，第六发光二极管D6的负极和地连接，第四排母U4A其余的脚全部悬空，第四排母U4B的13脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的84脚连接，第四排母U4B的17脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的87脚连接，第四排母U4B的16脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的86脚连接，第四排母U4B的22脚与第十三电阻R13的一端连接，第十三电阻R13的的另一端与第七发光二极管D7的正极连接，第七发光二极管D7的负极和地连接，第四排母U4B的23脚和地连接，第四排母U4B其余的脚全部悬空；由此构成提供邻近节点无线通讯的无线模块；传感器信息采集模块以第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的UART串口接口为核心组成；第二排母P2的1脚和DC12V连接,第二排母P2的2脚和DC5V连接，第二排母P2的3脚和DC3.3V连接，第二排母P2的4脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的79脚连接，第二排母P2的5脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的78脚连接，第二排母P2的6脚和地连接；由此构成移动污染源超细颗粒物和VOCs在线测量、机动车超标排放快速识别的传感器信息采集模块；摄像头车辆信息采集模块以第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的UART串口接口为核心组成；第三排母P3的1脚和DC12V连接，第三排母P3的2脚和DC5V连接，第三排母P3的3脚和DC3.3V连接，第三排母P3的4脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的69脚连接，第三排母P3的5脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的68脚连接，第三排母P3的6脚和地连接；由此构成提供节点和摄像头进行数据传输的摄像头车辆信息采集模块；气象信息采集模块以第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的UART串口构成的RS485串行协议通讯接口为核心组成；第二RS485芯片U2SP3481的1脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的83脚连接，第二RS485芯片U2SP3481的2脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的71脚连接，第二RS485芯片U2SP3481的3脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的70脚连接，第二RS485芯片U2SP3481的4脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的80脚连接，第二RS485芯片U2SP3481的5脚与第一排母P1的5脚连接并接地，第二RS485芯片U2SP3481的6脚与第一排母P1的4脚连接，第二RS485芯片U2SP3481的7脚与第一排母P1的3脚连接，第二RS485芯片U2SP3481的8脚与第一排母P1的2脚连接并接DC3.3V；第一排母P1的1脚与DC12V连接；由此构成提供节点和自动气象站进行数据传输的气象信息采集模块；GPRS模块由USR‑GPRS232‑7S模块为核心组成；第一GPRS模块G1的6脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的48脚连接，第一GPRS模块G1的7脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的47脚连接，第一GPRS模块G1的10脚和第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的基极与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的51脚连接，第一三极管Q1的发射极和地连接，第一GPRS模块G1的11脚、第一GPRS模块G1的12脚和地连接，第一GPRS模块G1的15脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的45脚连接，第一GPRS模块G1的16脚与第五二极管D5的负极、第四电容C4的一端连接，第五二极管D5的正极与DC5V连接，第四电容C4的另一端和地连接，第一GPRS模块G1其余的脚全部悬空；由此构成提供节点将监测到的信息发送到云端服务器的GPRS模块；按键部分电路包括第一按键K1、第二按键K2；第一按键K1的一端和地连接，第一按键K1的另一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的29脚连接，第一按键K2的一端和地连接，第一按键K2的另一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的30脚连接；由此构成按键电路；LED指示灯电路包括第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第三发光二极管D3、第四发光二极管D4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；第一发光二极管D1的正极接DC3.3V,第一发光二极管D1的负极接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端和地连接，第二发光二极管D2的正极接DC3.3V,第二发光二极管D2的负极接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的31脚连接，第三发光二极管D3的正极接DC3.3V,第三发光二极管D3的负极接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的32脚连接，第四发光二极管D4的正极接DC3.3V,第四发光二极管D4的负极接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的33脚连接；由此构成LED指示灯电路；电源监测电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第五电容C5和第一双向二极管TV1；第七电阻R7的一端和DC12V连接，第七电阻R7的另一端与第八电阻R8的一端、第五电容C5的一端、第一双向二极管TV1的一端、第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的34脚连接，第八电阻R8的另一端与第五电容C5的另一端、第一双向二极管TV1的另一端和地连接；由此构成电源监测电路；SWD程序下载电路；第四排母P4的1脚和地连接，第四排母P4的2脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的76脚连接，第四排母P4的3脚和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的72脚连接，第四排母P4的4脚和DC3.3V连接；由此构成由第一控制器芯片U1STM32F103RCT6为核心组成最小系统的下载电路；控制器模块由第一控制器芯片U1STM32F103RCT6为核心组成最小系统，其中包括第五电阻R5、第六电阻R6、第十一电阻R11、第二电容C2、第三电容C3、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第四排母P4、第一纽扣电池BT1和第一晶振Y1；第七电容C7的一端、第八电容C8的一端、第九电容C9的一端、第十电容C10的一端和DC3.3V连接，第七电容C7的另一端、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端和地连接，为第一控制器芯片U1STM32F103RCT6提供DC3.3V电源；第一纽扣电池BT1一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的6脚连接，第一纽扣电池BT1另一端和地连接，第二电容C2的一端、第一晶振Y1的一端、第六电阻R6的一端与第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的13脚连接，第三电容C3的一端、第一晶振Y1的另一端、第六电阻R6的另一端、第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的12脚连接，第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端和地连接；第十一电阻R11的一端和DC3.3V连接，第十一电阻R11的另一端与第三按键K3的一端、第十一电容C11的一端、第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的14脚连接，第三按键K3的另一端、第十一电容C11的另一端和地连接，构成最小系统的复位电路；第五电阻R5的一端和第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的37脚连接，第五电阻R5的另一端和地连接；第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的22脚、11脚、28脚、100脚、75脚、50脚、21脚接DC3.3V；第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的19脚、10脚、27脚、99脚、74脚、49脚、20脚、94脚接地；第一控制器芯片U1STM32F103RCT6的其余引脚架空。