一种物联网智能监控终端及监测系统论文和设计-肖颖

全文摘要

本实用新型公开了一种物联网智能监控终端及监测系统，其中，一种物联网智能监控终端包括：无线通信模块、温\/湿度监控模块、PM2.5监控模块以及可燃气体监控模块。在多传感器环境数据监测中，利用终端上的无线通信模块将感测环境的各个监测终端连接成物联网传感器自动监测系统。现场监测终端将采集现场的温度\/湿度、气体、PM2.5值等多种实时信号参数，通过路由中继转发或直接送至协调器，将无线通信网的数据送至监控中心进行数据分析处理及数据库管理。本终端结构简单、功能完备且能根据实际需求进行功能性拓展，在物联网实时监控领域具有较大的实用价值。

主设计要求

1.一种物联网智能监控终端，其特征在于，包括温\/湿度监控模块、PM2.5监控模块、可燃气体监控模块、无线通信模块和控制器模块，各模块分别与控制器模块连接；控制器模块采用STM32微控制器；温\/湿度监控模块包括数字温度传感器和数字温湿度传感器；数字温湿度传感器引出4个引脚，分别是电源VCC、数据线S、悬空和地线GND，将S端与STM32的PB11引脚相连；数字温度传感器引出3个引脚，分别是地线GND、数据线S和电源VCC，将S端与STM32的PB12引脚相连。

设计方案

1.一种物联网智能监控终端，其特征在于，包括温\/湿度监控模块、PM2.5监控模块、可燃气体监控模块、无线通信模块和控制器模块，各模块分别与控制器模块连接；

控制器模块采用STM32微控制器；

温\/湿度监控模块包括数字温度传感器和数字温湿度传感器；数字温湿度传感器引出4个引脚，分别是电源VCC、数据线S、悬空和地线GND，将S端与STM32的PB11引脚相连；数字温度传感器引出3个引脚，分别是地线GND、数据线S和电源VCC，将S端与STM32的PB12引脚相连。

2.根据权利要求1所述的物联网智能监控终端，其特征在于，可燃气体监控模块包括液化石油气传感器；液化石油气传感器引出六个引脚，分别为模拟输出口A0、数字输出口D0、电源VCC和地线GND，将模拟输出口A0与STM32的PB13引脚相连。

3.根据权利要求1所述的物联网智能监控终端，其特征在于，物联网智能监控终端还包括人体热释红外传感器。

4.根据权利要求1所述的物联网智能监控终端，其特征在于，PM2.5监控模块包括GP2Y1010AU0F PM2.5传感器；PM2.5传感器模块引出4个引脚，分别是指示灯L、数据线S、电源线VCC与地线GND，将S端和L端分别与STM32的PA5、PA4相连。

5.根据权利要求1所述的物联网智能监控终端，其特征在于，无线通信模块包括Zigbee无线网络通讯模块。

6.一种物联网智能监测系统，其特征在于，包括多个智能监控终端，每个智能监控终端都包括温\/湿度监控模块、PM2.5监控模块、可燃气体监控模块、无线通信模块和控制器模块，其中各模块分别与控制器模块连接；基于无线通信模块组建无线网络并与监控中心的异构网进行数据传输，单个终端作为一个传感器监控节点，多个节点即构成一个完整的多传感器无线监测网。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及智能硬件和物联网技术领域，特别涉及一种物联网智能监控终端及监测系统。

背景技术

物联网技术是指根据生产生活的实际需求，通过必要的传感器采集相应物体或者环境的相应信息，通过有线或者无线通信模块将数据上传至服务器或与互联网相连结合而成横跨现实与虚拟的巨大网络。通过物品之间、物品与人、物品与环境、物品与互联网之间的相互连接，可以方便地实现各种信息的采集、分析以及监控。但是目前物联网智能监控的发展还不太完善，普及率较低。主要原因是目前市场上成型物联网监控终端较少、兼容性较差、结构复杂且价格昂贵，所以物联网智能监控终端的成本、兼容性结构等还有较大改进空间。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种物联网智能监控终端及监测系统，其成本低廉、功能丰富、兼容性好、便于推广，能够解决住宅小区等场所的多传感器环境数据监测问题。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种物联网智能监控终端，包括温\/湿度监控模块、PM2.5监控模块、可燃气体监控模块、无线通信模块和控制器模块，各模块分别与控制器模块连接。

优选的，控制器模块采用STM32微控制器。

优选的，温\/湿度监控模块包括数字温度传感器和数字温湿度传感器；数字温湿度传感器引出4个引脚，分别是电源VCC、数据线S、悬空和地线GND，将S端与STM32的PB11引脚相连；数字温度传感器引出3个引脚，分别是地线GND、数据线S和电源VCC，将S端与STM32的PB12引脚相连。

优选的，可燃气体监控模块包括液化石油气传感器；液化石油气传感器引出六个引脚，分别为模拟输出口A0、数字输出口D0、电源VCC和地线GND，将模拟输出口A0与STM32的PB13引脚相连。

优选的，物联网智能监控终端还包括人体热释红外传感器。

优选的，PM2.5监控模块包括GP2Y1010AU0F PM2.5传感器；PM2.5传感器模块引出4个引脚，分别是指示灯L、数据线S、电源线VCC与地线GND，将S端和L端分别与STM32的PA5、PA4相连。

优选的，无线通信模块包括Zigbee无线网络通讯模块。

一种物联网智能监测系统，包括多个智能监控终端，每个智能监控终端都包括温\/湿度监控模块、PM2.5监控模块、可燃气体监控模块、无线通信模块和控制器模块；基于无线通信模块组建无线网络并与监控中心的异构网进行数据传输，单个终端作为一个传感器监控节点，多个节点即构成一个完整的多传感器无线监测网。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本实用新型终端结构简单、功能完备且能根据实际需求进行功能性拓展(一般是拓展传感器种类和数量)，在物联网实时监控领域具有较大的实用价值等有益效果。

附图说明

图1为实施例物联网智能监控终端示意图。

图2为实施例物联网智能监控终端电路原理图。

图3为实施例物联网智能监控终端PCB原理图。

图4为液化石油气传感器及其接线示意图。

图5为数字温湿度传感器DHT11及其接线示意图。

图6为数字温度传感器DS18B20及其接线示意图。

图7为人体热释红外传感器及其接线示意图。

图8为PM2.5传感器及其接线示意图。

图9为ZigBee接口电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

一种物联网智能监控终端(如图1所示)，可实现监控现场的温\/湿度、PM2.5、烟雾或可燃气体浓度等传感量的数据采集、分析处理及数据融合，进而给出火警、PM2.5异常等的判断依据。在住宅小区多传感器环境数据监测中，利用终端上无线通信模块将感测环境的各个监测终端连接成物联网传感器自动监测系统。现场监测终端将采集现场的温度\/湿度、气体、PM2.5值等多种实时信号参数，通过路由转发或直接送至协调器，将无线通信网的数据送至监控中心进行数据分析处理及数据库管理。

首先，要进行传感器的数据采集与预处理，物联网智能监控终端必须配备微处理器。可采用STM系列、AVR系列以及树莓派等微控制器作为感知层的微处理器，微控制器应该要成本低廉，能耗低，资源丰富。本实施例采用STM32系列嵌入式微控制器作为终端的微处理器，具体采用STM32F103C8T6型微控制器芯片。其中STM32微控制器成本低廉，能耗低，资源丰富，对比市面上其他的微控制器，更符合本实用新型要求，并能很好实现相应功能。

其次，要提供多种传感器的数据信息，监控终端必须搭载必要传感器，本监控终端搭载了数字温度传感器DS18B20，数字温湿度传感器DHT11，液化石油气传感器MQ-6以及PM2.5传感器。每个传感器都配置了相应的外围电路并连接到STM32微控制器，以用于数据采集与数据链路。

在本实施例中，STM32是整个监控终端的核心控制单元，主要起到数据采集、数据打包与数据传输的作用。STM32采集到所有传感器数据后，按照本终端预先规定的数据规范(即通讯协议)将数据进行打包处理，并通过无线网络将预处理后的传感器数据发送到监控中心。

在传感器网络与监控中心的数据通讯方式选取上，本实施例采用了Zigbee无线网络作为终端与上位机之间数据传输的桥梁。为了接入Zigbee网络，本终端上也配置了Zigbee无线通讯模块，与STM32连接。

在无线网监测系统中，每个传感器节点(即每个监控终端)都包含STM32微控制器、温湿度传感器、液化石油气传感器、人体热释红外传感器(可以检测生命体，可以用于防盗，或者访客提醒)、PM2.5传感器以及Zigbee无线网络通讯模块，每一个模块在板上都配置了外围电路，互相之间也有相应的连接。图2为电路原理图，图3为PCB图。

传感器(所有传感器都是根据实际需求搭载或者卸载)：

1、液化石油气传感器MQ-2，MQ-2液化石油气传感器是基于QM-NG1探头的气体传感器，该传感器对各种可燃性气体(如氢气、液化石油气、一氧化碳、烷烃类等气体)以及酒精、乙醚、汽油、烟雾等有毒气体具有高度的敏感性。MQ-2液化石油气传感器共引出六个引脚，分别为模拟输出口A0、数字输出口D0、电源VCC、和地线GND，实际应用时，将模拟输出口A0与STM32单片机的PB13引脚相连。(如图4所示)二氧化锡的电导会随检测气体浓度的变化而改变，模拟输出端输出的电压也会随之改变，然后就能将传感器输出的数据转化为检测液化石油气浓度值。

2、数字温湿度传感器DHT11，DHT11数字温湿度传感器是一种集温度、湿度一体的复合传感器，它能把温度和湿度物理量通过温、湿度敏感元件和相应电路转换成方便计算机、PLC、智能仪表等数据采集设备直接读取的数字量。DHT11数字温湿度传感器共引出4个引脚，从左到右引脚顺序分别是电源VCC、数据线S、悬空和地线GND，实际应用时，将S端与STM32单片机的PB11引脚相连。其中STM32与DHT11的接口电路设计图如图5所示。

3、数字温度传感器DS18B20，DS18B20是一款常用的数字温度传感器，具有体积小，使用方便，抗干扰能力强，精度高等特点，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20传感器共引出3个引脚，从左到右引脚顺序分别是地线GND、数据线S和电源VCC，实际应用时，将S端与STM32单片机的PB12引脚相连。其中STM32与DS18B20传感器的接口电路设计图如图6所示。

4、人体热释红外传感器，人体热释红外传感器探头内主要包含两个互相串联或并联的热释电元，并且这两个电元的电极方向正好相反，环境背景辐射对这两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生的释电效应相互抵消，于是探头无信号输出。一旦人出现在探测区域内，人体红外辐射将通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，由于两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，所以输出检测信号。其中人体热释红外传感器探头实物图及STM32与该传感器的接口电路图如图7所示。

5、PM2.5传感器，GP2Y1010AU0F PM2.5传感器是由光学传感制度制成的灰尘传感器。一个红外发光二极管(IRED)和一个光电晶体管对角布置成这样的设备。它检测在空气中的尘埃的反射光。它可以有效地检测到非常细的颗粒像香烟烟雾。此外，它可以从房屋灰尘烟雾区别通过输出电压的脉冲模式。

PM2.5传感器模块共引出4个引脚，从左到右引脚顺序分别是指示灯L、数据线S、电源线VCC与地线GND，实际应用时，将S端和L端分别与STM32单片机的PA5、PA4相连。其中STM32与PM2.5传感器的接口电路设计图如图8所示。

利用ZigBee自组网功能将感测环境的各个监测终端连接成物联网传感器自动监测系统。ZigBee接口电路如图9所示，其中STM32是整个系统的核心，主要负责多传感信号的采集、射频芯片数据通信、执行部件功能控制、异构网络数据通信等。

在多传感器无线网监控系统中，需要一个Zigbee无线通讯模块作为协调器(交换机)，负责Zigbee无线网络组建及与监控中心的异构网进行数据传输，本终端作为一个传感器监控节点，通电后即自动加入已构建完成的Zigbee无线网络，多个本终端与协调器即构成一个完整的多传感器无线监测网。

在无线网监测系统中，每个传感器节点(即每个监控终端)都包含STM32微控制器、温度传感器、温湿度传感器、液化石油气传感器、PM2.5传感器以及Zigbee无线网络通讯模块，每一个模块在板上都配置了外围电路，互相之间也有相应的连接。

本实用新型对物联网技术的普及及降低技术门槛具有现实意义。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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主设计要求

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设计说明书

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