[實用新型]一種基于傳感器網絡的惡臭類氣體和VOCs監測系統

有效

• 申請號: 201420037496.5
• 申請日: 2014-01-21
• 公開（公告）號: CN203773311U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 蔣鵬;王英帥;王坤;王興民
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.?一種基于傳感器網絡的惡臭類氣體和VOCs監測系統，包括監測節點、網關及監測中心，?

所述的監測節點包括電源管理模塊、無線通信模塊、外部存儲模塊、時鐘模塊、傳感器信息采集模塊、GPS模塊、及控制器模塊；

所述的網關包括電源管理模塊、無線通信模塊、外部存儲模塊、時鐘模塊、TD-LTE模塊、控制器模塊及外部鋰電池太陽能電池部分；

所述的監測中心搭建在PC機上；

監測節點的構成如下：

電源管理模塊由以LTC1474-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路及外接12V鋰電池組成；電源接口J14的1引腳與鋰電池的12V接口正極連接，電源接口J14的2引腳和3引腳接地，電源接口J6的1引腳與太陽能電池的正極接口連接，電源接口J6的2引腳和3引腳接地，電源接口J14的1引腳右端與二極管D9的正極連接，二極管D9的負極與第一百四十七電阻的一端連接，第一百四十七電阻的另一端與二極管D102的負極連接，二極管D102的正極接地，二極管D102的負極與跳線帽P1的一端連接，跳線帽P1的另一端與第一電解電容C1的正極連接，第一電解電容C1的負極接地；第四十八電阻一端與第一電解電容C1的正極連接，第四十八電阻的另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的3引腳連接，第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的3引腳與第四十九電阻R49的一端連接，第四十九電阻R49的另一端接地；第一電阻R1、第二電阻R2、第八電容C8的一端、第九電容C9的一端、第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的7引腳及第83電容C83的一端連接，第一電阻R1、第二電阻R2及第八電容C8的另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的6引腳連接，第九電容C9和第83電容的另一端接地，第三十七電阻R37的一端懸空，另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的8引腳連接，第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的8引腳與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的2引腳連接，第一電感L1的一端、第二十九電解電容C29的正極、第三十八電容C38的一端及第一百三十七電阻的一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的1引腳連接，第一電感L1的另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的5引腳連接，第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的5引腳與第一二極管D1的負極連接，第一二極管D1的正極接地，第二十九電解電容C29的負極及第三十八電容C38的另外一端接地，第一百三十七電阻R137的另外一端、第四十二電阻R42的一端連接及第五電阻R5的一端連接，第四十二電阻R42的另一端與第十二極管D10的正極連接，第十二極管D10的負極接地，第五電阻R5的另一端、第十三電容C13的一端、第四電解電容C4的正極、第十五電容C15的一端、第十一電阻R11的一端、第九外部存儲芯片U9?FM25VN02的8引腳、第五十電阻R50的一端、第二負載電阻U2的一端、第二十七電阻R27的一端、第二十八電阻R28的一端、第二十九電阻R29的一端、第三十電阻R30的一端、第三十一電阻R31的一端、第八十四電容C84的一端、第四控制器芯片U4?MSP430F167的64引腳、第四控制器芯片U4?MSP430F167的1引腳、第七時鐘芯片U7?DS1302的1引腳、第三十九電容C39的一端及1*5排針J11的1引腳連接；以LTC1474-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路為無線通信模塊、外部存儲模塊、時鐘模塊、傳感器信息采集模塊、GPS模塊、控制器模塊提供3.3V電壓；外部鋰電池通過J14接口與該節點連接，為節點提供12V直流電壓源，太陽能電池通過J6接口與該節點連接，作用是為鋰電池充電；

外部存儲模塊包括存儲芯片U9?FM25VN02、第四十七電阻R47、第五十電阻R50及第四十五電容C45，存儲芯片U9?FM25VN02的1引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的48引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的2引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的46引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的3引腳與第四十七電阻的另外一端連接，存儲芯片U9?FM25VN02的4引腳接地，存儲芯片U9?FM25VN02的5引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的45引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的6引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的47引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的7引腳與第五十電阻R50的另一端連接，存儲芯片U9?FM25VN02的8引腳與第四十五電容C45的一端連接，第四十五電容C45的另一端接地；

時鐘模塊包括時鐘芯片U7?DS1302、第三十九電容C39、第四十電容C40、第四十一電容C41、第三晶振Y3及第一干電池BT1，時鐘芯片U7?DS1302的1引腳與第三十九電容C39的一端連接，第三十九電容C39的另一端與第四十電容C40的一端連接，第四十電容C40的另一端與時鐘芯片U7?DS1302的2引腳及第三晶振Y3的一端連接，第三晶振Y3的另一端與第四十一電容C41的一端及時鐘芯片U7?DS1302的3引腳連接，第四十一電容C41的另一端及時鐘芯片U7?DS1302的4引腳接地，時鐘芯片U7?DS1302的5引腳與控制器芯片U4的14引腳連接，時鐘芯片U7?DS1302的6引腳與控制器芯片U4的13引腳連接，時鐘芯片U7?DS1302的7引腳與控制器芯片U4的12引腳連接，時鐘芯片U7?DS1302的8引腳與第一干電池BT1的正極連接，第一干電池BT1的負極接地；

AD采樣部分電路包括第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電容C16，該部分電路用于檢測鋰電池電壓，第十四電阻R14的一端與跳線帽P1的另一端連接，第十四電阻R14的另一端與第十五電阻R15、第十六電容C16及控制器芯片U4?MSP430F167的2引腳連接，第十五電阻R15的另一端及第十六電容C16的另一端接地；

按鍵部分電路用于硬件的調試，包括第二十七電阻R27、第二十八電阻R28、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第一按鍵S1；第二按鍵S2，第二十七電阻R27的一端與第二十八電阻R28的一端連接，第二十七電阻R27的另一端與第三十四電阻R34的一端連接，第三十四電阻R34的另一端與第二按鍵S2的一端連接，第二按鍵S2的另一端接地，第二十八電阻R28的另一端與第三十三電阻R33的一端連接，第三十三電阻R33的另一端與第一按鍵S1的一端連接，第一按鍵S1的另一端接地；

LED燈部分電路用于硬件的調試，包括第二十九電阻R29、第三十電阻R30、第三十一電阻R31、第五發光二極管D5、第六發光二極管D6、第七發光二極管D7，第二十九電阻R29的另一端與第五發光二極管D5的正極連接，第五發光二極管D5的負極與控制器芯片U4?MSP430F167的59引腳連接，第三十電阻R30的另一端與第六發光二極管D6的正極連接，第六發光二極管D6的負極與控制器芯片U4?MSP430F167的60引腳連接，第三十一電阻R31的另一端與第七發光二極管D7的正極連接，第七發光二極管D7的負極與控制器芯片U4?MSP430F167的61引腳連接；

JTAG程序燒錄電路部分包括1*7排針JTAG、第十一電阻R11，第四十六電容C46，1*7排針JTAG的1引腳與控制器芯片U4的54引腳連接，1*7排針JTAG的2引腳與控制器芯片U4的55引腳連接，1*7排針JTAG的3引腳與控制器芯片U4的56引腳連接，1*7排針JTAG的4引腳與控制器芯片U4的57引腳連接，1*7排針JTAG的5引腳與控制器芯片U4的58引腳、第十一電阻R11的另一端、第五按鍵S5的一端及第四十六電容C46的一端連接，第五按鍵S5的另一端接地，第四十六電容C46的另一端接地，1*7排針JTAG的6引腳與第四電解電容C4的正極連接，1*7排針JTAG的7引腳接地；

控制器模塊包括控制器芯片U4?MSP430F167、第八十四電容C84、第三十三電容C33、第三十四電容C34、第一晶振Y1、第二十電容C20、第三十五電容C35、第三十六電容C36、第二晶振Y2、1*6排針J18、1*6排針J17、1*5排針J11、1*6排針J19；第八十四電容C84的另一端及控制器芯片U4?MSP430F167的62引腳接地，第三十三電容C33的一端與控制器芯片U4?MSP430F167的的53引腳及第一晶振Y1的一端連接，第三十四電容C34的一端與控制器芯片U4?MSP430F167的52引腳及第一晶振Y1的另一端連接，第三十三電容C33的另一端及第三十四電容C34的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的1引腳與第二十電容C20的一端連接，第二十電容C20的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的2引腳與第十五電阻R15的一端連接，控制器芯片U4?MSP430F167的3引腳與1*6排針J17的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的4引腳與1*6排針J17的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的5引腳與1*6排針J17的5引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的6引腳與1*6排針J17的6引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的8引腳與第二晶振Y2的一端及第三十五電容C35的一端連接，第三十五電容C35的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的9引腳與第二晶振Y2的另一端及第三十六電容C36的一端連接，第三十六電容C36的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的11引腳接地，控制器芯片U4?MSP430F167的16引腳與第二十七電阻R28的另一端連接，控制器芯片U4?MSP430F167的17引腳與第二十七電阻R27的另一端連接，控制器芯片U4?MSP430F167的18引腳與1*5排針J11的5引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的29引腳與1*6排針J19的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的30引腳與1*6排針J19的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的31引腳與1*6排針J19的2引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的32引腳與1*5排針J11的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的33引腳與1*5排針J11的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的34引腳與1*6排針J18的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的35引腳與1*6排針J18的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的38引腳與1*6排針J18的2引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的39引腳與1*6排針J18的1引腳連接，1*6排針J18的6引腳、1*6排針J17的1引腳、1*5排針J11的2引腳及1*6排針J19的6引腳接地，1*6排針J18的5引腳、1*6排針J17的2引腳及1*6排針J19的5引腳與跳線帽P1的另一端連接，1*5排針J11的1引腳與第五電阻R5的另一端連接；

GPS模塊采用ATK-NEO-6M模塊，通過1*6排針J18與監測節點連接；

無線通信模塊采用CC1101模塊，通過1*5排針J11與監測節點連接；

傳感器信息采集模塊主要由多種氣體濃度傳感器及變送器組成，具體的傳感器及變送器選型如下：

硫化氫的監測選用MQ-136硫化氫傳感器，通過1*6排針J17的3引腳與控制器連接；

二硫化碳的監測選用RBK-6000型二硫化碳監測變送器，通過1*6排針J17的4引腳與控制器連接；

甲硫醇的監測選用CLE-3611-400型甲硫醇監測傳感器，通過1*6排針J17的5引腳與控制器連接；

甲醛的監測選用MS1100-P111甲醛氣體傳感器，通過1*6排針J19的4引腳與控制器連接；

苯的監測選用MQ-138氣體苯傳感器，通過1*6排針J17的6引腳與控制器連接；

網關的構成如下所述：

電源管理模塊由以LTC1474-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路及外接12V鋰電池組成；電源接口J14的1引腳與鋰電池的12V接口正極連接，電源接口J14的2引腳和3引腳接地，電源接口J6的1引腳與太陽能電池的正極接口連接，電源接口J6的2引腳和3引腳接地，電源接口J14的1引腳右端與二極管D9的正極連接，二極管D9的負極與第一百四十七電阻的一端連接，第一百四十七電阻的另一端與二極管D102的負極連接，二極管D102的正極接地，二極管D102的負極與跳線帽P1的一端連接，跳線帽P1的另一端與第一電解電容C1的正極連接，第一電解電容C1的負極接地；第四十八電阻一端與第一電解電容C1的正極連接，第四十八電阻的另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的3引腳連接，第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的3引腳與第四十九電阻R49的一端連接，第四十九電阻R49的另一端接地；第一電阻R1、第二電阻R2、第八電容C8的一端、第九電容C9的一端、第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的7引腳及第83電容C83的一端連接，第一電阻R1、第二電阻R2及第八電容C8的另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的6引腳連接，第九電容C9和第83電容的另一端接地，第三十七電阻R37的一端懸空，另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的8引腳連接，第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的8引腳與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的2引腳連接，第一電感L1的一端、第二十九電解電容C29的正極、第三十八電容C38的一端及第一百三十七電阻的一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的1引腳連接，第一電感L1的另一端與第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的5引腳連接，第六電源芯片U6?LTC1474-3.3的5引腳與第一二極管D1的負極連接，第一二極管D1的正極接地，第二十九電解電容C29的負極及第三十八電容C38的另外一端接地，第一百三十七電阻R137的另外一端、第四十二電阻R42的一端連接及第五電阻R5的一端連接，第四十二電阻R42的另一端與第十二極管D10的正極連接，第十二極管D10的負極接地，第五電阻R5的另一端、第十三電容C13的一端、第四電解電容C4的正極、第十五電容C15的一端、第十一電阻R11的一端、第九外部存儲芯片U9?FM25VN02的8引腳、第五十電阻R50的一端、第二負載電阻U2的一端、第二十七電阻R27的一端、第二十八電阻R28的一端、第二十九電阻R29的一端、第三十電阻R30的一端、第三十一電阻R31的一端、第八十四電容C84的一端、第四控制器芯片U4?MSP430F167的64引腳、第四控制器芯片U4?MSP430F167的1引腳、第七時鐘芯片U7?DS1302的1引腳、第三十九電容C39的一端及1*5排針J11的1引腳連接；以LTC1474-3.3為核心的3.3V電壓轉換電路為無線通信模塊、外部存儲模塊、時鐘模塊、傳感器信息采集模塊、GPS模塊、控制器模塊提供3.3V電壓；

外部存儲模塊包括存儲芯片U9?FM25VN02、第四十七電阻R47、第五十電阻R50及第四十五電容C45，存儲芯片U9?FM25VN02的1引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的48引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的2引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的46引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的3引腳與第四十七電阻的另外一端連接，存儲芯片U9?FM25VN02的4引腳接地，存儲芯片U9?FM25VN02的5引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的45引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的6引腳與控制器芯片U4?MSP430F167的47引腳連接，存儲芯片U9?FM25VN02的7引腳與第五十電阻R50的另一端連接，存儲芯片U9?FM25VN02的8引腳與第四十五電容C45的一端連接，第四十五電容C45的另一端接地；

時鐘模塊包括時鐘芯片U7?DS1302、第三十九電容C39、第四十電容C40、第四十一電容C41、第三晶振Y3及第一干電池BT1，時鐘芯片U7?DS1302的1引腳與第三十九電容C39的一端連接，第三十九電容C39的另一端與第四十電容C40的一端連接，第四十電容C40的另一端與時鐘芯片U7?DS1302的2引腳及第三晶振Y3的一端連接，第三晶振Y3的另一端與第四十一電容C41的一端及時鐘芯片U7?DS1302的3引腳連接，第四十一電容C41的另一端及時鐘芯片U7?DS1302的4引腳接地，時鐘芯片U7?DS1302的5引腳與控制器芯片U4的14引腳連接，時鐘芯片U7?DS1302的6引腳與控制器芯片U4的13引腳連接，時鐘芯片U7?DS1302的7引腳與控制器芯片U4的12引腳連接，時鐘芯片U7?DS1302的8引腳與第一干電池BT1的正極連接，第一干電池BT1的負極接地；

AD采樣部分電路包括第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電容C16，該部分電路用于檢測鋰電池電壓，第十四電阻R14的一端與跳線帽P1的另一端連接，第十四電阻R14的另一端與第十五電阻R15、第十六電容C16及控制器芯片U4?MSP430F167的2引腳連接，第十五電阻R15的另一端及第十六電容C16的另一端接地；

按鍵部分電路用于硬件的調試，包括第二十七電阻R27、第二十八電阻R28、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第一按鍵S1；第二按鍵S2，第二十七電阻R27的一端與第二十八電阻R28的一端連接，第二十七電阻R27的另一端與第三十四電阻R34的一端連接，第三十四電阻R34的另一端與第二按鍵S2的一端連接，第二按鍵S2的另一端接地，第二十八電阻R28的另一端與第三十三電阻R33的一端連接，第三十三電阻R33的另一端與第一按鍵S1的一端連接，第一按鍵S1的另一端接地；

LED燈部分電路用于硬件的調試，包括第二十九電阻R29、第三十電阻R30、第三十一電阻R31、第五發光二極管D5、第六發光二極管D6、第七發光二極管D7，第二十九電阻R29的另一端與第五發光二極管D5的正極連接，第五發光二極管D5的負極與控制器芯片U4?MSP430F167的59引腳連接，第三十電阻R30的另一端與第六發光二極管D6的正極連接，第六發光二極管D6的負極與控制器芯片U4?MSP430F167的60引腳連接，第三十一電阻R31的另一端與第七發光二極管D7的正極連接，第七發光二極管D7的負極與控制器芯片U4?MSP430F167的61引腳連接；

JTAG程序燒錄電路部分包括1*7排針JTAG、第十一電阻R11，第四十六電容C46，1*7排針JTAG的1引腳與控制器芯片U4的54引腳連接，1*7排針JTAG的2引腳與控制器芯片U4的55引腳連接，1*7排針JTAG的3引腳與控制器芯片U4的56引腳連接，1*7排針JTAG的4引腳與控制器芯片U4的57引腳連接，1*7排針JTAG的5引腳與控制器芯片U4的58引腳、第十一電阻R11的另一端、第五按鍵S5的一端及第四十六電容C46的一端連接，第五按鍵S5的另一端接地，第四十六電容C46的另一端接地，1*7排針JTAG的6引腳與第四電解電容C4的正極連接，1*7排針JTAG的7引腳接地；

控制器模塊包括控制器芯片U4?MSP430F167、第八十四電容C84、第三十三電容C33、第三十四電容C34、第一晶振Y1、第二十電容C20、第三十五電容C35、第三十六電容C36、第二晶振Y2、1*6排針J18、1*6排針J17、1*5排針J11、1*6排針J19；第八十四電容C84的另一端及控制器芯片U4?MSP430F167的62引腳接地，第三十三電容C33的一端與控制器芯片U4?MSP430F167的的53引腳及第一晶振Y1的一端連接，第三十四電容C34的一端與控制器芯片U4?MSP430F167的52引腳及第一晶振Y1的另一端連接，第三十三電容C33的另一端及第三十四電容C34的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的1引腳與第二十電容C20的一端連接，第二十電容C20的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的2引腳與第十五電阻R15的一端連接，控制器芯片U4?MSP430F167的3引腳與1*6排針J17的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的4引腳與1*6排針J17的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的5引腳與1*6排針J17的5引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的6引腳與1*6排針J17的6引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的8引腳與第二晶振Y2的一端及第三十五電容C35的一端連接，第三十五電容C35的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的9引腳與第二晶振Y2的另一端及第三十六電容C36的一端連接，第三十六電容C36的另一端接地，控制器芯片U4?MSP430F167的11引腳接地，控制器芯片U4?MSP430F167的16引腳與第二十七電阻R28的另一端連接，控制器芯片U4?MSP430F167的17引腳與第二十七電阻R27的另一端連接，控制器芯片U4?MSP430F167的18引腳與1*5排針J11的5引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的29引腳與1*6排針J19的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的30引腳與1*6排針J19的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的31引腳與1*6排針J19的2引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的32引腳與1*5排針J11的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的33引腳與1*5排針J11的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的34引腳與1*6排針J18的4引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的35引腳與1*6排針J18的3引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的38引腳與1*6排針J18的2引腳連接，控制器芯片U4?MSP430F167的39引腳與1*6排針J18的1引腳連接，1*6排針J18的6引腳、1*6排針J17的1引腳、1*5排針J11的2引腳及1*6排針J19的6引腳接地，1*6排針J18的5引腳、1*6排針J17的2引腳及1*6排針J19的5引腳與跳線帽P1的另一端連接，1*5排針J11的1引腳與第五電阻R5的另一端連接；

TD-LTE模塊可以通過串口與控制器進行通信，通過1*6排針J18與網關連接；

無線通信模塊采用CC1101模塊，通過1*5排針J11與網關連接。