一种多参数室内环境监测设备及方法

技术领域

本发明涉及一种多参数室内环境监测设备，属于室内环境监测领域。

背景技术

现时人类的睡眠研究越来越多，人类一般睡眠所处的卧室，需要对卧室的环境，如温度、湿度、光强及海拔等环境参数需要被收集，然后结合人体指标进行睡眠科学的研究。

目前人类卧室睡眠环境监测过程中利用各类的环境传感器，检测环境中光照强度、温度、湿度、大气压强等环境变量，为了解和评价环境提供指标。传统的环境监测仪包含多种传感器，包括温湿度传感器和光感传感器，可监测室内的温湿度指标和光感强度，但集成度不高，且各个模块会产生影响，精确度也有待提升。另外，采集卧室环境的各种初始指标也需要转化换算数据，在研究睡眠科学的过程中需要实时、直观监测各类室内环境参数。

发明内容

本发明提供一种多参数室内环境监测设备，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明的技术方案为一种多参数室内环境监测设备，其特征在于，包括：数据采集模块，所述数据采集模块包括光照强度采集部分、温度采集部分、湿度采集部分、大气压强采集部分、第一数据采集发送端口及第一数据串口接口端口，控制模块，所述控制模块包括Arduino微处理器及蓝牙模块，所述Arduino微处理器包括第一微处理发送端口、第一微处理接收端口、第二微处理发送端口及第二微处理接收端口，所述蓝牙模块包括蓝牙发送端口、蓝牙接收端口及状态指示灯，所述蓝牙发送端口与第二微处理接收端口电性连接，所述蓝牙接收端口与第二微处理发送端口电性连接，监测装置，所述监测装置包括监测显示器及与所述监测显示器及与所述监测显示器电性连接的蓝牙收发器，其中，所述第一数据采集发送端口与第一微处理接收端口电性连接，所述第一数据串口接口端口与第一微处理发送端口电性连接，所述蓝牙模块与监测装置建立通信连接。

进一步，所述Arduino微处理器包括MISO2端口及XUSB端口，所述控制模块还包括USB接口，所述USB接口的第四管脚与MISO2端口连接，所述USB接口的第三管脚与XUSB端口连接。

一种多参数室内环境监测方法，根据上述的多参数室内环境监测设备，包括以下步骤，

S100、在室内环境内放置数据采集模块，通过光照强度采集部分、温度采集部分、湿度采集部分及大气压强采集部分分别收集的初始的光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据；

S200、分别将初始的所述光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据通过串口通信线路蓝牙模块传输给Arduino微处理器，所述串口通信线路的数据格式为每帧8至13个字节，其中，将所述串口通信线路的第三位赋予第一数据标志位值，所述串口通信线路的第四位至第七位通过Arduino微处理器计算，得到用于在监测显示器显示的在光照强度数据，并且其中，将所述串口通信线路的第三位赋予第二数据标志位值，所述串口通信线路的第四位至第五位通过Arduino微处理器计算，得到用于在监测显示器显示的光照强度数据，所述串口通信线路的第六位至第九位通过Arduino微处理器计算，得到用于在监测显示器显示的大气压强数据，所述串口通信线路的第十位至第十一位通过Arduino微处理器计算，得到用于在监测显示器显示的湿度数据，所述串口通信线路的第十二位至第十三位通过Arduino微处理器计算，得到大气压强数据，所述大气压强数据再通过Arduino微处理器换算对应用于在监测显示器显示的海拔数据；

S300、用于在监测显示器显示的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及海拔数据通过蓝牙模块传送到蓝牙收发器，在监测显示器的网页上显示对应的数据；

S400、在智能家居云平台接多参数室内环境监测装置对应的联网方式、协议信息，并添加多参数室内环境监测装置的产品身份及鉴权信息。

进一步，还包括以下步骤：

S500、在处理器中设置光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据的阈值，判断测量的用于在监测显示器显示的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据是否超过阈值；

S600、智能家居云平台接入多个照明设备、空调、加湿器及抽机器，当于在监测显示器显示的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据超过阈值时，智能家居云平台发送启动信号到照明设备、空调、加湿器及抽机器工作，直到收集的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据低于阈值。

进一步，所述光照强度采集部分的测量范围在0.045lux至188000lux，所述温度采集部分的测量范围在-40℃至85℃，所述湿度采集部分的测量范围在0％至100％，所述大气压强采集部分的测量范围在300至1100hpa。

进一步，所述步骤S200还包括：

S210、将初始的所述光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据间隔0.02s通过串口通信线路蓝牙模块传输给Arduino微处理器。

进一步，所述步骤S200还包括：

S220、设置所述蓝牙模块为从机模式，所述蓝牙模块的波特率值为9600bps。

进一步，所述步骤S300还包括：

S310、设置监测显示器连接蓝牙模块的虚拟串口适配器，所述虚拟串口适配器内置蓝牙4.0BLE串口模块，所述安装驱动、配置环境及设置模式，使监测显示器对应的主机与蓝牙模块相连接。

进一步，所述步骤S300还包括：

S320、所述蓝牙模块的虚拟串口适配器设置为主机模式，与所述监测显示器对应的主机配对后的状态指示灯状态为蓝色长亮，当数据传输时，状态指示灯状态为黄色闪烁。

进一步，所述步骤S300还包括：

S330、搭建网站，在网站中输入历史时期的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据，通过输出对应一段历史数据的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据的曲线变化图。

本发明的有益效果为：

1、上述的数据采集模块，为Arduino微处理器收集上述光照强度、温度、湿度及大气压强的数据，统一处理，直接输出计算后的结果，与单个传感器模块相比有着更高的准确率。

2、使用上述的方法收集光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据，能够在串口数据通道上在特定的标志位上显示特定指标的数据时，相应的位数显示对应指标的数据，该集成数据采集模块相对单独多个环境参数的多个对应的传感器配置独立的数据传输通道，更加节约空间，仅需一对数据通道，即可完整多个环境参数数据的传输。

3、在数据呈现时使用图表的形式将数据通过监测显示器进行了可视化，同时可以实时更新，从而实现实时监测。

4、在环境数据传送过程中使用蓝牙协议，提高了数据的传输速率。

5、上述的多参数室内环境监测设备具体应用在卧式睡眠的研究中，若卧室环境的变化，则可以通过云平台控制对应的设备改变对应的环境参数，进一步研究卧室环境的变化如何影响人类的睡眠研究。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电路图。

图2是根据本发明实施例的稳压模块的细节示意图。

图3是根据本发明实施例的细节示意图。

图4是根据本发明实施例的多参数室内环境监测设备的总体示意图。

图5是根据本发明实施例的监测设备的串口监视数据图。

图6是根据本发明实施例的监测设备软件运行图。

图7是根据本发明实施例的监测设备网页运行图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、顶、底等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

参照图1至图5，在一些实施例中，本发明公开了一种多参数室内环境监测设备。

参照图1结合图3的数据采集模块100，所述数据采集模块100包括光照强度采集部分110、温度采集部分120、湿度采集部分130、大气压强采集部分140、第一数据采集发送端口DR及第一数据串口接口端口CT。参照图1的实施例，所述数据采集模块100的型号为GY-39，其中，GY-39模块经过集成、调试、标定校准，在数据采集方面具有良好的一致性以及极高的灵敏度。

参照图1结合图3的控制模块200，所述控制模块200包括Arduino微处理器210及蓝牙模块220。所述Arduino微处理器210包括第一微处理发送端口TX1、第一微处理接收端口RX1、第二微处理发送端口TX2及第二微处理接收端口RX2，所述蓝牙模块220包括蓝牙发送端口TXD、蓝牙接收端口RXD及状态指示灯，所述蓝牙发送端口TXD与第二微处理接收端口RX2电性连接，所述蓝牙接收端口RXD与第二微处理发送端口TX2电性连接。

参照图3的监测装置300，所述监测装置300包括监测显示器310及与所述监测显示器310及与所述监测显示器310电性连接的蓝牙收发器311。

参照图1所示，上述模块的连接关系如下：所述第一数据采集发送端口DR与第一微处理接收端口RX1电性连接，所述第一数据串口接口端口CT与第一微处理发送端口TX1电性连接，所述蓝牙模块220与监测装置300建立通信连接。所述蓝牙模块220内置有蓝牙4.0BLE串口模块。

上述的数据采集模块，为Arduino微处理器收集上述光照强度L、温度T、湿度H及大气压强P的数据，统一处理，直接输出计算后的结果，与单个传感器模块相比有着更高的准确率。

继续参照图1，所述Arduino微处理器210包括MISO2端口及XUSB端口，所述控制模块200还包括USB接口230，所述USB接口230的第四管脚与MISO2端口连接，所述USB接口230的第三管脚与XUSB端口连接。

PC端可以通过数据线连接USB接口230烧录程序到基于Arduino微处理器的开发板并进行调试，直到在监测装置中可以看到上述的数据。

具体地，图2的实施例还包括稳压模块400，所述稳压模块400包括第一正压低压稳压器U1及第二正压低压稳压器U2。所述第一正压低压稳压器U1的输入端与电源连接，所述第一正压低压稳压器U1的输出端与第二正压低压稳压器U2的输入端电性连接。该稳压电路连续两级，提供3.3V及5V电压，供给电路的各个部分。

继续参照图2，所述第一电容组410包括并联的第二电容C2及第三电容C3，所述第二电容组420包括并联的第四电容C4及第五电容C5，所述第三电容组430包括并联的第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8及第一电容C1。所述Arduino微处理器210的VDD端口与第二正压低压稳压器U2的输出端电性连接，所述Arduino微处理器210的VCC端口与第一正向低压稳压器的输出端电性连接。还包括电源指示灯LED1及与所述电源指示灯LED1串联的第二电阻R2，所述第一电容C1的两端还并联电源指示灯LED1的一端及第二电阻R2的一端。稳压电源设置有指示灯，不同颜色指示不同状态的电源状况。

参照图4，多参数室内环境监测方法，根据上述的多参数室内环境监测设备，其特征在于以下步骤，

S100、在室内环境内放置数据采集模块100，通过光照强度采集部分110、温度采集部分120、湿度采集部分130及大气压强采集部分140分别收集的初始的光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据；

S200、分别将初始的所述光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据通过串口通信线路蓝牙模块220传输给Arduino微处理器210，所述串口通信线路的数据格式为每帧8至13个字节，

其中，将所述串口通信线路的第三位赋予第一数据标志位值，所述串口通信线路的第四位至第七位通过Arduino微处理器210计算，得到用于在监测显示器310显示的在光照强度数据，

并且其中，将所述串口通信线路的第三位赋予第二数据标志位值，所述串口通信线路的第四位至第五位通过Arduino微处理器210计算，得到用于在监测显示器310显示的光照强度数据，所述串口通信线路的第六位至第九位通过Arduino微处理器210计算，得到用于在监测显示器310显示的大气压强数据，所述串口通信线路的第十位至第十一位通过Arduino微处理器210计算，得到用于在监测显示器310显示的湿度数据，所述串口通信线路的第十二位至第十三位通过Arduino微处理器210计算，得到大气压强数据，所述大气压强数据再通过Arduino微处理器210换算对应用于在监测显示器310显示的海拔数据；

S300、用于在监测显示器310显示的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及海拔数据通过蓝牙模块220传送到蓝牙收发器311，在监测显示器310的网页上显示对应的数据；

S400、在智能家居云平台接入多参数室内环境监测装置300对应的联网方式、协议信息，并添加多参数室内环境监测装置300的产品身份及鉴权信息。

使用上述的方法收集光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据，能够在串口数据通道上在特定的标志位上显示特定指标的数据时，相应的位数显示对应指标的数据，如串口通信线路的第三位赋予0x15的数据标志位值，串口通信线路的第四位至第五位通过Arduino微处理器计算，得到用于在监测显示器显示的光照强度数据的值为1200lux，该集成数据采集模块相对单独多个环境参数的多个对应的传感器配置独立的数据传输通道，更加节约空间，仅需一对数据通道，即可完整多个环境参数数据的传输。

在数据呈现时使用图表的形式将数据通过监测显示器进行了可视化，同时可以实时更新，从而实现实时监测。

参照图1该方法还包括以下步骤：

S500、在处理器中设置光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据的阈值，判断测量的用于在监测显示器310显示的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据是否超过阈值；

S600、智能家居云平台接入多个照明设备、空调、加湿器及抽机器，当于在监测显示器310显示的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据超过阈值时，智能家居云平台发送启动信号到照明设备、空调、加湿器及抽机器工作，直到收集的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据低于阈值。

上述的多参数室内环境监测设备具体应用在卧式睡眠的研究中，若卧室环境的变化，则可以通过云平台控制对应的设备改变对应的环境参数，进一步研究卧室环境的变化如何影响人类的睡眠研究。

具体地，所述光照强度采集部分110的测量范围在0.045lux至188000lux，所述温度采集部分120的测量范围在-40℃至85℃，所述湿度采集部分130的测量范围在0％至100％，所述大气压强采集部分140的测量范围在300至1100hpa。

步骤S200还包括以下步骤：

S210、将初始的所述光照强度数据、温度数据、湿度数据及大气压强数据间隔0.02s通过串口通信线路蓝牙模块220传输给Arduino微处理器210。

S220、设置所述蓝牙模块220为从机模式，所述蓝牙模块220的波特率值为9600bps。

步骤S300还包括以下步骤：

S310、设置监测显示器310连接蓝牙模块220的虚拟串口适配器，所述虚拟串口适配器内置蓝牙4.0BLE串口模块，所述安装驱动、配置环境及设置模式，使监测显示器310对应的主机与蓝牙模块220相连接。

S320、所述蓝牙模块220的虚拟串口适配器设置为主机模式，与所述监测显示器310对应的主机配对后的状态指示灯状态为蓝色长亮，当数据传输时，状态指示灯状态为黄色闪烁。

参照图7，S330、搭建网站，在网站中输入历史时期的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据，通过输出对应一段历史数据的光照强度数据、大气压强数据、湿度数据及大气压强数据的曲线变化图。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开保护的范围之内。都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。