一种基于物联网的室外空气监测系统及室外空气监测方法技术方案

本发明专利技术适用于计算机及网络技术领域，提供了一种基于物联网的室外空气监测系统及室外空气监测方法，系统包括多个空气监测仪和基站，空气监测仪向基站上报汇总数据包；基站在汇总数据包中，提取空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时间戳，采用空气监测仪稳定系数生成模型、空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量以及接收信号强度，生成空气监测仪当前的稳定系数，当前的稳定系数小于预设阈值，识别空气监测仪为不稳定空气监测仪，向不稳定空气监测仪发送位置坐标获取请求，接收返回的位置坐标，向预设终端发送通知消息，通知消息包括位置坐标以及空气监测仪编号。本发明专利技术能提高空气监测系统中不稳定空气监测仪的修复效率。

An outdoor air monitoring system based on Internet of things and outdoor air monitoring method

The invention is applicable to the field of computer and network technology, and provides an outdoor air monitoring system and outdoor air monitoring method based on the Internet of Things. The system comprises a plurality of air monitors and base stations, and the air monitors report the summary data packets to the base station; the base station extracts the number and data of the air monitors in the summary data packets. Packet forwarding rate, residual energy, received signal strength and time stamp are used to generate the current stability coefficient of the air monitor. The current stability coefficient is less than the preset threshold and the air is identified by using the stability coefficient generation model of the air monitor, the number of the air monitor, the packet forwarding rate, residual energy and the received signal strength. The monitor is an unstable air monitor. It sends a position coordinate acquisition request to the unstable air monitor, receives the returned position coordinate, and sends a notification message to the preset terminal. The notification message includes the position coordinate and the air monitor number. The invention can improve the repair efficiency of the unstable air monitor in the air monitoring system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的室外空气监测系统及室外空气监测方法
本专利技术属于计算机及网络
，尤其涉及一种基于物联网的室外空气监测系统及室外空气监测方法。
技术介绍
室外空气监测指对存在于空气中的污染物质进行定点、连续或定时的采样和测量。室外空气检测的目的是为了及时、准确、全面地反映室外空气质量现状及发展趋势，并为室外空气管理、污染源控制、室外空气规划、室外空气评价提供科学依据。然而，现有的室外空气监测系统，难以识别不稳定空气监测仪，不利于提高不稳定空气监测仪的修复效率。其原因在于，空气监测仪放置在室外，室外经常太阳暴晒、刮风下雨，由于空气监测仪长期处于高温高湿环境中，外部的天线和内部的电池都会受影响，天线容易失效，剩余能量消耗特别快，剩余能量不足或天线失效时，空气监测仪会处于不稳定状态，而处于不稳定状态的空气监测仪，采集的空气监测数据误差很大，除此之外，处于不稳定状态的空气监测仪，经常转发不了其它空气监测仪发送的空气监测数据，这种情况下，既不利于提高空气监测数据传输的稳定性，也无法满足室外空气监测系统的监测要求，因此，不稳定空气监测仪需要及时修复，而现有的室外空气监测系统一般都是派人定期检测空气监测仪，而空气监测仪的数量众多，分布不均，人工排查时间长，难以快速定位到不稳定空气监测仪的具体位置，这样，发现不稳定空气监测仪就需要较长的时间，使得修复周期过长，不利于提高不稳定空气监测仪的修复效率。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于物联网的室外空气监测系统，旨在解决现有的室外空气监测系统，难以识别不稳定空气监测仪，不利于提高不稳定空气监测仪的修复效率的问题。本专利技术实施例的第一方面，提供了一种基于物联网的室外空气监测系统，包括基站和多个用于室外空气监测的空气监测仪，所述空气监测仪包括微控制器、定位器、外部信号唤醒电路、用于检测空气中甲醛气体的甲醛传感器、用于检测空气中二氧化碳的二氧化碳传感器、用于检测空气中温度和湿度的温湿度传感器、用于检测空气中细颗粒物的PM2.5传感器、用于检测空气中挥发性有机物的VOC传感器、用于检测空气中粉尘的粉尘传感器、窄带物联网NB-IoT模块和电源电路，所述电源电路中的电池为整个空气监测仪供电，所述定位器、所述外部信号唤醒电路、所述NB-IoT模块、所述甲醛传感器、所述二氧化碳传感器、所述二氧化氮传感器、所述温湿度传感器、所述PM2.5传感器、所述VOC传感器和所述粉尘传感器分别与微控制器相连；所述基站包括物联网芯片、射频天线、射频信号处理电路、4G天线、4G基带电路、CPU、NandFlash、电源管理电路和电源，所述4G天线与所述4G基带电路相连接，所述射频天线与所述射频信号处理电路相连接，所述物联网芯片、所述射频信号处理电路、所述4G基带电路、所述NandFlash与CPU相连接，所述电源与电源管理电路相连接；所述基站给所述空气监测仪发送汇总数据包获取请求，所述汇总数据包获取请求通过单跳或多跳的路由方式到达所述空气监测仪；所述空气监测仪接收所述汇总数据包获取请求后，向所述基站上报汇总数据包，所述汇总数据包包含自身的空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度指的是接收到基站信号的强度，所述时间戳就是产生所述汇总数据包的时刻；所述基站接收所述空气监测仪上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时间戳，获取当前时间，获取所述时间戳和当前时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设时间差值范围内，倘若所述时间差值处于预设时间差值范围内，则采用预设的空气监测仪稳定系数生成模型、所述空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量以及接收信号强度，生成所述空气监测仪当前的稳定系数，判断所述空气监测仪当前的稳定系数是否小于预设阈值，如果所述空气监测仪当前的稳定系数小于预设阈值，就识别所述空气监测仪为不稳定空气监测仪，向所述不稳定空气监测仪发送位置坐标获取请求，接收所述不稳定空气监测仪返回的位置坐标，向预设终端发送通知消息，所述通知消息包括所述位置坐标以及所述不稳定空气监测仪自身的空气监测仪编号，以使所述预设终端接收并显示所述通知消息，如果所述空气监测仪当前的稳定系数不小于预设阈值，就识别所述空气监测仪为稳定空气监测仪，向所述稳定空气监测仪发送空气监测数据获取请求；所述稳定空气监测仪接收到空气监测数据获取请求后，将采集到的空气监测数据以及自身的空气监测仪编号打包，生成物联网数据包，将所述物联网数据包发送至所述基站；所述基站接收所述稳定空气监测仪发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取所述空气监测数据；其中，所述空气监测仪稳定系数生成模型，具体为：其中，Ci表示空气监测仪i当前的稳定系数，N表示空气监测仪的数量，i表示自身的空气监测仪编号，Ti表示空气监测仪i的数据包转发率，表示N个空气监测仪的数据包转发率之和，表示N个空气监测仪的数据包转发率均值，表示空气监测仪i的数据包转发率的相对偏差，用于描述空气监测仪i的数据包转发率对于数据包转发率均值的偏离程度，Ei表示空气监测仪i的剩余能量，表示N个空气监测仪的剩余能量之和，表示N个空气监测仪的剩余能量均值，表示空气监测仪i的剩余能量的相对偏差，用于描述空气监测仪i的剩余能量对于剩余能量均值的偏离程度，Ri表示空气监测仪i的接收信号强度，表示N个空气监测仪的接收信号强度之和，表示N个空气监测仪的接收信号强度均值，表示空气监测仪i的接收信号强度的相对偏差，用于描述空气监测仪i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度。进一步地，在上述基于物联网的室外空气监测系统中，所述稳定空气监测仪接收到空气监测数据获取请求后，将采集到的空气监测数据以及自身的空气监测仪编号打包，生成物联网数据包，将所述物联网数据包发送至所述基站，具体为：所述稳定空气监测仪接收到空气监测数据获取请求后，采用所述甲醛传感器检测空气中的甲醛气体，生成自身监测范围内的甲醛数据，并将所述甲醛数据传送给所述微控制器；采用所述二氧化碳传感器检测空气中的二氧化碳气体，生成自身监测范围内的二氧化碳数据，并将所述二氧化碳数据传送给所述微控制器；采用所述温湿度传感器检测空气中的温度和湿度，生成自身监测范围内的温湿度数据，并将所述温湿度数据传送给所述微控制器；采用所述PM2.5传感器检测空气中的细颗粒物，生成自身监测范围内的PM2.5数据，并将所述PM2.5数据传送给所述微控制器；采用所述VOC传感器检测空气中的挥发性有机物，生成自身监测范围内的VOC数据，并将所述VOC数据传送给所述微控制器；采用所述粉尘传感器检测空气中的粉尘，生成自身监测范围内的粉尘数据，并将所述粉尘数据传送给所述微控制器；所述微控制器将接收到的所述甲醛数据、所述二氧化碳数据、所述温湿度数据、所述PM2.5数据、所述VOC数据、所述粉尘数据以及自身的空气监测仪编号打包，生成物联网数据包，将所述物联网数据包发送至所述基站。进一步地，在上述基于物联网的室外空气监测系统中，所述空气监测仪接收所述汇总数据包获取请求后，向所述基站上报汇总数据包，所述汇总数据包包含自身的空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的室外空气监测系统，其特征在于，包括基站和多个用于室外空气监测的空气监测仪，所述空气监测仪包括微控制器、定位器、外部信号唤醒电路、用于检测空气中甲醛气体的甲醛传感器、用于检测空气中二氧化碳的二氧化碳传感器、用于检测空气中温度和湿度的温湿度传感器、用于检测空气中细颗粒物的PM2.5传感器、用于检测空气中挥发性有机物的VOC传感器、用于检测空气中粉尘的粉尘传感器、窄带物联网NB‑IoT模块和电源电路，所述电源电路中的电池为整个空气监测仪供电，所述定位器、所述外部信号唤醒电路、所述NB‑IoT模块、所述甲醛传感器、所述二氧化碳传感器、所述二氧化氮传感器、所述温湿度传感器、所述PM2.5传感器、所述VOC传感器和所述粉尘传感器分别与微控制器相连；所述基站包括物联网芯片、射频天线、射频信号处理电路、4G天线、4G基带电路、CPU、NandFlash、电源管理电路和电源，所述4G天线与所述4G基带电路相连接，所述射频天线与所述射频信号处理电路相连接，所述物联网芯片、所述射频信号处理电路、所述4G基带电路、所述NandFlash与CPU相连接，所述电源与电源管理电路相连接；所述基站给所述空气监测仪发送汇总数据包获取请求，所述汇总数据包获取请求通过单跳或多跳的路由方式到达所述空气监测仪；所述空气监测仪接收所述汇总数据包获取请求后，向所述基站上报汇总数据包，所述汇总数据包包含自身的空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度指的是接收到基站信号的强度，所述时间戳就是产生所述汇总数据包的时刻；所述基站接收所述空气监测仪上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时间戳，获取当前时间，获取所述时间戳和当前时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设时间差值范围内，倘若所述时间差值处于预设时间差值范围内，则采用预设的空气监测仪稳定系数生成模型、所述空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量以及接收信号强度，生成所述空气监测仪当前的稳定系数，判断所述空气监测仪当前的稳定系数是否小于预设阈值，如果所述空气监测仪当前的稳定系数小于预设阈值，就识别所述空气监测仪为不稳定空气监测仪，向所述不稳定空气监测仪发送位置坐标获取请求，接收所述不稳定空气监测仪返回的位置坐标，向预设终端发送通知消息，所述通知消息包括所述位置坐标以及所述不稳定空气监测仪自身的空气监测仪编号，以使所述预设终端接收并显示所述通知消息，如果所述空气监测仪当前的稳定系数不小于预设阈值，就识别所述空气监测仪为稳定空气监测仪，向所述稳定空气监测仪发送空气监测数据获取请求；所述稳定空气监测仪接收到空气监测数据获取请求后，将采集到的空气监测数据以及自身的空气监测仪编号打包，生成物联网数据包，将所述物联网数据包发送至所述基站；所述基站接收所述稳定空气监测仪发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取所述空气监测数据；其中，所述空气监测仪稳定系数生成模型，具体为：...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的室外空气监测系统，其特征在于，包括基站和多个用于室外空气监测的空气监测仪，所述空气监测仪包括微控制器、定位器、外部信号唤醒电路、用于检测空气中甲醛气体的甲醛传感器、用于检测空气中二氧化碳的二氧化碳传感器、用于检测空气中温度和湿度的温湿度传感器、用于检测空气中细颗粒物的PM2.5传感器、用于检测空气中挥发性有机物的VOC传感器、用于检测空气中粉尘的粉尘传感器、窄带物联网NB-IoT模块和电源电路，所述电源电路中的电池为整个空气监测仪供电，所述定位器、所述外部信号唤醒电路、所述NB-IoT模块、所述甲醛传感器、所述二氧化碳传感器、所述二氧化氮传感器、所述温湿度传感器、所述PM2.5传感器、所述VOC传感器和所述粉尘传感器分别与微控制器相连；所述基站包括物联网芯片、射频天线、射频信号处理电路、4G天线、4G基带电路、CPU、NandFlash、电源管理电路和电源，所述4G天线与所述4G基带电路相连接，所述射频天线与所述射频信号处理电路相连接，所述物联网芯片、所述射频信号处理电路、所述4G基带电路、所述NandFlash与CPU相连接，所述电源与电源管理电路相连接；所述基站给所述空气监测仪发送汇总数据包获取请求，所述汇总数据包获取请求通过单跳或多跳的路由方式到达所述空气监测仪；所述空气监测仪接收所述汇总数据包获取请求后，向所述基站上报汇总数据包，所述汇总数据包包含自身的空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时间戳，所述接收信号强度指的是接收到基站信号的强度，所述时间戳就是产生所述汇总数据包的时刻；所述基站接收所述空气监测仪上报的所述汇总数据包，在所述汇总数据包中，提取所述空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量、接收信号强度以及时间戳，获取当前时间，获取所述时间戳和当前时间之间的时间差值，判断所述时间差值是否处于预设时间差值范围内，倘若所述时间差值处于预设时间差值范围内，则采用预设的空气监测仪稳定系数生成模型、所述空气监测仪编号、数据包转发率、剩余能量以及接收信号强度，生成所述空气监测仪当前的稳定系数，判断所述空气监测仪当前的稳定系数是否小于预设阈值，如果所述空气监测仪当前的稳定系数小于预设阈值，就识别所述空气监测仪为不稳定空气监测仪，向所述不稳定空气监测仪发送位置坐标获取请求，接收所述不稳定空气监测仪返回的位置坐标，向预设终端发送通知消息，所述通知消息包括所述位置坐标以及所述不稳定空气监测仪自身的空气监测仪编号，以使所述预设终端接收并显示所述通知消息，如果所述空气监测仪当前的稳定系数不小于预设阈值，就识别所述空气监测仪为稳定空气监测仪，向所述稳定空气监测仪发送空气监测数据获取请求；所述稳定空气监测仪接收到空气监测数据获取请求后，将采集到的空气监测数据以及自身的空气监测仪编号打包，生成物联网数据包，将所述物联网数据包发送至所述基站；所述基站接收所述稳定空气监测仪发送的物联网数据包，在所述物联网数据包中提取所述空气监测数据；其中，所述空气监测仪稳定系数生成模型，具体为：其中，Ci表示空气监测仪i当前的稳定系数，N表示空气监测仪的数量，i表示自身的空气监测仪编号，Ti表示空气监测仪i的数据包转发率，表示N个空气监测仪的数据包转发率之和，表示N个空气监测仪的数据包转发率均值，表示空气监测仪i的数据包转发率的相对偏差，用于描述空气监测仪i的数据包转发率对于数据包转发率均值的偏离程度，Ei表示空气监测仪i的剩余能量，表示N个空气监测仪的剩余能量之和，Ei表示N个空气监测仪的剩余能量均值，表示空气监测仪i的剩余能量的相对偏差，用于描述空气监测仪i的剩余能量对于剩余能量均值的偏离程度，Ri表示空气监测仪i的接收信号强度，表示N个空气监测仪的接收信号强度之和，表示N个空气监测仪的接收信号强度均值，表示空气监测仪i的接收信号强度的相对偏差，用于描述空气监测仪i的接收信号强度对于接收信号强度均值的偏离程度。2.如权利要求1所述的基于物联网的室外空气监测系统，其特征在于，所述稳定空气监测仪接收到空气监测数据获取请求后，将采集到的空气监测数据以及自身的空气监测仪编号打包，生成物联网数据包，将所述物联网数据包发送至所述基站，具体为：所述稳定空气监测仪接收到空气监测数据获取请求后，采用所述甲醛传感器检测空气中的甲醛气体，生成自身监测范围内的甲醛数据，并将所述甲醛数据传送给所述微控制器；采用所述二氧化碳传感器检测空气中的二氧化碳气体，生成自身监测范围内的二氧化碳数据，并将所述二氧化碳数据传送给所述微控制器；采用所述温湿度传感器检测空气中的温度和湿度，生成自身监测范围内的温湿度数据，并将所述温湿度数据传送给所述微控制器；采用所述PM2.5传感器检测空气中的细颗粒物，生成自身监测范围内的PM2.5数据，并将所述PM2.5数据传送给所述微控制器；采用所述VOC传感器检测空气中的挥发性有机物，生成自身监测范围内的VOC数据，并将所述VOC数据传送给所述微控制器；采用所述粉尘传感器检测空气中的粉尘，生成自身监测范围内的粉尘数据，并将所述粉尘数据传送给所述微控制器；所述微控制器将接收到的所述甲醛数据、所述二氧化碳数据、所述温湿度数据、所述PM2.5数据、所述VOC数...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：何世容，
类型：发明
国别省市：广东,44