一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器的製作方法
2024-01-24 10:19:15
本發明涉及本發明涉及數據採集存儲通訊裝置，也即是採集空氣中的PM2.5含量，再通過通訊協議傳輸數據的智能設備，尤其涉及一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器，屬於信息領域。
背景技術：
現在的PM2.5採集器主要是專業的氣象監測設備，一般是通過傳感器直接採集數據並顯示出來，這種設備成本高，功耗也相對稍大，對於住所等使用場地有一定的局限性。另外，PM2.5外殼封裝要求既要防水又要留孔通風，現有的PM2.5檢測器通風口徑大，在野外工作會有蚊蟲進入築巢，長時間會大大影響實際PM2.5測量值的準確性。本設計將採集到的PM2.5數據處理存儲，再通過協議幀命令來讀取數據，降低了隨時發數據的額外功耗；外殼封裝採用防蟲設計，加強了數據真實性。另外採集器的核心CPU使用的是STC單片機，降低了成本。採集器主要用於監測住所、農田、果園等小範圍區域的pm2.5含量，方便實用。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器，通過一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器解決傳統的PM2.5採集器主要是通過傳感器直接採集數據並顯示出來，這種設備成本高，功耗也相對稍大，對於住所等使用場地有一定的局限性，另外，PM2.5外殼封裝要求既要防水又要留孔通風，現有的PM2.5檢測器通風口徑大，在野外工作會有蚊蟲進入築巢，長時間會大大影響實際PM2.5測量值的準確性的問題。
本發明的提供的技術方案為：一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器，包括核心微處理器STC單片機、PM2.5傳感器、電源模塊和MAX485接口晶片，所述的核心微處理器STC單片機電源接口和電源模塊連接；所述的電源模塊和太陽能電源連接；所述的PM2.5傳感器以及MAX485接口晶片分別和核心微處理器STC單片機UART接口連接，所述的MAX485接口晶片通過485總線和上位機485接口連接；所述的PM2.5傳感器、電源模塊、MAX485接口晶片和核心微處理器STC單片機均安裝在電氣控制櫃內。
所述的太陽能電源輸出電壓為12VDC。
所述的電源模塊為輸出5VDC的電源模塊，電源模塊採用肖特基二極體保護。
所述的PM2.5傳感器為雷射PM2.5傳感器，PM2.5傳感器供電電源為5VDC，PM2.5傳感器外圍有一個金屬網格罩。
所述的核心微處理器STC單片機有三個UART接口。
所述的電氣控制櫃為不鏽鋼材質，電氣控制櫃外圍有一個金屬網格罩。
所述的485總線通信線間串聯有兩個自恢復保險絲。
所述的上位機為PC機或氣象採集設備。
所述的金屬網格罩網格大小為0.1～0.3mm。
採用本發明的技術方案，採用一種採集精度高，傳輸速率快、通訊高效、低功耗低成本的集數據採集、存儲、處理、傳輸為一體的環境PM2.5含量採集器。PM2.5檢測器主要應用於外環境，降低資源消耗，高效的通訊協議可以滿足低功耗要求，通過RS485通信接口的PM2.5採集器採集數據可直接輸入到核心微處理器STC單片機，核心微處理器STC單片機經過數據處理以後即可通過MAX485晶片接口輸入上位機進行數據監視，將核心元器件安裝在電氣櫃內，可以增加元器件的使用壽命。
本發明的太陽能電源輸出電壓為12VDC，採用太陽能作系統電源，可以就地實現系統的取電問題，相比於偏僻地區需要鋪設大量電纜及施工，節約了大量的成本。
本發明的電源模塊為輸出5VDC的電源模塊，電源模塊採用肖特基二極體保護，通過將太陽能電源的12VDC轉換為5VDC，即可實現系統的所有部件的供電，在電源模塊處使用肖特基二極體來保護電路，利用其開關速度快，反向恢復時間短切正向降壓小的特點來整合電路電流，達到保護目的。。
所述的PM2.5傳感器為雷射PM2.5傳感器，PM2.5傳感器供電電源為5VDC，PM2.5傳感器外圍有一個金屬網格罩，採用雷射傳感器抗幹擾能力強，使用壽命長，測量精度高，使用5VDC電源供電，能耗低，PM2.5傳感器外圍安裝一個金屬網格罩，可以防止蚊蟲進入而影響測量數據的真實性。
本發明的核心微處理器STC單片機有三個UART接口，UART接口與傳感器以及上位機相連，其之間的數據通訊是通過RS485協議進行的，傳輸速率更高，傳輸距離更遠，安全性也更高，同時傳輸的數據幀都加上CRC校驗碼，數據可靠性更高。
本發明的電氣控制櫃為不鏽鋼材質，電氣控制櫃外圍有一個金屬網格罩，不鏽鋼材質可以適用於現場的幾乎所有環境，使用壽命長，增加了可靠性，外金屬網格罩防蚊蟲進入通氣孔，在長時間工作情況下大大提高了數據的真實性。
本發明的485總線通信線間串聯有兩個自恢復保險絲，在RS485總線通信間串聯有兩個自恢復保險絲Nsmd025，用於保護電路在大電流下最大程度不受傷害，同時並聯有兩個瞬態抑制二極體P6KE6.8CA，用於信號電路、電源線路的防雷保護。
本發明的上位機為PC機或氣象採集設備，PC機或氣象採集設備可實現對系統採集數據的實時監控，直觀。
本發明的金屬網格罩網格大小為0.1～0.3mm，能夠有效防止蚊蟲的進入。
與現有技術相比，本新型的有益效果是：
一是本方案中UART接口通過MAX485與上位機相連，其之間的數據通訊是通過RS485協議進行的，傳輸速率更高，傳輸距離更遠，安全性也更高，同時傳輸的數據幀都加上CRC校驗碼，數據可靠性更高。
二是本裝置電路設計加入了防雷裝置和防大電流保險絲，對核心控制器和傳感器有更安全的保護作用。數據傳輸介質採用防水的可拆卸接頭，更換更加方便節省。
三是本裝置可以按需設置工作時間和休眠時間，提高工作效率，降低資源消耗。和上位機之間的通訊是設計好的協議幀模式，可通過上位機操控維護，方面高效，降低了硬體成本和維護成本。
最後本裝置設計了防蚊蟲進入通氣孔，在長時間工作情況下大大提高了數據的真實性。
綜上所述，通過一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器可以解決傳統的PM2.5採集器主要是通過傳感器直接採集數據並顯示出來，這種設備成本高，功耗也相對稍大，對於住所等使用場地有一定的局限性，另外，PM2.5外殼封裝要求既要防水又要留孔通風，現有的PM2.5檢測器通風口徑大，在野外工作會有蚊蟲進入築巢，長時間會大大影響實際PM2.5測量值的準確性的問題。
附圖說明
圖1為本發明PM2.5檢測器整體框架圖；
圖2為本發明PM2.5檢測器的工作原理和數據傳輸原理圖；
圖3 為本發明PM2.5檢測器的金屬網格罩局部圖。
具體實施方式
下面結合附圖及具體的實施例對發明進行進一步介紹：
如圖1～3所示，一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器，包括核心微處理器STC單片機、PM2.5傳感器、電源模塊和MAX485接口晶片，核心微處理器STC單片機電源接口和電源模塊連接；電源模塊和太陽能電源連接； PM2.5傳感器以及MAX485接口晶片分別和核心微處理器STC單片機UART接口連接， MAX485接口晶片通過485總線和上位機485接口連接； PM2.5傳感器、電源模塊、MAX485接口晶片和核心微處理器STC單片機均安裝在電氣控制櫃內。
進一步的太陽能電源輸出電壓為12VDC，採用太陽能作系統電源，可以就地實現系統的取電問題，相比於偏僻地區需要鋪設大量電纜及施工，節約了大量的成本。
進一步的電源模塊為輸出5VDC的電源模塊，電源模塊採用肖特基二極體保護，通過將太陽能電源的12VDC轉換為5VDC，即可實現系統的所有部件的供電，在電源模塊處使用肖特基二極體來保護電路，利用其開關速度快，反向恢復時間短切正向降壓小的特點來整合電路電流，達到保護目的。
進一步的PM2.5傳感器為雷射PM2.5傳感器，PM2.5傳感器供電電源為5VDC，PM2.5傳感器外圍有一個金屬網格罩，採用雷射傳感器抗幹擾能力強，使用壽命長，測量精度高，使用5VDC電源供電，能耗低，PM2.5傳感器外圍安裝一個金屬網格罩，可以防止蚊蟲進入而影響測量數據的真實性。
進一步的核心微處理器STC單片機有三個UART接口，UART接口與傳感器以及上位機相連，其之間的數據通訊是通過RS485協議進行的，傳輸速率更高，傳輸距離更遠，安全性也更高，同時傳輸的數據幀都加上CRC校驗碼，數據可靠性更高。
進一步的電氣控制櫃為不鏽鋼材質，電氣控制櫃外圍有一個金屬網格罩，不鏽鋼材質可以適用於現場的幾乎所有環境，使用壽命長，增加了可靠性，。
進一步的485總線通信線間串聯有兩個自恢復保險絲，在RS485總線通信間串聯有兩個自恢復保險絲Nsmd025，用於保護電路在大電流下最大程度不受傷害，同時並聯有兩個瞬態抑制二極體P6KE6.8CA，用於信號電路、電源線路的防雷保護。
進一步的上位機為PC機或氣象採集設備，PC機或氣象採集設備可實現對系統採集數據的實時監控，直觀。
進一步的金屬網格罩網格大小為0.1～0.3mm，能夠有效防止蚊蟲的進入，金屬網格罩可防蚊蟲進入通氣孔，在長時間工作情況下大大提高了數據的真實性。
按照本發明的實際方案，將PM2.5傳感器、電源模塊、MAX485接口晶片和核心微處理器STC單片機均按照電氣設備安裝規範安裝在電氣控制櫃內，該裝置大多裝在野外環境，夏天有雷雨天氣，所以按照規範設計了防雷裝置，起到保護整個設備的作用，電氣控制櫃採用防護等級不低於IP68的標準進行設計和加工，在現場安裝時採用槽鋼安裝底座安裝。
安裝太陽能電源，並選擇太陽能電源輸出轉換器為輸出12VDC的轉換器，並連接好所有輸入輸出電源線路，將輸出12VDC電源連接到電氣控制櫃內的電源模塊，並在電源模塊處安裝肖特基二極體來保護電路。
將雷射PM2.5傳感器選擇合適的位置進行安裝，為了增加可靠性，加工一個不鏽鋼和工程塑料安裝支架用以安裝雷射PM2.5傳感器，並進行緊固，然後採用485屏蔽雙絞線將雷射PM2.5傳感器通訊接口和核心微處理器STC單片機UART接口進行連接，然後在PM2.5傳感器外圍安裝一個金屬網格罩。
採用485帶屏蔽的雙絞線將核心微處理器STC單片機UART接口和MAX485接口晶片接口進行連接，MAX485接口晶片接口和上位機485接口進行連接，在RS485總線通信間串聯有兩個自恢復保險絲Nsmd025，用於保護電路在大電流下最大程度不受傷害，同時並聯有兩個瞬態抑制二極體P6KE6.8CA，用於信號電路、電源線路的防雷保護。
檢查系統各個部件及設備，確保設備及部件連接正常，對系統進行供電，在系統供電並顯示正常的情況下，通過連接電纜把筆記本電腦連接到核心微處理器STC單片機UART備用接口，通過設置協議命令來達到數據傳輸的目的，命令是根據RS485通訊協議來設置的，包括給每個檢測裝置設置獨立地址、讀取地址、讀取數據等，通訊協議採用modbus協議進行通訊。
在完成相關設置後並保存數據以後，即可通過上位機觀測到雷射PM2.5傳感器測量的數據。
採用本發明的技術方案，採用一種採集精度高，傳輸速率快、通訊高效、低功耗低成本的集數據採集、存儲、處理、傳輸為一體的環境PM2.5含量採集器。PM2.5檢測器主要應用於外環境，降低資源消耗，高效的通訊協議可以滿足低功耗要求，通過RS485通信接口的PM2.5採集器採集數據可直接輸入到核心微處理器STC單片機，核心微處理器STC單片機經過數據處理以後即可通過MAX485晶片接口輸入上位機進行數據監視，將核心元器件安裝在電氣櫃內，可以增加元器件的使用壽命。
與現有技術相比，本新型的有益效果是：
一是本方案中UART接口通過MAX485與上位機相連，其之間的數據通訊是通過RS485協議進行的，傳輸速率更高，傳輸距離更遠，安全性也更高，同時傳輸的數據幀都加上CRC校驗碼，數據可靠性更高。
二是本裝置電路設計加入了防雷裝置和防大電流保險絲，對核心控制器和傳感器有更安全的保護作用。數據傳輸介質採用防水的可拆卸接頭，更換更加方便節省。
三是本裝置可以按需設置工作時間和休眠時間，提高工作效率，降低資源消耗。和上位機之間的通訊是設計好的協議幀模式，可通過上位機操控維護，方面高效，降低了硬體成本和維護成本。
最後本裝置設計了防蚊蟲進入通氣孔，在長時間工作情況下大大提高了數據的真實性。
綜上所述，通過一種基於RS485通信接口的PM2.5採集器可以解決傳統的PM2.5採集器主要是通過傳感器直接採集數據並顯示出來，這種設備成本高，功耗也相對稍大，對於住所等使用場地有一定的局限性，另外，PM2.5外殼封裝要求既要防水又要留孔通風，現有的PM2.5檢測器通風口徑大，在野外工作會有蚊蟲進入築巢，長時間會大大影響實際PM2.5測量值的準確性的問題。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。