一种新型动态环境监测设备的制作方法

1.本实用新型属于环境监测技术领域，具体涉及一种新型动态环境监测设备。


背景技术：

2.在信息化建设中，机房设备处在信息交换管理的核心位置，是互联网设备的重中之重，一旦某台设备出现故障，对数据传输、存储及系统运行构成威胁，就会影响到全局系统的运行；如果不能及时处理，更有可能损坏硬件设备，耽误业务系统运转，造成的经济损失是不可估量的；现有的机房环境监测设备通道数量少，且接口功能单一，缺少联动功能，监测功能单一，不能更全面安全的监测机房环境，存在较多的安全监测漏洞。


技术实现要素：

3.为解决以上背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种新型动态环境监测设备，包括mcu主控模块、无线传输模块、电源电路、接口模块、继电器电路、检测模块和水浸检测电路；无线传输模块与mcu主控模块连接，以由无线传输模块将mcu主控模块收集到的信号发送到服务端，电源电路与mcu主控模块连接，接口模块与mcu主控模块连接，以由传感器将采集到的信号通过接口模块发送到mcu主控模块上，继电器电路与mcu主控模块连接，检测模块与mcu主控模块连接，以由检测模块将检测到的信号传送给mcu主控模块，水浸检测电路与muc主控模块连接。
4.水浸检测电路包括第四二极管、第五二极管、第三十二至第三十五电阻、第三三极管和水浸传感器；水浸传感器的一端与第五二极管的正极连接，水浸传感器的另一端与第四二极管的负极连接，第四二极管的正极与第三十二电阻的一端和第三三极管的基极连接，第三三极管的集电极与第三十三电阻的一端连接，第三十三电阻的另一端与第三十四电阻的一端和第三十五电阻的一端连接。
5.优选的是，电源电路包括第一电源电路、第二电源电路和第三电源电路，第一电源电路输出端分别与第二电源电路输入端和第三电源电路的输入端连接。
6.第一电源电路包括第一稳压芯片、第一二极管、第二二极管、第三二极管、可调电阻、第一电阻、第二电阻、第一电感、第一极性电容、第二极性电容和第一电容；第一稳压芯片的输入端引脚与可调电阻的一端、第一极性电容的正极和第二二极管的负极连接，可调电阻的另一端与第一二极管的负极连接，第一稳压芯片的输出端与第一电感的一端和第三二极管的负极连接，第一稳压芯片的反馈端引脚与第一电阻的一端和第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与第一电感的另一端、第一电容的一端和第二极性电容的正极连接。
7.第二电源电路包括第二稳压芯片、第七电容、第三极性电容，第二稳压芯片的输出端引脚与第七电容的一端和第三极性电容的正极连接，第七电容的另一端和第三极性电容的负极接地。
8.第三电源电路包括第三稳压芯片、第八电容和第九电容，第三稳压芯片的输入端引脚与第八电容的一端连接，第三稳压芯片的正极电压输出端引脚与第五电容的一端连
接。
9.在上述任一方案中优选的是，接口模块包括485传感器接口、模拟量信号接口和开关量信号接口。
10.在上述任一方案中优选的是，485传感器接口包括收发芯片、第三至第十四电阻、第一至第三光耦、第一瞬态二极管、第二瞬态二极管、第一三极管和第二三极管；第一三极管的集电极与第三电阻的一端连接，第一三极管的基极和第四电阻的一端与第一光耦的接收端的发射极连接，第一三极管的发射极与第四电阻的另一端接地，第一光耦发射端负极通过第七电阻与收发芯片的输出端连接，第二光耦发射端正极与第五电阻的一端连接，第二光耦的接收端发射极与第十电阻的一端和收发芯片的输出使能端引脚连接，第三光耦发射端正极与第六电阻的一端连接，第三光耦接收端的发射极与第九电阻的一端和第二三极管的基极连接，第二三极管的集电极与第八电阻的一端和收发芯片的驱动输入端连接，第二三极管的发射极和第九电阻的另一端接地，收发芯片的同向输入端与第十一电阻的一端、第十三电阻的一端和第一瞬态二极管的负极连接，收发芯片的反向输入端与第十二电阻的一端、第二瞬态二极管的负极和第十四电阻的一端连接。
11.在上述任一方案中优选的是，模拟量信号接口包括四个模拟量输入单元，每个模拟量输入单元包括第十五至第十七电阻，第二电容和第三瞬态二极管，第十六电阻的一端与第三瞬态二极管的负极、第十五电阻的一端和第十七电阻的一端连接，第十五电阻的另一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端、第十七电阻的另一端和第三瞬态二极管的正极接地。
12.在上述任一方案中优选的是，开关量信号接口包括六个开关量输入单元，每个开关量输入单元包括第十八至第二十二电阻、第四光耦；第四光耦的发射端正极与第十八电阻的一端和第十九电阻的一端连接，第四光耦的发射端负极与第二十电阻的一端和第二十一电阻的一端连接，第十九电阻的另一端与第二十电阻的另一端连接，第四光耦接收端的发射极通过第二十二电阻接地。
13.在上述任一方案中优选的是，检测模块包括交流电压电流检测电路和电池电压检测电路。
14.在上述任一方案中优选的是，交流电压电流检测电路包括计量芯片、电压采集单元和电流采集单元，计量芯片分别与电压采集单元和电流采集单元连接，电压采集单元包括第二电感、第三电感、第二十三至第二十七电阻、第三电容和第四电容，第二电感的一端与第二十三电阻的一端连接，第三电感的一端与第二十五电阻的一端和第二十七电阻的一端连接，第三电感的另一端与第二十四电阻的一端和第二十六电阻的一端连接，第二十五电阻的另一端与第三电容的一端连接，第二十四电阻的另一端与第四电容的一端连接，第三电容的另一端、第四电容的另一端、第二十六电阻的另一端和第二十七电阻的另一端接地。
15.在上述任一方案中优选的是，电流采集单元包括第二十八至第三十一电阻、第五电容和第六电容,第二十八电阻的一端与第三十电阻的一端连接，第二十九电阻的一端与第三十一电阻的一端连接，第二十八电阻的另一端与第五电容的一端连接，第二十九电阻的另一端与第六电容的一端连接，第五电容的另一端、第六电容的另一端、第三十电阻的另一端和第三十一电阻的另一端接地。
16.在上述任一方案中优选的是，还包括485通信模块、遥控电路和sd储存卡电路，mcu主控模块分别与485通信模块、遥控电路和sd储存卡电路连接。
17.在上述任一方案中优选的是，mcu主控模块采用型号为stm32f103rc芯片。
18.与现有技术相比，本实用新型有益效果为：
19.1、本实用新型主要应用与机房环境场景，用于检测现场是否漏水和其他机器运行状况，及时将采集到的数据上传，设备上有多种接口，可以同时监测现场的交流电压电流数据以及不同的环境数据，这些信号采集到单片机中，可以触发相应逻辑用于控制继电器或电闸，控制继电器端与报警器连接，可以直接报警，提醒安全人员采取补救措施。
20.2、本实用新型也可以通过串口或者网络将信号传输到控制主机上，方便工作人员进行监控，设有485主站接口，可以接入485类别传感器，采集更多环境变量。
21.3、本实用新型对环境监测全面，可以连接各类传感器，提高了安全性，设备自身的逻辑配置功能可以第一时间做出反应和补救措施，减少损失。
附图说明
22.图1为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备的结构框图。
23.图2a为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的电源电路中的第一电源电路原理图。
24.图2b为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的电源电路中的第二电源电路原理图。
25.图2c为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的电源电路中的第三电源电路原理图。
26.图3为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的485通信模块电路原理图。
27.图4为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的模拟量信号接口中模拟量输入单元的电路原理图。
28.图5为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的开关量信号接口中开关量输入单元的电路原理图。
29.图6为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的交流电压电流检测电路中计量芯片的电路原理图。
30.图7为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的交流电压电流检测电路中电压采集单元电路原理图。
31.图8为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的交流电压电流检测电路中电流采集单元电路原理图。
32.图9为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的水浸检测电路的电路原理图。
33.图10为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的mcu主控模块的电路原理图。
34.图11a为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的继电器开关的电路原理图。
35.图11b为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示的继电器驱动芯片电路原理图。
36.图12为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示sd储存卡电路的电路原理图。
37.图13为根据本实用新型的一种新型动态环境监测设备图1中所示遥控电路的电路原理图。
38.其中附图标记：
39.1-无线传输模块；2-电源电路；3-485传感器接口；4-485通信模块；5-遥控电路；6-sd储存卡电路；7-交流电压电流检测电路；8-模拟量信号接口；9-开关量信号接口；10-电池电压检测电路；11-水浸检测电路；12-继电器电路；13-mcu主控模块。
具体实施方式
40.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
41.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.如图1所示，按照本实用新型实施例的一种新型动态环境监测设备，包括mcu主控模块13、无线传输模块1、电源电路2、接口模块、继电器电路12、检测模块和水浸检测电路11；无线传输模块1与mcu主控模块13连接，以由无线传输模块1将mcu主控模块13收集到的信号发送到服务端，电源电路2与mcu主控模块13连接，接口模块与mcu主控模块13连接，以由传感器将采集到的信号通过接口模块发送到mcu主控模块13上，继电器电路12与mcu主控模块13连接，检测模块与mcu主控模块13连接，以由检测模块将检测到的信号传送给mcu主控模块13，水浸检测电路11与muc主控模块连接。
43.如图9所示，水浸检测电路11包括第四二极管d22、第五二极管d24、第三十二电阻r68、第三十三电阻r80、第三十四电阻r94、第三十五电阻r86、第三三极管q6和水浸传感器p16；水浸传感器p16的一端与第五二极管d24的正极连接，第五二极管d24的负极接地，水浸传感器p16的另一端与第四二极管d22的负极连接，第四二极管d22的正极与第三十二电阻r68的一端和第三三极管q6的基极连接，第三三极管q6的集电极与第三十三电阻r80的一端连接，第三十三电阻r80的另一端与第三十四电阻r94的一端和第三十五电阻r86的一端连接；可选的，水浸检测电路11设为两路，当水浸检测传感器p16检测到有水时，会将第三三极管q6基极信号拉低，第三三极管q6导通，mcu主控模块13检测到高电平时发生报警，无水时第三三极管q6处于断开状态，此时信号拉低，报警停止。
44.进一步的，电源电路2包括第一电源电路、第二电源电路和第三电源电路，第一电源电路输出端分别与第二电源电路输入端和第三电源电路的输入端连接。
45.如图2a所示，第一电源电路包括第一稳压芯片u29、第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、可调电阻f1、第一电阻r17、第二电阻r18、第一电感l1、第一极性电容c4、第二极性电容c9和第一电容c7；第一稳压芯片u29的输入端引脚与可调电阻f1的一端、第一极性电容c4的正极和第二二极管d2的负极连接，可调电阻f1的另一端与第一二极管d1的负极连接，第一稳压芯片u29的输出端与第一电感l1的一端和第三二极管d3的负极连接，第一稳压芯片u29的反馈端引脚与第一电阻r17的一端和第二电阻r18的一端连接，第二电阻r18的另一端与第一电感l1的另一端、第一电容c7的一端和第二极性电容c9的正极连接，第一极性电容的负极c4、第二二极管的负极d2、第三二极管的正极、第一电阻的另一端、第一电容的另一端和第二极性电容的负极接地。
46.如图2b所示，第二电源电路包括第二稳压芯片u14、第七电容c6、第三极性电容c8，第二稳压芯片u14的输出端引脚与第七电容c6的一端和第三极性电容c8的正极连接，第七电容c6的另一端和第三极性电容c8的负极接地。
47.如图2c所示，第三电源电路包括第三稳压芯片u10、第八电容c2和第九电容c5，第三稳压芯片u10的输入端引脚与第八电容c2的一端连接，第三稳压芯片u10的正极电压输出端引脚与第九电容c5的一端连接。
48.可选的，第一稳压芯片u29采用型号为xl1509的压芯片，可将5-30v直流电压转换成稳定是5v供电，使得整个设备供电范围更加广泛，第二稳压芯片u14使用5-33型号稳压芯片，将5v稳压至3.3v给mcu主控模块13和传感器供电，第三稳压芯片u10使用隔离式5vdc-dc电源为485通信模块4供电，提高抗干扰能力。
49.本实用新型的实施主要应用与机房环境场景，用于检测现场是否漏水和其他机器运行状况，及时将采集到的数据上传，设备上有多种接口，可以同时监测现场的交流电压电流数据以及不同的环境数据，这些信号采集到单片机中，可以触发相应逻辑用于控制继电器或电闸，控制继电器端与报警器连接，可以直接报警，提醒安全人员采取补救措施。
50.进一步的，接口模块包括485传感器接口3、模拟量信号接口8和开关量信号接口9。
51.可选的，如图3所示，485传感器接口3包括收发芯片u12、第三电阻r1、第四电阻r3、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r9、第八电阻r13、第九电阻r11、第十电阻r15、第十一电阻r19、第十二电阻r20、第十三电阻r23、第十四电阻r24、第一光耦u4、第二光耦u5、第三光耦u6、第一瞬态二极管d4、第二瞬态二极管d6、第一三极管q1和第二三极管q3；第一三极管q1的集电极与第三电阻r1的一端连接，第一三极管q1的基极和第四电阻r3的一端与第一光耦u4的接收端的发射极连接，第一三极管q1的发射极与第四电阻r3的另一端接地，第一光耦u4发射端负极通过第七电阻r9与收发芯片u12的输出端连接，第二光耦u5发射端正极与第五电阻r5的一端连接，第二光耦u5的接收端发射极与第十电阻r15的一端和收发芯片u12的输出使能端引脚连接，第三光耦u6发射端正极与第六电阻r6的一端连接，第三光耦u6接收端的发射极与第九电阻r11的一端和第二三极管q3的基极连接，第二三极管q3的集电极与第八电阻r13的一端和收发芯片u12的驱动输入端连接，第二三极管q3的发射极和第九电阻r11的另一端接地，收发芯片u12的同向输入端与第十一电阻r19的一端、第十三电阻r23的一端和第一瞬态二极管d4的负极连接，收发芯片u12的反向输入端与第十二电阻r20的一端、第二瞬态二极管d6的负极和第十四电阻r24的一端连接；收发芯片u12采用max485型号芯片，其中信号发射端txd2和信号接收端rxd2通过npn三极管控制光耦实现光电隔离，
en485为通信方向转换引脚，可通过光耦直接与io相连接，其中第十三电阻r23、第十四电阻r24为通信保护电阻，过压时可迅速烧断保护后方电路。
52.进一步的，如图4所示，模拟量信号接口8包括四个模拟量输入单元，每个模拟量输入单元包括第十五电阻r30、第十六电阻r31、第十七电阻r32，第二电容c12和第三瞬态二极管d9，第十六电阻r31的一端与第三瞬态二极管d9的负极、第十五电阻r30的一端和第十七电阻r32的一端连接，第十五电阻r30的另一端与第二电容c12的一端连接，第二电容c12的另一端、第十七电阻r32的另一端和第三瞬态二极管d9的正极接地；当0-10v电压输作为入信号源从第十六电阻r31的另一端输入，经过第十五电阻r30、第十六电阻r31和第十七电阻r32分压后转换成单片机可以识别的电压信号，从而测量出结果，第二电容c12和第三瞬态二极管d9可有效防止静电干扰或高压烧坏。
53.具体的，如图5所示，开关量信号接口9包括六个开关量输入单元，每个开关量输入单元包括第十八电阻r28、第十九电阻r281、第二十电阻r282、第二十一电阻r283、第二十二电阻r34和第四光耦u17；第四光耦u17的发射端正极与第十八电阻r28的一端和第十九电阻r281的一端连接，第四光耦u17的发射端负极与第二十电阻r282的一端和第二十一电阻r283的一端连接，第十九电阻r281的另一端与第二十电阻r282的另一端连接，第四光耦u17接收端的发射极通过第二十二电阻r34接地；高低电平信号由第四光耦u17传输，可以有效保护后方单片机电路，同时第十八电阻r28、第十九电阻r281、第二十电阻r282、第二十一电阻r283的组合结构可以实现npn和pnp类型传感器的转换。
54.进一步的，检测模块包括交流电压电流检测电路7和电池电压检测电路10。
55.具体的，如图6、图7所示，交流电压电流检测电路7包括计量芯片、电压采集单元和电流采集单元，计量芯片分别与电压采集单元和电流采集单元连接，电压采集单元包括第二电感l11、第三电感l13、第二十三电阻r42、第二十四电阻r109、第二十五电阻r110、第二十六电阻r111、第二十七电阻r112、第三电容c22和第四电容c23，第二电感l11的一端与第二十三电阻r42的一端连接，第三电感l13的一端与第二十五电阻r110的一端和第二十七电阻r112的一端连接，第三电感l13的另一端与第二十四电阻r109的一端和第二十六电阻r111的一端连接，第二十五电阻r110的另一端与第三电容c22的一端连接，第二十四电阻r109的另一端与第四电容c23的一端连接，第三电容c22的另一端、第四电容c23的另一端、第二十六电阻r111的另一端和第二十七电阻r112的另一端接地。
56.可选的，如图8所示，电流采集单元包括第二十八电阻r113、第二十九电阻r114、第三十电阻r115、第三十一电阻r116、第五电容c28和第六电容c29,第二十八电阻r113的一端与第三十电阻r115的一端连接，第二十九电阻r114的一端与第三十一电阻r116的一端连接，第二十八电阻r113的另一端与第五电容c28的一端连接，第二十九电阻r114的另一端与第六电容c29的一端连接，第五电容c28的另一端、第六电容c29的另一端、第三十电阻r115的另一端和第三十一电阻r116的另一端接地。
57.可选的，电压采集单元设为三个，电流采集单元设为三个。
58.交流电压电流检测电路7使用altt077eu型号的计量芯片，为高精度电表计量芯片，记录数据更全更精确；配合周围电路进行采集电压和电流信号，计算出实际的交流电压和用电器电流，并且可以计算出功率因数、有功功率、无功功率、累计电量等信号，信号传输到mcu主控模块13上。
59.可选的，如图10所示，mcu主控模块13采用型号为stm32f103rc芯片；stm32f103rc芯片具有性能更好、速度更快等特点，芯片上的5个串口可以使458主站、485通信、4g、网口同时通信工作，众多io接口和程序存储容量可以实现功能更加丰富，运行更加稳定，使设备可以应用于更加广泛的场景。
60.可选的，如图11a、图11b所示，继电器电路12包括驱动芯片和继电器开关电路，驱动芯片与继电器开关电路连接，驱动芯片采用uln2003型号芯片驱动，具体的，继电器开关电路设为四路，继电器电路12设有常开常闭端可以应用于不同场景，此部分电路用来联动灯光、报警、降温、喷淋等措施。
61.进一步的，还包括485通信模块4、遥控电路5和sd储存卡电路6，mcu主控模块13分别与485通信模块4、遥控电路5和sd储存卡电路6连接。
62.可选的，无线传输模块1为wifi无线传输。
63.可选的，485通信模块4与485传感器接口3结构相同，但是在程序上不同。
64.如图12所示，sd储存卡电路6可以用于储存mcu主控模块13信息，工作人员可以通过sd储存卡导出数据信息。
65.如图13所示，具体的，遥控电路5为433mhz遥控电路5，方便工作人员遥控控制mcu主控模块13。
66.本实用新型实施例的工作过程为：mcu主控模块13通过交流电压电流检测电路7检测采集交流电压电流信号，mcu主控模块13通过模拟量信号接口8采集模拟量类型传感器信号，mcu主控模块13通过开关量信号接口9采集开关量类型的传感器信号，mcu主控模块13通过电流电源检测电路检测电池的直流电压，mcu主控模块13通过水浸检测电路11检测是否浸水,mcu主控模块13通过485传感器接口3采集485类型传感器信号，mcu主控模块将采集到的信号通过无线传输模块1传输给服务器，也可以通过该485通信模块4传输给服务器，同时将信息存储在sd储存卡里面，当发现异常时，mcu主控模块13可以控制继电器电路12联动灯光、报警、降温、喷淋等措施，工作人员也可以通过遥控向mcu主控模块13发送信号进行参数设置和遥控。
67.本实用新型实施例具有如下优点：
68.1、拥有丰富种类接口，且每种接口数量多，可以接现场多类型传感器；还具有485主站通信功能，几乎可以包含市面上众多传感器，带有远程监测、逻辑配置功能，可实现定时、温湿度联动等；配有无线传输和网络功能，可将数据上传至云端，手机电脑可远程查看。
69.2、设有水浸检测电路，能够在漏水时及时报警，同时还可以与多类型传感器连接，监控全面，更加安全；供电电压为7-30v宽电压供电，适应更多供电环境。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
71.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和
变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。