室內(nèi)微環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)分析與設計

陳陽

摘要：室內(nèi)微環(huán)境由室內(nèi)空氣、溫濕度等多種環(huán)境因素構(gòu)成，微環(huán)境的變化對于人們的身體健康和生活舒適度產(chǎn)生非常強烈的影響。本設計將傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測技術和物聯(lián)網(wǎng)技術相結(jié)合，側(cè)重于系統(tǒng)的設計和具體實現(xiàn)，從硬件配置到軟件開發(fā)過程均給出了詳細實現(xiàn)描述。最終實現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)采集，無線數(shù)據(jù)傳輸和應用層實時顯示功能，以及實時的室內(nèi)微環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，并通過網(wǎng)絡等方武將室內(nèi)微環(huán)境的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。

關鍵詞：監(jiān)測傳感器物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

隨著人們收入水平的提高，人們對自身的居住環(huán)境也提出了更高的要求，室內(nèi)環(huán)境污染問題受到人們越來越多的關注。室內(nèi)微環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)通過對室內(nèi)空氣質(zhì)量的實時監(jiān)控，找出室內(nèi)空氣環(huán)境污染的關鍵因素，再通過實時調(diào)控，保持室內(nèi)空氣質(zhì)量，讓人們走出因室內(nèi)空氣污染而導致的亞健康狀態(tài)。相比傳統(tǒng)測量方式，室內(nèi)微環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)具有實時性，便捷性等特點，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控測量和及時報告反饋。系統(tǒng)以空氣的主要污染源為監(jiān)測和管控對象，充分考慮溫濕度、光線等因素對室內(nèi)微環(huán)境舒適度的整體影響，將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫中，對室內(nèi)微環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，為大數(shù)據(jù)分析建立數(shù)據(jù)基礎，為后續(xù)智能化反向控制提供數(shù)據(jù)和理論支持。通過系統(tǒng)的應用，強化人們對空氣污染的認識，增強環(huán)境保護意識，通過有效的室內(nèi)空氣質(zhì)量改善措施，提升室內(nèi)空氣質(zhì)量，改善人們的身體健康狀況。

1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集終端、網(wǎng)絡傳輸模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等三部分構(gòu)成，如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集部分由單片機外接傳感器組成，傳感器采集所需數(shù)據(jù)，傳人單片機后進行預處理，然后由WIFI模塊兒傳輸?shù)娇偪刂行腁RM開發(fā)板進行數(shù)據(jù)再處理、存儲和顯示。其中單片機采用意大利的開源硬件arduino開發(fā)板，網(wǎng)絡傳輸模塊兒采用WIFI方式實現(xiàn)，可以在室內(nèi)環(huán)境下通過無線終端快速訪問系統(tǒng)、快速發(fā)送指令，具體采用濟南有人物聯(lián)網(wǎng)技術有限公司研發(fā)的USER232-A和USER232-T系列開發(fā)模塊。顯示模塊功能由ARM11的WEB服務器實現(xiàn)。相較于其他方案，ARM處理器具有更好的處理性能，能更好的支持后續(xù)的功能擴展、WIFI可以支持多終端、穩(wěn)定且安全性高。具體實現(xiàn)數(shù)據(jù)流程如下：

1.1 實現(xiàn)兩個傳感器數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。通過單片機采集到傳感器數(shù)據(jù)后，通過一個WIFI節(jié)點，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絎IFI數(shù)據(jù)匯集節(jié)點，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點傳輸。

1.2 網(wǎng)頁訪問ARM板Boa服務器可以讀出傳感器數(shù)據(jù)。通過移植和配置Boa服務器，搭建好ARM板的開發(fā)環(huán)境以后，可以實現(xiàn)固定IP訪問開發(fā)板內(nèi)部網(wǎng)頁。

1.3 上傳數(shù)據(jù)到指定服務器。通過WIFI模塊的SOCKET B接口將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡服務器備份，保證數(shù)據(jù)安全的同時方便后期進行數(shù)據(jù)分析。

1.4 數(shù)據(jù)超過閥值后蜂鳴器報警。接收到的數(shù)據(jù)超閾值后，可以通過開發(fā)板上的蜂鳴器報警。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集層實現(xiàn)

數(shù)據(jù)采集層要求在特定時間內(nèi)，采集單片機特定端口傳感器數(shù)據(jù)，初步判斷數(shù)據(jù)是否符合要求，并排除誤差較大的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)寫入到WIFI發(fā)送端口完成數(shù)據(jù)發(fā)送。

關鍵代碼分析：

int Digital_Value1=0：

int Digital_Value2=0；

int tem=0；

void setup0

{serial.begin（57600）；///波特率設置為57600}

void loop（）

{//測溫范圍0～100℃，濕度范圍為0～1023

Serial.println（“A”）；//flags

Digital_Value1=analogRead（A0）；//讀取溫度（數(shù)字量）

Digital_Value2=analogRead（A4）；//讀取濕度（數(shù)字量）

If（0

{serial.prinfln（Digital_Valuel）；//發(fā)送數(shù)據(jù)

Serial.println（Digital_Value2）；}

delay（1800）；//刷新}

代碼分析：arduino中的函數(shù)提前經(jīng)過封裝，標準格式包括兩個函數(shù)setup和loop函數(shù)，一般在setup函數(shù)中實現(xiàn)波特率等基本參數(shù)的設置，loop函數(shù)一直循環(huán)執(zhí)行，需要將數(shù)據(jù)采集等操作放入loop函數(shù)中，在上述代碼中，首先在setup函數(shù)中設置數(shù)據(jù)傳輸波特率為57600，然后在loop函數(shù)中定義變量Digital_Value1和Digital_Value2，分別用來存儲從A0和A4口讀到的傳感器數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行范圍判定，最后通過輸出，將符合要求的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)發(fā)送端口，最后為了保證數(shù)據(jù)傳輸和接收同步，需要對數(shù)據(jù)采集過程進行延時。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸層實現(xiàn)

使用USER WiFi模塊支持多種模式和方式傳輸數(shù)據(jù)?？梢圆捎脭?shù)據(jù)透傳模式，也可以采用SOCKET數(shù)據(jù)傳輸模式，同時支持點對點數(shù)據(jù)傳輸和組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)接收中心采用AP模式，數(shù)據(jù)采集端采用AP+STA模式，不同的模式需要對模塊進行不同的配置，本文采用數(shù)據(jù)透傳，組網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。

（一）對AP的配置參數(shù)：設置網(wǎng)絡名稱，MAC地址，數(shù)據(jù)加密模式，IP地址和DHCP模式等配置。將AP的“模塊將要加入的網(wǎng)絡”設置為自身網(wǎng)絡，設置加密類型。配置串口數(shù)據(jù)屬性：波特率，數(shù)據(jù)校驗位，網(wǎng)絡模式和協(xié)議，端口號，TCP鏈接數(shù)量等屬性。

（二）對STA模塊的配置參數(shù)：配置以后產(chǎn)生TP地址和MAC地址的網(wǎng)絡信息。設置無線接入點的基本信息，包括網(wǎng)絡模式、無線接入點的安全設置（加密模式）、局域網(wǎng)參數(shù)設置。設置STA的波特率等基本參數(shù)，包括校驗位、協(xié)議、端口號等。

2.3 數(shù)據(jù)處理層實現(xiàn)

數(shù)據(jù)處理層要按時從串口讀取數(shù)據(jù)，并將讀取到的數(shù)據(jù)首先進行長度判斷處理，最后重新組合為新字符串寫入數(shù)據(jù)庫中，最后需要在開發(fā)板界面顯示接收到的數(shù)據(jù)。

主要實現(xiàn)串口初始化功能，將串口配置按模塊封裝為函數(shù)，包括波特率設置、校驗位設置、數(shù)據(jù)位和停止位的配置，同時給出了串口基本操作的代碼基本架構(gòu)，為后續(xù)調(diào)用做準備。主函數(shù)中首先定義變量，初始化串口，然后從串口中讀取接收到的數(shù)據(jù)，然后調(diào)用字符串組合函數(shù)，將接受到的數(shù)據(jù)組合為可以直接寫入到數(shù)據(jù)庫的SQL字符串，最后調(diào)用數(shù)據(jù)庫處理函數(shù)，存儲數(shù)據(jù)，然后關閉串口。設計前臺界面顯示傳感器數(shù)據(jù)，故內(nèi)容較簡潔，頂部使用一個marquee實現(xiàn)系統(tǒng)標題循環(huán)滾動效果，下面使用iframe標簽將從數(shù)據(jù)庫中讀取到的數(shù)據(jù)顯示到界面。

3 總結(jié)

室內(nèi)微環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)針對室內(nèi)環(huán)境污染進行需求分析，設計了數(shù)據(jù)采集終端、網(wǎng)絡傳輸模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊，最終成功實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集，網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理顯示實現(xiàn)了對室內(nèi)微環(huán)境智能監(jiān)測。系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境進行實時監(jiān)測和分析，并通過網(wǎng)絡等方式將室內(nèi)微環(huán)境的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶。室內(nèi)微環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)具有實時性，便捷性等特點，實現(xiàn)了實時監(jiān)控測量和及時報告反饋。