基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

林君 錢志軒

摘要：本文開發(fā)了一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括系統(tǒng)的硬件、軟件和數(shù)據(jù)庫等幾個部分。傳感器節(jié)點采集到的溫度、濕度信息能夠通過上位機分類存儲到數(shù)據(jù)庫，再經(jīng)過統(tǒng)計和處理，實時顯示環(huán)境參數(shù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；溫濕度監(jiān)測；數(shù)據(jù)庫設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是一個新生產(chǎn)物，在延續(xù)傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢基礎(chǔ)上研發(fā)而成，可以實現(xiàn)自動監(jiān)控系統(tǒng)中安全可靠的數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸。數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備納入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并且它們可以直接互聯(lián)互通、實現(xiàn)自組局域網(wǎng)，相互協(xié)作完成特定的業(yè)務(wù)（比如目前人們?nèi)粘Ｉ钭蠲舾械臏囟葷穸取⒐饩€和PM2.5等）。通過在環(huán)境終端布置傳感器節(jié)點，采集相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)，然后通過無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送至中心服務(wù)器進行分類存儲，再經(jīng)過統(tǒng)計和處理；最后用戶可通過手持設(shè)備（比如手機、平板電腦等）實時查看當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)[1]。這些產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣闊，可應(yīng)用于環(huán)保、農(nóng)業(yè)、工礦、電信、市政、交通等工業(yè)和公用事業(yè)中的各種類型自動監(jiān)測站的數(shù)據(jù)采集與傳輸領(lǐng)域。

本項目在傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，根據(jù)環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的新形勢和新要求而提出來的一個全新的嵌入式項目。

一、設(shè)計思路

1、軟硬件資源：

硬件：PC機，ARM Cortex-A9開發(fā)板，Zigbee模塊，手機等智能設(shè)備終端。

軟件：微軟 Windows 7操作系統(tǒng)，Linux系統(tǒng)，德州儀器 IAR，BOA服務(wù)器，Sqlite數(shù)據(jù)庫

2、項目框架（如圖1所示）：

本項目主要分為三大模塊：

（1）數(shù)據(jù)采集終端，此終端主要由傳感器節(jié)點構(gòu)成，用以采集環(huán)境信息，比如溫度、濕度、光線強弱及煙霧等信息。采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee技術(shù)傳送至中心服務(wù)器上。

（2）中心服務(wù)器，采用基于ARMCortexA9的三星Exynos4412開發(fā)板，此開發(fā)板具有接口豐富性能強大等特點[1]。在此硬件上布置android4.0操作系統(tǒng)，然后開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與路由器相連。

（3）移動手持終端，平板或智能手機。開發(fā)一個普通的 APP程序，可以通過WIFI連接到路由器，并且能實現(xiàn)與中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換，實時查詢當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)。

二、ZigBee環(huán)境搭建

此項一共有四個軟件的安裝：IAR集成開發(fā)環(huán)境、TI協(xié)議棧、仿真器驅(qū)動、USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動。搭建過程如圖2所示：

三、數(shù)據(jù)采集

1、傳感器硬件——溫濕度度傳感器DHT11

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，具有超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點[2]。

2、采集步驟

（1）安裝溫濕度驅(qū)動模塊 DHT11的驅(qū)動程序

（2）將程序添加到協(xié)議棧代碼中

（3）將終端節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)打包并以指定的方式發(fā)送給指定的設(shè)備

觀察終端設(shè)備的顯示屏，將協(xié)調(diào)器連接到電腦，讀取從終端發(fā)來的數(shù)據(jù)信息。以終端方式下載到開發(fā)板，連接上協(xié)調(diào)器，可以看到屏幕顯示當(dāng)前環(huán)境溫度、濕度信息，如圖4所示。

四、交叉編譯環(huán)境搭建

PC機器進行程序的編輯編譯，然后到開發(fā)板運行程序。安裝調(diào)試過程如圖3、圖4所示。

五、系統(tǒng)測試

經(jīng)過POSIX系統(tǒng)編程、創(chuàng)建SQLite數(shù)據(jù)庫、串口編程后，可以進行系統(tǒng)測試，測試結(jié)果如圖5所示。

六、結(jié)論

本項目利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了一個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計思路，包括網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的軟硬件選型、項目整體框架，詳細介紹系統(tǒng)設(shè)計的各個步驟[3]。通過系統(tǒng)測試，表明本系統(tǒng)具有良好的測量準(zhǔn)確性和工作穩(wěn)定性，另外，由于系統(tǒng)體積小，安裝、拆卸比較方便，可應(yīng)用于較多的嵌入式領(lǐng)域。

參考文獻

[1] 黃川. 基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 科技資訊，2018（2）：1-3

[2] 鐘偉雄. 一種簡單方法實現(xiàn)自動澆花控制[J]. 福建電腦，2011（6）：157-158，192

[3] 趙鑫. 實驗室遠程溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J]. 中國科技信息，2011（9）：164-167

作者簡介：林君，女，福建南平人，副教授，研究方向為電氣控制與PLC技術(shù)。

此項目為四川省教育廳2018年立項課題，課題編號18ZB0382。

（作者單位：四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院）