基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境控制方案研究

聞國(guó)才

(淮南師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 淮南 232038)

近年來(lái)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，人民生活水平也得到了很大程度的提高，同時(shí)，促進(jìn)了我國(guó)室內(nèi)環(huán)境控制的不斷發(fā)展，但由于室內(nèi)裝修帶來(lái)的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了室內(nèi)環(huán)境，并且造成了一定的污染，不僅影響了人們的生活質(zhì)量，同時(shí)，也不利于人們的身體健康。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，4G、5G的普及及推廣，無(wú)線信號(hào)設(shè)施和各種設(shè)備也能進(jìn)行直接控制。目前，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，因此，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上開(kāi)發(fā)出新的室內(nèi)環(huán)境控制方案能夠?qū)Ω纳坪涂刂剖覂?nèi)環(huán)境有著明顯的推動(dòng)作用和深遠(yuǎn)影響。

1 室內(nèi)環(huán)境控制的重要性

1.1 我國(guó)室內(nèi)環(huán)境控制的背景

室內(nèi)環(huán)境污染是指在室內(nèi)環(huán)境中存在的各種因素，這些因素或多或少地影響人的身體及身心健康。而室內(nèi)環(huán)境中出現(xiàn)的這些因素往往是由于在對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行裝修時(shí)，由于裝修材料釋放的各種不健康的污染因子匯集而對(duì)人身體造成傷害。近年來(lái)，在我國(guó)由于室內(nèi)環(huán)境污染而對(duì)生活引發(fā)了諸多不便，引起了我國(guó)相關(guān)部門(mén)的重視，因此，出臺(tái)相關(guān)的室內(nèi)環(huán)境控制方案至關(guān)重要。

1.2 我國(guó)室內(nèi)環(huán)境控制的技術(shù)

目前，我國(guó)環(huán)境中的監(jiān)測(cè)行業(yè)所采用的監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)備并不先進(jìn)，而且在很多地方環(huán)境采樣仍然是人工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣的方式，這樣檢測(cè)的效率不高，而且極大地浪費(fèi)了相應(yīng)的人力物力資源，也導(dǎo)致檢測(cè)成本較高，因此，不能廣泛地推廣。目前，由于室內(nèi)環(huán)境的污染嚴(yán)重以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，很多電氣設(shè)備都具有連接互相聯(lián)網(wǎng)的功能。除此之外，WIFI功能也基本實(shí)現(xiàn)了全社會(huì)的普及，人們可直接借助智能手機(jī)對(duì)室內(nèi)環(huán)境中的各種電氣設(shè)備進(jìn)行操控。也可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的這一基礎(chǔ)特征發(fā)明一種新的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)。這種檢測(cè)技術(shù)就是為方便我國(guó)室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)，從而解決室內(nèi)環(huán)境參數(shù)在進(jìn)行采集和信息交換時(shí)的技術(shù)問(wèn)題。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

從網(wǎng)絡(luò)搜索中有很多不同的關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念定義，但如果從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的角度對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行定義。物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)就是把生活中的各種能夠進(jìn)行信息傳感的設(shè)備和裝置與現(xiàn)實(shí)中的互聯(lián)網(wǎng)兩者之間進(jìn)行結(jié)合，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)中物品的管理、識(shí)別及應(yīng)用。從一定程度上來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)其實(shí)就是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上進(jìn)行發(fā)展的。但互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所針對(duì)的是人與人之間的信息溝通交流。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，在物與物之間進(jìn)行信息交流和信息傳遞，并在經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)中的計(jì)算技術(shù)進(jìn)行處理后，再反饋到物上，以此來(lái)控制物品的信息。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本特征

由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要是物與物之間的信息傳遞，因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有三個(gè)基本特征，即物與物之間的感知、智能及傳輸。要想實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)，就必須要使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具備感知傳輸控制及智能技術(shù)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，首先，要對(duì)物品有一種感知功能，這樣才可利用識(shí)別裝置及傳感器或二維碼，可以方便用戶在任何地方都能夠通過(guò)手中的智能設(shè)備對(duì)物品進(jìn)行信息識(shí)別[1]。而可靠傳輸則指通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或其他能夠進(jìn)行信息傳導(dǎo)的手段，將所得物品的信息及時(shí)地傳遞。智能處理是指利用目前研發(fā)出來(lái)的智能計(jì)算技術(shù)，在對(duì)傳遞出來(lái)的大量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行多方面的分析和處理，再在對(duì)物體進(jìn)行控制?？梢哉f(shuō)這是一個(gè)智能化的控制過(guò)程，且這個(gè)控制過(guò)程類似于人通過(guò)感官傳遞到大腦，通過(guò)大腦再反饋信息，對(duì)人的行為進(jìn)行控制的過(guò)程。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的，所以，具備一定的互聯(lián)網(wǎng)功能技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的計(jì)算機(jī)能力技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備三個(gè)基本層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，這三個(gè)結(jié)構(gòu)層構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。感知層是指通過(guò)多媒體信息采集能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)采集和感知；而網(wǎng)絡(luò)層則指是通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信技術(shù)，把所傳達(dá)到的物品詳細(xì)信息進(jìn)行安全傳遞[2]；應(yīng)用層則是指要與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用需求相互結(jié)合，也就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的核心技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中涉及很多關(guān)鍵技術(shù)，主要包括射頻識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工技能技術(shù)及云計(jì)算技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)是通過(guò)物品上的具體標(biāo)簽來(lái)識(shí)別物品標(biāo)識(shí)，可以用于控制和跟蹤物體。如在公交車(chē)上進(jìn)行刷卡投票技術(shù)都是采用的射頻技術(shù)。傳感器技術(shù)是指為對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息采集，也就是說(shuō)傳感器技術(shù)是有自己的規(guī)律來(lái)變換成具體的電信號(hào)，再進(jìn)行各種形式的傳出，這樣才能滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸和處理要求。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是指主要用于網(wǎng)絡(luò)上的信息相互傳遞，可以說(shuō)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域中，必須要借助網(wǎng)絡(luò)通信來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。人工智能技術(shù)就是研究如何采用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的思維。在物聯(lián)網(wǎng)中，采用人工智能技術(shù)的主要應(yīng)用則是對(duì)物品的信息進(jìn)行計(jì)算和分析。在計(jì)算和分析后得出最佳的信息處理途徑再反饋。云計(jì)算技術(shù)中的云端其實(shí)就是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，借助于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大計(jì)算能力進(jìn)行計(jì)算分析后，將相應(yīng)的結(jié)果傳遞給用戶，這樣物聯(lián)網(wǎng)的終端計(jì)算和存儲(chǔ)能力就可借助互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行一定程度的延伸和擴(kuò)展，從而方便互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算。因此，可以得出信息感知網(wǎng)絡(luò)通信，人工智能和云計(jì)算技術(shù)這些物品的相互研究和應(yīng)用都會(huì)直接與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有很大的關(guān)系，同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也會(huì)影響相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。因此，應(yīng)該著重解決這幾種關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，這樣才能有利于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)室內(nèi)環(huán)境控制方案

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)室內(nèi)環(huán)境控制方案的系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)控制方案來(lái)說(shuō)，室內(nèi)環(huán)境的智能控制系統(tǒng)都有著很多復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。主要包括房間控制器及前端檢測(cè)傳感器、末端控制系統(tǒng)受控部分等。其中對(duì)于前端檢測(cè)傳感器來(lái)說(shuō)，不僅包含了室內(nèi)環(huán)境中在裝修時(shí)所安裝的溫濕度傳感器，同時(shí)，也包括對(duì)裝修材料甲醛濃度十分敏感的甲醛傳感器，以及對(duì)于太陽(yáng)光照十分敏感的照度傳感器。除此之外，在現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境中，由于存在一氧化碳中毒的風(fēng)險(xiǎn)[3]，因此，一氧化碳感受器對(duì)末端控制裝置來(lái)說(shuō)，這種裝置其中不僅包括了智能控制器，同時(shí)還包括紅外遙控器等。而受控部分則是指室內(nèi)環(huán)境中的各種能夠直接被人們所利用的電器設(shè)備，如室內(nèi)環(huán)境中安裝的空調(diào)、電動(dòng)窗簾及加濕器等。

在這種新提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境控制方案的系統(tǒng)架構(gòu)中，首先，由前端檢測(cè)傳感器檢測(cè)到物品的使用數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送到房間的控制器中。在房間中的控制器對(duì)所接收到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，在處理過(guò)程中，房間控制器往往要根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)中的算法控制得出具體操作后，再對(duì)末端的控制裝置進(jìn)行發(fā)出指令，從而控制末端控制裝置的相應(yīng)工作，保證受控部分的相應(yīng)工作狀態(tài)處在可控范圍之內(nèi)，以此來(lái)保證室內(nèi)環(huán)境的安全性。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境控制方案的系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

由于室內(nèi)環(huán)境的智能控制系統(tǒng)包括很多在室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)傳感器的相應(yīng)設(shè)計(jì)，所以，要分別對(duì)這種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境控制方案模塊進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)，這樣才能保證每個(gè)傳感器之間信息傳遞傳輸，從而有利于控制室內(nèi)環(huán)境的各種因素，進(jìn)而保證室內(nèi)環(huán)境的舒適和安全。在系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)中，除要對(duì)前端檢測(cè)傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)外，同時(shí)，也要終止末端的控制，還有房間的控制器設(shè)計(jì)及無(wú)線通信的模塊設(shè)計(jì)等。下面對(duì)這四種主要的模塊進(jìn)行分別討論和設(shè)計(jì)。

3.2.1 前端檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)中的溫濕度傳感器設(shè)計(jì)

溫濕度傳感器首先要實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境中的溫濕度的具體測(cè)量，所以要明確室內(nèi)溫濕度的范圍，由于各地區(qū)的不同，因此，對(duì)溫濕度傳感器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，所能感受到的測(cè)量范圍往往是-20℃—50℃之間；而濕度的測(cè)量范圍則是0%到99%。選擇SHT10溫濕度傳感器設(shè)計(jì)，由于其不僅方便攜帶，而且設(shè)計(jì)輕便小巧，易于室內(nèi)環(huán)境的安裝。同時(shí)又不耗電，因此，往往在室內(nèi)環(huán)境安裝中得到廣泛應(yīng)用。除此之外，這種產(chǎn)品同樣與其他同類的溫濕度傳感器產(chǎn)品相比來(lái)說(shuō)，還具有價(jià)格低廉及質(zhì)量好的特點(diǎn)，因此，往往被廣泛應(yīng)用于傳感器設(shè)計(jì)中[4]。

3.2.2 前端檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)中的照度傳感器設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)室內(nèi)環(huán)境照度傳感器的設(shè)計(jì)中，照度模塊必須要負(fù)責(zé)室內(nèi)環(huán)境中的照度測(cè)量，因此，測(cè)量的照度范圍也必須要滿足室內(nèi)的照度要求。在具體地針對(duì)照度傳感器地設(shè)計(jì)中，往往采用的是BH1750FVl芯片，采用兩線式串行的總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種芯片相比于市場(chǎng)上的其他芯片來(lái)說(shuō)，更容易適用在傳感器設(shè)計(jì)中。由于這種芯片的特殊材質(zhì)，與其他芯片相比，也具有耐用性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此，能夠被應(yīng)用在我國(guó)室內(nèi)環(huán)境的照度傳感器設(shè)計(jì)中。

3.2.3 前端檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)中的一氧化碳傳感器設(shè)計(jì)

在室內(nèi)環(huán)境中，由于各種因素經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一氧化碳?xì)怏w，極大地影響了人的身心健康。如果室內(nèi)的一氧化碳含量過(guò)高，很可能會(huì)對(duì)人體造成致命的傷害[5]。因此，在室內(nèi)環(huán)境中對(duì)一氧化碳濃度范圍來(lái)說(shuō)，往往采用MS2200模塊來(lái)設(shè)計(jì)室內(nèi)的一氧化碳傳感器。這個(gè)模塊中的傳感器主要是用于檢測(cè)還原性氣體。而一氧化碳中是還原性氣體，因此，這種半導(dǎo)體的氧化厚膜在一氧化碳中，有毒氣體濃度越高，阻值越大。如果采用這種模塊后，室內(nèi)環(huán)境中的一氧化碳超過(guò)正常值之后，設(shè)置就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)的報(bào)警功能。這也反映出了這種傳感器設(shè)計(jì)的方便之處，極大地保障了室內(nèi)環(huán)境地安全。

3.2.4 前端檢測(cè)傳感器設(shè)計(jì)中的甲醛傳感器設(shè)計(jì)

對(duì)于甲醛傳感器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，由于在室內(nèi)環(huán)境中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于各種材料進(jìn)行裝修，造成室內(nèi)環(huán)境甲醛濃度過(guò)高的狀況，因此，需要測(cè)量室內(nèi)環(huán)境中甲醛的正確濃度，在對(duì)市面上的各種甲醛傳感器進(jìn)行參考之后，選用WSP2110作為甲醛的傳感器。當(dāng)檢測(cè)有相應(yīng)甲醛存在時(shí)，空氣中的氣體濃度越高，則傳感器的電導(dǎo)率也就會(huì)增高，這種電路可以把甲醛傳感器甲醛濃度中的具體變化反應(yīng)出來(lái)。因此，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)十分重要，極大地保證了室內(nèi)環(huán)境的安全。

4 控制方案的末端控制裝置設(shè)計(jì)

對(duì)于末端控制裝置設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，往往由紅外遙控器和智能控制器組成，這樣可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境中各種電氣設(shè)備的相互控制。

4.1 紅外遙控器的相應(yīng)設(shè)計(jì)

對(duì)于紅外遙控器設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，紅外遙控器應(yīng)該能夠?qū)W習(xí)各種遙控器的相映指令。紅外接頭選用VS1838，之所以選擇這種，是因?yàn)檫@種接頭內(nèi)部會(huì)有一種集成放大電路，因此可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的信息傳輸功能。

4.2 智能控制器的設(shè)計(jì)

對(duì)于智能控制器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，由于智能控制器需要對(duì)控制器進(jìn)行通斷功能，所以智能控制器的負(fù)載功率必須要達(dá)到2 000瓦，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大功率電器的相應(yīng)控制，如電飯鍋等功率高的電器。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析目前我國(guó)室內(nèi)環(huán)境及室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和手段技術(shù)，本文提出了一種新的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境控制方案，這種控制方案不僅能對(duì)房間內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的顯示，同時(shí)，也能夠通過(guò)末端的控制裝置來(lái)對(duì)電器進(jìn)行控制工作，以此來(lái)保證室內(nèi)環(huán)境的舒適和安全。除此之外，也可以用戶通過(guò)自己的智能手機(jī)進(jìn)行控制，極大地利用物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，同時(shí)又能夠方便用戶的使用。