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        基于云計(jì)算的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

        2016-12-31 00:00:00梁學(xué)任相花吳吟迪張晨林卓青
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年14期

        摘 要:室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量直接或者間接影響著人們的身心健康。本文以云計(jì)算為設(shè)想,主要以arduino 2560主控模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、傳感器檢測(cè)模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊等把實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、處理、報(bào)警結(jié)合成一體。另外,在嵌入式系統(tǒng)下設(shè)計(jì)嵌入式Web服務(wù)器,并在LCD顯示屏、網(wǎng)頁(yè)等平臺(tái)上顯示信息,提高了環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的可靠性、實(shí)時(shí)性,希望可以提高、改善環(huán)境質(zhì)量。

        關(guān)鍵詞:云計(jì)算;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);嵌入式系統(tǒng)

        1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

        根據(jù)實(shí)際情況,我們?cè)O(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的小型系統(tǒng),結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,該系統(tǒng)采用arduino2560芯片,傳感器采集到信息后,單片機(jī)經(jīng)過(guò)A/D D/A轉(zhuǎn)換后,在LCD顯示器顯示的同時(shí)通過(guò)W5100模塊傳輸?shù)轿覀兊牟樵兤脚_(tái),如果傳感器采集的值超過(guò)預(yù)定的閾值,則通過(guò)串口報(bào)警模塊發(fā)短信報(bào)警。

        2 硬件設(shè)計(jì)

        室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)家居環(huán)境中的溫度、濕度、一氧化碳濃度、煙霧濃度、甲烷濃度等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、指示分析,將監(jiān)測(cè)的指標(biāo)信息顯示在液晶屏上,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行存儲(chǔ),用戶通過(guò)信息平臺(tái)可及時(shí)獲取室內(nèi)環(huán)境的指標(biāo),掌握室內(nèi)環(huán)境的狀況。當(dāng)某些檢測(cè)參數(shù)超過(guò)域值時(shí),例如甲醛濃度、一氧化碳濃度、甲烷濃度、煙霧濃度、有害氣體濃度超標(biāo)時(shí),首先進(jìn)行本地聲光報(bào)警提示并發(fā)送遠(yuǎn)程報(bào)警信息到指定的手機(jī)上。我們將GPS/GPRS模塊應(yīng)用到系統(tǒng)上,實(shí)現(xiàn)基于GPS/GPRS的環(huán)境監(jiān)測(cè),當(dāng)檢測(cè)室內(nèi)各種有害氣體超標(biāo)時(shí),發(fā)短信到用戶手機(jī),做到實(shí)時(shí)信息傳遞。本著以人為本的思想,經(jīng)過(guò)初步計(jì)算設(shè)計(jì)了環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖,如圖2所示。

        核心控制采用意大利的arduino mega 2560,它有著開(kāi)放的源代碼以及電路圖,操作簡(jiǎn)單,提供免費(fèi)的下載接口,支持ISP在線燒等等很多優(yōu)點(diǎn)。

        溫濕度傳感器模塊:DHT11溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,其濕度測(cè)量范圍為10%~90%,溫度測(cè)量范圍為0~50℃,誤差范圍5%,完全適合我們的要求,它內(nèi)部采用了但總線傳輸結(jié)構(gòu),便于與各種MCU連接,并且信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)。PM2.5粉塵傳感器采用粒子計(jì)數(shù),可以靈敏的監(jiān)測(cè)出直徑在1微米以上的粒子,尺寸小,質(zhì)量輕而且易于安裝傳感器的特性曲線如圖3所示。

        W5100是多功能的網(wǎng)絡(luò)接口芯片,內(nèi)部集成了10/100Mbps以太網(wǎng)控制器,主要應(yīng)用于高集成、高性能、高穩(wěn)定和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。W5100與 IEEE802.3 10BASE-T和802.3u 100BASE-TX兼容。W5100內(nèi)部集成了全硬件的、且經(jīng)過(guò)多年市場(chǎng)驗(yàn)證的TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層(MAC)和物理層(PHY)。W5100內(nèi)部還集成有16KB存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制,只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的端口編程。如下實(shí)例:

        byte mac[] = {

        0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED

        };//設(shè)置路由器mac地址

        IPAddress ip(192,168,1, 15);//設(shè)置本主機(jī)ip地址

        EthernetServer server(80);//設(shè)置瀏覽器端口號(hào)

        client.println(\"HTTP/1.1 200 OK\");//寫入HTTP協(xié)議

        3 軟件設(shè)計(jì)

        本設(shè)計(jì)是利用跨平臺(tái)的java語(yǔ)言寫的web網(wǎng)頁(yè)前端,mysql語(yǔ)句操作后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),當(dāng)軟件接收到w5100通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包后,進(jìn)行解壓分組,用數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)句處理分組后的數(shù)據(jù),判斷是否合理,如果合理則存入數(shù)據(jù)庫(kù)中,否則丟棄。我們還進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理畫出對(duì)應(yīng)的折線圖,以便客戶更好地了解室內(nèi)環(huán)境各物質(zhì)濃度的變化情況,具體原理圖如圖4所示。硬件采集的數(shù)據(jù)也會(huì)有偶然誤差,效果不是百分之百的準(zhǔn)確,為了解決這個(gè)問(wèn)題,就要利用到濾波算法,濾波算法有很多,經(jīng)過(guò)比較我才用了數(shù)字濾波算法和算術(shù)平均值濾波算法,有效地提高了數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性。具體算法原理如下:連續(xù)采集N個(gè)樣本,存入數(shù)組中,數(shù)組的長(zhǎng)度固定,然后去除其中的最大值和最小值而取剩余的N-2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換值的平均值,N一般取5~10。大量實(shí)驗(yàn)證明,在沒(méi)有采用濾波算法前,系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生誤差,傳感器讀數(shù)波動(dòng)比較大;采用濾波算法后,傳感器讀數(shù)波動(dòng)明顯變小,特別是變化緩慢的環(huán)境下,讀數(shù)基本保持穩(wěn)定,自動(dòng)控制系統(tǒng)沒(méi)有誤動(dòng)作。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        伴隨著人們生活水平的提高,室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量是人們比較在意的一個(gè)話題,環(huán)境的好與壞直接影響的是人們的生活質(zhì)量,本項(xiàng)目主要研究對(duì)家居環(huán)境中的甲醛濃度、苯及苯蒸氣濃度、天然氣濃度、一氧化碳濃度、煙霧濃度、溫度、濕度等有害污染物進(jìn)行的監(jiān)測(cè)、顯示并在污染物濃度超標(biāo)時(shí),發(fā)出報(bào)警信息,提示用戶及時(shí)應(yīng)對(duì)處理,經(jīng)過(guò)檢測(cè)與使用,得出結(jié)論系統(tǒng)不僅適合家庭、學(xué)校還適合工廠等與環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)的領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),采集的數(shù)據(jù)精度較高,克服了環(huán)境監(jiān)測(cè)的局域性和區(qū)域性,不但提高了效率,而且提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)的信息化和自動(dòng)化水平。

        參考文獻(xiàn)

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        [5]董文宇.一種基于物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算的無(wú)線室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)新通信,2012(24).

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