王蓉 殷俠

摘 要：文章介紹了一種利用物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術(shù)對環(huán)境參數(shù)進行采集并由云平臺進行統(tǒng)一監(jiān)控管理的智能化室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的具體使用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；云平臺；室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控

經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)水平的不斷提升使得人們的生活和工作越來越便利，但同時也給環(huán)境造成了負面的影響，因環(huán)境原因帶來的安全問題也屢見諸媒體，在人們的生活和工作中留下了安全隱患，環(huán)境問題開始越來越受到人們的重視。隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境監(jiān)控提供了一種新出路。本文立足于當下發(fā)展最熱門的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析方法，開發(fā)了一個智能化的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實時的對室內(nèi)環(huán)境因素進行有效地監(jiān)控，及時地分析當前的環(huán)境情況和安全隱患，當環(huán)境因素會導(dǎo)致安全問題時，一方面采取有效的措施控制室內(nèi)環(huán)境，另一方面智能地通知用戶進行安全防護。

隨著國家對環(huán)境監(jiān)管和控制的重視，環(huán)境監(jiān)管和控制是未來的一個重要工作。系統(tǒng)不但是對廠房內(nèi)人員生命健康的保證，也是未來國家統(tǒng)計和監(jiān)管國內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的一個重要依據(jù)。

基于先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算平臺，合理利用國家的自動監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)，構(gòu)建出完善、先進的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。在系統(tǒng)中利用物聯(lián)網(wǎng)和地理信息軟件（Geographic InformationSystem，GIS）等先進技術(shù)，來監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、有毒有害氣體的濃度、光照強度、粉塵含量等，全方位構(gòu)建安全的室內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境安全防控系統(tǒng)。

1 智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)功能

智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對工廠生產(chǎn)、倉庫、實驗室等環(huán)境的實時監(jiān)測，實時為用戶提供可靠并且全面的環(huán)境信息。系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，將多臺不同的傳感器分布至工業(yè)環(huán)境的采集點，傳感器可隨時測量被采樣室內(nèi)環(huán)境因素的信息，如溫度、濕度、各種有毒有害氣體的濃度、光照強度、粉塵含量等，并將這些信息統(tǒng)一上傳到后臺的云平臺控制中心進行管理，當室內(nèi)環(huán)境的任一參數(shù)超出正常標準或安全范圍時，后臺服務(wù)系統(tǒng)立即作出響應(yīng)，自動發(fā)出安全警報并采取應(yīng)急措施，保障室內(nèi)人員和環(huán)境的安全，系統(tǒng)如圖1所示。

本智能系統(tǒng)組成包括環(huán)境傳感器終端采集設(shè)備、基于物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的集中控制器、基于云計算架構(gòu)的管理系統(tǒng)，包括終端采集設(shè)備、集中控制器、基于云計算架構(gòu)的管理系統(tǒng)。

1.2智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

本室內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)在架構(gòu)上主要包含3個層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層[1]。

感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集終端以及基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)層主要負責網(wǎng)絡(luò)接入、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及相應(yīng)的管理與控制，包括局域網(wǎng)以及監(jiān)控平臺和服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)接入程序。 應(yīng)用層解決信息處理與人機界面的問題，主要包括基于云計算技術(shù)的大數(shù)據(jù)分析、服務(wù)器人機交互和控制管理程序等。

2 智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)采用STM32、集成電路、無線通信、智能控制、無線傳感TEEN協(xié)議、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)的綜合運用，研制工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境智能監(jiān)控器和專用軟件系統(tǒng)，對各大中型企業(yè)環(huán)境參量進行在線檢測、傳信、實時監(jiān)控、顯示、報警等。

智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化無線通信集成電路芯片為核心，在簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化電路的基礎(chǔ)上，充分利用移動、電信、聯(lián)通等現(xiàn)有資源，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)的信息直接發(fā)送到軟件監(jiān)控數(shù)據(jù)平臺及環(huán)境安全管理人員手機上，以此構(gòu)建工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺，本控制器信號頻率符合國家無線電管理機構(gòu)的要求。

智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的軟件數(shù)據(jù)平臺，采用瀏覽器/服務(wù)器模式（ Browser/Server，BS）架構(gòu)，可跨平臺使用，系統(tǒng)移植性較好，以保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與安全性。其前端通信服務(wù)平臺通過無線通信設(shè)備及兼容無線通信協(xié)議的處理軟件接收專用無線自動傳信控制器或管理員手機發(fā)送的信息，經(jīng)過適當處理后提交給后臺數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)處理，后臺數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)進行信息編碼加密數(shù)據(jù)的解密、查詢數(shù)據(jù)庫及相關(guān)數(shù)據(jù)處理，同時把相關(guān)信息通過前端通信服務(wù)平臺發(fā)回給發(fā)收終端智能控制器或管理員手機。

該智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)企業(yè)工廠現(xiàn)場的煙霧、有毒氣體、風機風速、粉塵等環(huán)境異常進行在線檢測、傳信、監(jiān)控、顯示、傳輸、報警等，設(shè)計出各不相同的工業(yè)生產(chǎn)專用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，從而形成完整可用的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，達到可產(chǎn)業(yè)化的目的，產(chǎn)生實際的社會效益。

3 智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

在封閉的工業(yè)生產(chǎn)車間里，智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地監(jiān)控生產(chǎn)車間內(nèi)的環(huán)境，時刻提醒管理人員車間內(nèi)的溫度、濕度，確保車間內(nèi)生產(chǎn)人員和產(chǎn)品的安全，對于一些較特殊的生產(chǎn)車間，如無塵車間還可以檢測空氣中的粉塵濃度，或車間生產(chǎn)物質(zhì)容易散發(fā)出有毒有害物質(zhì)或氣體，則可以另外檢測空氣中有毒有害物質(zhì)或氣體的含量，一旦發(fā)生泄漏等突發(fā)事件，導(dǎo)致空氣中這些物質(zhì)超出安全標準閾值，智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的管理軟件會立即向安全人員和生產(chǎn)人員發(fā)出警報并進行換氣，采取應(yīng)急措施，保障車間內(nèi)生產(chǎn)人員的安全，減少經(jīng)濟損失。

3.2智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在科研實驗上的應(yīng)用

在高校和企業(yè)的科研項目和實驗室上，智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)也有它的用武之地。高校的化學實驗通常都會產(chǎn)生特殊的化學煙霧，微生物實驗環(huán)境也需要嚴格的環(huán)境才能存活，利用智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時探測封閉實驗室或?qū)嶒炏渲械沫h(huán)境，確?？茖W實驗的順利進行。在監(jiān)控系統(tǒng)中還可以添加視頻采集攝像頭，實時地記錄下實驗過程，為科研提供生動的實驗數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

3.3智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的延伸與拓展

3.3.1智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在智能安防上的拓展應(yīng)用

智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計可應(yīng)用于相對封閉室內(nèi)溫濕度、粉塵含量等空氣環(huán)境的監(jiān)控，同時也可以通過在傳感器采集終端設(shè)備上嵌入其他類型的傳感器來探測其他環(huán)境因素，例如利用煙霧探測傳感器和火焰?zhèn)鞲衅骺梢员O(jiān)控是否是火災(zāi)隱患，利用人體紅外傳感器探測重要消防通道內(nèi)是否有人員存在等情況，從而在安全與消防上進行智能化的監(jiān)控與管理。

在家居生活中，我國居民家庭普遍使用的是天然氣或煤氣，在傳感器采集終端設(shè)備上嵌入甲烷探測傳感器或CO探測傳感器，便可以起到安全報警的作用，當天然氣或煤氣發(fā)生泄漏時可以立即向用戶進行預(yù)警，透過后臺的服務(wù)器，甚至可以通知用戶居住的物業(yè)公司，從而有效避免不必要的人身傷害和財產(chǎn)損失。

3.3.2智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)保的拓展應(yīng)用

環(huán)境保護是我國目前大加倡導(dǎo)的發(fā)展主題，而我國仍屬制造業(yè)大國，大量的工業(yè)廢氣廢水廢物排放到環(huán)境中，嚴重影響了人們的生存環(huán)境，借由智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器采集終端，可以在重要的水源區(qū)域部署大量的水質(zhì)探測傳感器進行水質(zhì)探測，定期向網(wǎng)絡(luò)控制中心上報水質(zhì)數(shù)據(jù)，從而高效地定位水源污染的源頭，高效地解決環(huán)境污染無責任人的問題。

4結(jié)語

隨著國家對環(huán)境監(jiān)管和控制的重視.環(huán)境監(jiān)測和控制必然是企業(yè)和社會需要正面面對的問題。此系統(tǒng)不但是對廠房內(nèi)人員生命健康的保證，也是未來國家統(tǒng)計和監(jiān)管國內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的一個重要依據(jù)。智能室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)是基于目前高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)上的應(yīng)用產(chǎn)品，通過合理地部署傳感器終端采集數(shù)據(jù)，再利用網(wǎng)絡(luò)通信上傳到后臺云服務(wù)器中心進行數(shù)據(jù)分析和處理，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)“端一管一云”3個層次的綜合應(yīng)用。同時，我們也可以知道，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，如何在創(chuàng)新的角度上準確地把握物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的定位，解決在生產(chǎn)和生活過程中的痛點問題，都勢必給相關(guān)的產(chǎn)品帶來巨大的市場機會和利潤空間。

[參考文獻]

[1]ZIGBEE ALLIANCE.ZigBee specification[EB/OL]. （2014-05-02） [2018-02-05].https：//wenku.baidu.com/view/f2e3042laflffc4fff47ac20html.