基于開源物聯(lián)網(wǎng)平臺的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

陳凱 譚宋 朱恒

摘要

經(jīng)濟快速發(fā)展帶來的環(huán)境污染日益嚴重，空氣質(zhì)量的優(yōu)劣成為社會廣泛關(guān)注的問題。集中式空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)存在監(jiān)控點少，數(shù)據(jù)更新緩慢的問題，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）可以實現(xiàn)對于多項參數(shù)的實時采集和分析。本文提出了基于開源軟硬件的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，每個節(jié)點能夠感知溫度、濕度、氣壓、PM2.5、有害氣體等環(huán)境參數(shù)，通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)平臺，通過移動終端可以實時查看分析和控制，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 環(huán)境監(jiān)測 傳感器網(wǎng)絡(luò)

隨著經(jīng)濟的持續(xù)增長，空氣污染成為重要環(huán)境健康問題。近年來，由于燃煤、汽車尾氣、工業(yè)煙塵等原因造成嚴重的霧霆問題，已經(jīng)成為影響城市永續(xù)發(fā)展的重要因素。戶外污染物可以通過空氣流動室內(nèi)，直接影響人員的舒適度和健康。本文提出了運行于無線傳感器網(wǎng)路（WSN）的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，采用開源硬件，如Wi-Fi模塊、傳感器模塊，采集溫度、濕度、PM2.5等環(huán)境參數(shù)，通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到開源物聯(lián)網(wǎng)平臺（IoT）——Domoticz，通過移動終端實時查看分析。結(jié)合繼電器模塊，可以進行照明、換氣控制，實現(xiàn)遠程調(diào)控。

本文分別描述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并介紹了實驗過程。最后總結(jié)論文，并提出可能的進一步工作。

1 硬件設(shè)計

服務(wù)器采用樹莓派（Raspberry Pi）3代微型電腦，安裝GNU/Linux-ARM操作系統(tǒng)。通過板載的802.11b/g/n無線局域網(wǎng)或10/100M以太網(wǎng)端口，與無線路由器連接。

傳感器模塊主要包括溫濕度傳感器Si7021，氣壓傳感器BMP180，顆粒物濃度傳感器攀藤PMS5003，有害氣體傳感器MQ-135。

無線節(jié)點采用基于ESP8266和CP2102的開發(fā)板EasyMcu開發(fā)板?；贓SP8266的NodeMcu開發(fā)板，具有GPIO、PWM、I2C、1-Wire、ADC等功能，結(jié)合NodeMcu固件為您的原型開發(fā)提供最快速的途徑。ESP8266是樂鑫公司生產(chǎn)的低功耗、高集成度的Wi-Fi芯片，僅需7個外圍元器件，高度集成，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉且性能穩(wěn)定

2 軟件設(shè)計

服務(wù)器采用樹莓派微型電腦，其功能必須包括傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲和控制器功能Domoticz是一個開源的智能家居系統(tǒng)，不僅具有以上功能，而且支持Linux、Windows、樹莓派及各種嵌入式設(shè)備。通過它你可以監(jiān)測和控制各種設(shè)備比如：燈、開關(guān)，各種傳感器、儀表。例如溫度、雨水、風(fēng)速、紫外線強度、電壓電流、氣體等等。用戶界面是一個可擴展的HTML5網(wǎng)頁，兼容所有主流瀏覽器，能夠自動適應(yīng)桌面瀏覽器及移動設(shè)備。

在安裝Domoticz之前，需要先為樹莓派安裝RaspianJessy Lite。在運行終端中輸入：

“sudo curl-L in、tall.domoticz.cn|bash”。系統(tǒng)安裝完畢后，傳感器模塊分別與Wi-Fi模塊連接后，接入Domoticz。

顆粒物濃度傳感器PMS5003與Domoticz連接成功后，進入事件觸發(fā)器，編寫lua腳本，將PM的文本數(shù)據(jù)分成PM1.0、PM2.5、PM10。

3 實驗過程

溫濕度傳感器、顆粒物濃度傳感器分別與Wi-Fi模塊連接后，接入無線局域網(wǎng)，并將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器端運行的Domoticz平臺，結(jié)果如圖1、圖2所示。

4 結(jié)論與展望

近年來現(xiàn)代科技技術(shù)的不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也將不斷地提高，未來它勢必會與人類生活息息相關(guān)，因此“物聯(lián)網(wǎng)”被人們稱為第三次信息技術(shù)革命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個新型的將數(shù)據(jù)、集成傳感器等合為一體的技術(shù)，其現(xiàn)在已經(jīng)在家居、交通、環(huán)境等領(lǐng)域得到應(yīng)用，將來其應(yīng)用范圍會一步步的擴大。

5 主要結(jié)論

本文討論了基于開源物聯(lián)網(wǎng)平臺的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，詳細介紹了硬件和軟件設(shè)計過程，并在實際環(huán)境中進行實驗證明。目前的工作重點是溫濕度和顆粒物濃度的監(jiān)測。未來可以擴展到更多的傳感器，并實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)的研究。

參考文獻

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