基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市數(shù)據(jù)采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究

劉軍 呂剛磊 沈華剛

摘 ? 要：文章通過無線互聯(lián)技術(shù)，利用單片機(jī)把溫濕度傳感器檢測到的溫度、濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，從而將智能控制、氣體檢測和煙霧檢測數(shù)據(jù)組成一個(gè)系統(tǒng)，完成對城市環(huán)境溫濕度、危險(xiǎn)氣體和煙霧報(bào)警的檢測，通過無線傳輸發(fā)送主機(jī)，由主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，判斷城市環(huán)境的危險(xiǎn)狀況，控制聲學(xué)報(bào)警模塊和遠(yuǎn)程報(bào)警模塊向警察報(bào)告危險(xiǎn)情況。

關(guān)鍵詞：無線互聯(lián)技術(shù);智慧城市;數(shù)據(jù)采集

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為通信技術(shù)一個(gè)重要的發(fā)展方向，“萬物互聯(lián)”即利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把許多的物體聯(lián)網(wǎng)，時(shí)時(shí)分享這些互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，為人們過上智能城市化、舒適、便利的生活提供了可能。本文通過無線傳輸技術(shù)檢測城市中的溫度，如果溫度過高，可能會出現(xiàn)失火的情況，那么就可以把這個(gè)信息發(fā)送給用戶，用戶可以第一時(shí)間知道城市的情況，采取必要的措施，降低損失[1]。

智慧城市的理念來源于美國，智慧城市系統(tǒng)應(yīng)該具有安防報(bào)警、照明控制的功能，實(shí)現(xiàn)人們對安全、便捷城市生活的要求[2]。論文所涉及的智慧城市系統(tǒng)能夠檢測城市的溫濕度、危險(xiǎn)氣體和煙霧，通過無線傳輸發(fā)送至主機(jī)，由主機(jī)數(shù)據(jù)處理判斷城市環(huán)境的危險(xiǎn)狀況。實(shí)時(shí)予以控制。系統(tǒng)所涉及的硬件價(jià)格便宜、靈敏度高，為系統(tǒng)的廣泛使用奠定了基礎(chǔ)，對實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的城市生活方式有一定借鑒作用。

1 ? ?系統(tǒng)的硬件介紹

本監(jiān)測系統(tǒng)由主機(jī)部分和分機(jī)部分組成。主機(jī)部分使用鍵盤輸入模塊來初始化系統(tǒng)，通信模塊與分機(jī)商之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）模塊實(shí)時(shí)顯示控制元件狀況。主機(jī)系統(tǒng)由4個(gè)模塊組成，這4個(gè)模塊相互獨(dú)立，并且與主機(jī)交互信息。這4個(gè)模塊是：控制濕度的濕度控制模塊、控制燃?xì)饬髁看笮〉娜細(xì)忾_關(guān)控制模塊、根據(jù)檢測的聲光信號進(jìn)行控制的聲光報(bào)警模塊、向警察報(bào)告危險(xiǎn)情況的撥號報(bào)警模塊。智慧城市系統(tǒng)職能是對城市的運(yùn)作情況進(jìn)行管制，將安防、傳感器、濕度和溫室氣體煙霧感應(yīng)器進(jìn)行測試，分機(jī)模塊得到各種傳感器的信息，這些信息通過PTR8000無線傳輸技術(shù)傳輸?shù)秸麄€(gè)系統(tǒng)的主機(jī)模塊，由主機(jī)模塊進(jìn)行顯示和控制[3]。

實(shí)際操作中主機(jī)模塊和分機(jī)模塊的信息是利用ESP8266 ?WiFi無線傳輸技術(shù)傳輸?shù)模恍枰镁W(wǎng)線傳輸信號，節(jié)約成本、節(jié)省人工。與此同時(shí)，由于無線電和無線電技術(shù)也被使用，所以具有節(jié)省電力、可靠性、低成本的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的組成如圖1所示。

1.1 ?溫濕度檢測模塊

在本設(shè)計(jì)中，用來檢測溫濕度的芯片是SHT11芯片，由瑞士生產(chǎn)，可以直接連接在各種單片機(jī)和可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）上，連線簡單，不需要調(diào)試，是一個(gè)可以獨(dú)立使用的模塊。在本次設(shè)計(jì)中利用C51單片機(jī)的P2.1端口連接SHT11芯片的DATA端口，利用C51單片機(jī)的P2.0端口連接SHT11芯片的SCK時(shí)鐘端口;并在C51單片機(jī)的P2.1端口和SHT11芯片的DATA端口之間連接一個(gè)4.7 KΩ的電阻，作用是使電壓穩(wěn)定，處于高電平，即上拉電阻，同時(shí)，在SHT11芯片的VCC及GND端接入一個(gè)0.1 μF的電容，作用是穩(wěn)定電壓[4]。

1.2 ?氣體檢測模塊

本系統(tǒng)的氣體檢測模塊使用的是af30l/38L氣體傳感器，它的原理是當(dāng)該氣體檢測模的導(dǎo)體表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，半導(dǎo)體的電阻會發(fā)生改變。當(dāng)半導(dǎo)體與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)時(shí)，半導(dǎo)體表面形成一層因氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的晶體顆粒，該晶體顆粒使傳感器的導(dǎo)電能力下降、電阻升高。

1.3 ?煙霧檢測模塊

煙霧傳感器主要由紅外發(fā)射管D1和紅外接收管組成，主要作用是預(yù)防火災(zāi)，光電傳感器作為捕獲外界信息的敏感元件，使用信號放大電路連接在AD轉(zhuǎn)換芯片上用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)使用的煙霧傳感器內(nèi)部由兩個(gè)紅外發(fā)射管D1、紅D2組成，煙霧傳感器檢測到的外部信號經(jīng)過外部放大電路放大后被系統(tǒng)的C51單片機(jī)接收，系統(tǒng)中的兩個(gè)紅外發(fā)射管在沒有煙霧的時(shí)候不通，當(dāng)有煙霧進(jìn)入后，系統(tǒng)中的兩個(gè)紅外發(fā)射管相通，這樣就可以證明有煙霧的存在，檢測到的模擬信號運(yùn)用運(yùn)算放大器對信號進(jìn)行處理再輸入AD轉(zhuǎn)換器[5]。

1.4 ?通信模塊

系統(tǒng)使用的無線通信模塊是PTR8000，該模塊與系統(tǒng)的51單片機(jī)連接，其內(nèi)置nRF905無線發(fā)射芯片完成數(shù)據(jù)傳輸，使用簡單。由于51單片機(jī)沒有串行外設(shè)接口，在與PTR8000無線傳輸模塊通信時(shí)，用中斷的方式讀取PTR8000傳輸?shù)臄?shù)據(jù)[6]。

2 ? ?系統(tǒng)的軟件介紹

2.1 ?溫濕度數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)工作開始時(shí)，需要對各模塊進(jìn)行初始化。當(dāng)SCK時(shí)鐘高時(shí)，數(shù)據(jù)被切取到低水平，然后，SCK被轉(zhuǎn)化為低水平，再轉(zhuǎn)化為電能，數(shù)據(jù)在正常水平上，DATA再次翻轉(zhuǎn)為高電平。溫濕度采集流程如圖2所示。

2.2 ?采集數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)利用傳感器檢測數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)的主機(jī)，傳輸方式為無線傳輸，其傳輸流程如圖3所示。

3 ? ?結(jié)語

綜上所述，本文介紹了智慧城市的溫濕度檢測模塊、氣體檢測模塊和煙霧檢測模塊，并將3個(gè)模塊采集的數(shù)據(jù)聯(lián)合起來，通過通信模塊傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行處理，為構(gòu)建安全、環(huán)保的智慧城市環(huán)境提供了條件。

[參考文獻(xiàn)]

[1]周娜.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用綜述[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2015（5）：126.

[2]孫杰.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用研究[J].硅谷，2014（15）：105.

[3]程春.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（2）：29-30.

[4]查紅勝，陳艷.基于云平臺智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（22）：161.

[5]陳赫，趙丹梅.基于單片機(jī)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018（22）：253.

[6]蔣開偉，孫凌杰.基于云平臺的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2018（21）：141-142.