基于物聯(lián)網(wǎng)的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

張卓

摘要：隨著生態(tài)綠色發(fā)展理念的提出，我國(guó)的環(huán)境問(wèn)題得到了有效的治理，環(huán)境質(zhì)量越來(lái)越高，空氣越來(lái)越清新干凈，水質(zhì)質(zhì)量也逐步的得到提高。室外污染與室內(nèi)污染都會(huì)對(duì)人民群眾的身心安全造成損害，影響人民群眾的生活質(zhì)量，因此，人民群眾需要加強(qiáng)家居環(huán)境的監(jiān)測(cè)力度，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)意識(shí)。本文將結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)下的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析提出家居環(huán)境監(jiān)測(cè)管理的發(fā)展前景，并闡述開展家居環(huán)境監(jiān)測(cè)活動(dòng)的意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 家居環(huán)境 監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 傳感器 設(shè)計(jì)策略

Design and Analysis of Home Environment Monitoring and Early Warning System Based on Internet of Things

ZHANG Zhuo

（Suzhou Zhangjiagang environmental monitoring station， Suzhou， Jiangsu? Province，215600? China）

Abstract： With the proposal of the concept of ecological green development， China's environmental problems have been effectively treated， the environmental quality is higher and higher， the air is fresher and cleaner， and the water quality is gradually improved. Both outdoor pollution and indoor pollution will damage people's physical and mental safety and affect people's quality of life. Therefore， people need to strengthen the monitoring of home environment and improve their awareness of environmental monitoring. Combined with the design and analysis of home environment monitoring and early warning system under the Internet of things， this paper puts forward the development prospect of home environment monitoring and management， and expounds the significance of carrying out home environment monitoring activities.

Key Words： Internet of things;Home environment;Monitoring and early warning system;Sensors;Design strategy

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，開展環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源活動(dòng)能夠促進(jìn)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展，提高人民群眾的生活質(zhì)量，營(yíng)造安全、健康的社會(huì)發(fā)展環(huán)境。我國(guó)是人口大國(guó)，保障人民群眾的身體健康安全是我國(guó)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，也是在發(fā)展過(guò)程中需要牢記的重要事項(xiàng)。環(huán)境污染會(huì)影響人民群眾的生活質(zhì)量，為人民群眾帶來(lái)健康安全隱患。室內(nèi)污染是影響人民群眾身體健康的重要因素，人民群眾需要加強(qiáng)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)，并對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行管理，提高安全意識(shí)。

1開展家居環(huán)境監(jiān)測(cè)活動(dòng)的意義

隨著時(shí)代的發(fā)展，人民群眾對(duì)家居環(huán)境的要求越來(lái)越高，健康的生活環(huán)境是大多數(shù)人的基本要求。影響家居環(huán)境的因素有很多，加強(qiáng)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)十分的重要，這是保障住戶居民身體健康安全的重要措施。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，物聯(lián)網(wǎng)得到了有力的發(fā)展，為了提升家居環(huán)境的監(jiān)測(cè)效果，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的力度，需要積極將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與家居環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)整合起來(lái)。規(guī)范監(jiān)測(cè)家居環(huán)境對(duì)于人民群眾的身體健康安全和國(guó)家的發(fā)展來(lái)說(shuō)具有重要的作用，不僅住戶居民要提高家居環(huán)境監(jiān)測(cè)的重視程度，相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測(cè)部門也需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度，對(duì)居住環(huán)境監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行宣傳，并積極為住戶居民配備良好的監(jiān)測(cè)設(shè)備，加快家居環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的進(jìn)度。

對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有重要的意義，一方面，有利于為人們提供良好的居住環(huán)境。家庭居住環(huán)境分為室內(nèi)與室外2個(gè)方面，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量與建設(shè)材料、家具質(zhì)量和家庭居住地址等因素有關(guān)，建設(shè)材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上決定著室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量高低。家居室內(nèi)環(huán)境的濕度、溫度、二氧化碳濃度等都是重點(diǎn)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度，可以為住戶居民提供全面的監(jiān)測(cè)報(bào)告，提高他們的監(jiān)測(cè)意識(shí)，讓他們了解自家的居住環(huán)境情況。住戶居民可以根據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)告對(duì)家庭居住環(huán)境進(jìn)行整改，打造安全、健康的居住場(chǎng)所，提升居住環(huán)境的安全性能。

另一方面，可以加快我國(guó)的發(fā)展進(jìn)程。人民群眾的身體安全影響著我國(guó)整體的發(fā)展速率，只有充分保障人民群眾的身體健康，才能充分發(fā)揮人民群眾的智慧，使人民群眾能夠精力充沛地進(jìn)行工作。否則，一旦人民群眾的身體安全得不到保障，人民群眾就無(wú)法進(jìn)行工作，企業(yè)和相關(guān)單位的工作活動(dòng)就會(huì)被擱置，不利于我國(guó)的快速發(fā)展。因此，對(duì)家居環(huán)境開展監(jiān)測(cè)工作十分的重要，住戶居民與相關(guān)部門都需要提高家居環(huán)境監(jiān)測(cè)的意識(shí)，為營(yíng)造良好的居住環(huán)境做出努力。

2在物聯(lián)網(wǎng)下家居環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1系統(tǒng)的整體架構(gòu)

影響家居環(huán)境的因素有很多，為了提高監(jiān)測(cè)力度，保障監(jiān)測(cè)角度的全面性，需要建立科學(xué)、合理的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)來(lái)保障家居環(huán)境的安全。監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的總體架構(gòu)是由三方面組成的，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。這3種層面的功能與構(gòu)造都不一樣，加強(qiáng)三方面的配合與應(yīng)用，能夠提高監(jiān)測(cè)的效率，保障監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。感知層可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種物質(zhì)和人群活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)室內(nèi)的某一物質(zhì)含量超標(biāo)，或者是室內(nèi)有人員進(jìn)行活動(dòng)，感知層都可以對(duì)以上情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將記錄報(bào)告發(fā)送到住戶手中，方便住戶進(jìn)行處理，降低居住環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，提高居住地的安全性能。

環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的感知層主要是由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)與信息處理子系統(tǒng)兩部分構(gòu)成的。網(wǎng)絡(luò)傳感器有一級(jí)節(jié)點(diǎn)和二級(jí)節(jié)點(diǎn)，其中一級(jí)節(jié)點(diǎn)是這個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分，對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)工作具有重要的作用。一級(jí)節(jié)點(diǎn)主要是將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)所監(jiān)測(cè)到的環(huán)境信息傳送給信息處理子系統(tǒng)，二級(jí)節(jié)點(diǎn)起著保證傳感器節(jié)點(diǎn)與一級(jí)節(jié)點(diǎn)保持順暢通信與聯(lián)絡(luò)的作用。不同住戶居民有著不同的監(jiān)測(cè)需求，用戶可以根據(jù)自身的需求設(shè)立安裝傳感器。例如：溫度傳感器、濕度傳感器、甲醛傳感器、二氧化碳傳感器等。用戶可以通過(guò)信息處理子系統(tǒng)來(lái)掌握家居環(huán)境情況，芯片是信息處理子系統(tǒng)的核心，將芯片與家居網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)行整合。當(dāng)家居環(huán)境出現(xiàn)異常情況時(shí)，用戶可以接收到相關(guān)的環(huán)境異常信息，掌握家居環(huán)境情況。

2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 WIFI模塊設(shè)計(jì)

通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將家居環(huán)境信息實(shí)時(shí)發(fā)送到用戶的手機(jī)上，用戶可以通過(guò)聯(lián)網(wǎng)WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)接收。WIFI模板的種類多樣，用戶可以根據(jù)自身的需求，自行選擇相應(yīng)的WIFI模板，ESP8266WIFI模板是市場(chǎng)上應(yīng)用的比較廣泛的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)模板。因?yàn)樵撃０宓闹谱鞒杀颈容^低、消耗的能量較少、用戶使用起來(lái)十分的方便。同時(shí)，它還添加了一些新的板塊內(nèi)容，例如：外圍電路、串口等，因此這種設(shè)備受到了廣大用戶的青睞，相比其他的WIFI模板來(lái)說(shuō)，有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。WIFI模板是軟件與硬件進(jìn)行連接的重要橋梁，將WIFI模塊與串口的波特率設(shè)置成一樣后，用戶可以直接通過(guò)串口來(lái)相關(guān)的指令來(lái)對(duì)WIFI模塊進(jìn)行配置[1]。

2.2.2 溫濕度傳感器

為了給住戶提供舒適的居住環(huán)境，保證居住空氣中的溫濕度滿足住戶的需求與要求，提高住戶對(duì)居住環(huán)境的滿意度與幸福感，需要對(duì)居住環(huán)境的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。SHT20溫濕度傳感器是溫濕度傳感器中性能與質(zhì)量比較好的一款傳感器，其用戶使用率比較高，應(yīng)用范圍比較廣泛。一些溫濕度傳感器對(duì)于監(jiān)測(cè)環(huán)境有著較高的要求，當(dāng)監(jiān)測(cè)環(huán)境的濕度比較高時(shí)，會(huì)影響數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，不利于整體的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)。而SHT20溫濕度傳感器相比其他的溫濕度傳感器來(lái)說(shuō)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其可以在高濕度的環(huán)境下進(jìn)行工作，性能十分穩(wěn)定。

2.2.3空氣質(zhì)量傳感器

隨著人民群眾對(duì)家居環(huán)境的要求越來(lái)越高，住戶也加強(qiáng)了空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作。家居空氣質(zhì)量影響著住戶的居住體驗(yàn)與身心健康，而且，空氣質(zhì)量與其他物質(zhì)有著密切的聯(lián)系，當(dāng)空氣中的灰塵、二氧化碳、甲醛等物質(zhì)超出一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，就會(huì)影響空氣的質(zhì)量問(wèn)題。因此，在開展家居環(huán)境的監(jiān)測(cè)工作時(shí)，需要選擇質(zhì)量與性能較好的空氣質(zhì)量傳感器，為住戶身心安全提供保障。GP2Y1051AUOF空氣傳感器是一款較為靈敏的傳感器，監(jiān)測(cè)力度比較高、質(zhì)量較好，住戶以及相關(guān)部門人員開展監(jiān)測(cè)工作時(shí)，可以對(duì)該設(shè)備進(jìn)行運(yùn)用，提高監(jiān)測(cè)工作的效率，營(yíng)造健康、舒適的家居環(huán)境[2]。

2.2.4無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要有3種節(jié)點(diǎn)，分別是一級(jí)節(jié)點(diǎn)、二級(jí)節(jié)點(diǎn)與傳感器節(jié)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)沒(méi)有多大差別。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以將CC2530F256單片機(jī)作為核心部件，因?yàn)樵摬考粌H使用性能比較高、消耗的功率比較少，而且它的內(nèi)核比較大，外圍設(shè)備比較豐富。更重要的是它能夠與傳感器進(jìn)行進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)通信工作。要想順利開展通信工作，需要有相關(guān)的天線作為支撐，天線不僅可以節(jié)省節(jié)點(diǎn)的體積，還能提升網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性能。不同傳感器完成監(jiān)測(cè)工作后，會(huì)將數(shù)據(jù)成功的傳送到天線中，確保通信工作的順利開展。

2.2.5信息處理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

信息處理系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要系統(tǒng)之一，住戶可以根據(jù)信息處理系統(tǒng)了解到環(huán)境監(jiān)測(cè)情況，從而對(duì)環(huán)境出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行處理和整改。該系統(tǒng)主要是由中央處理單元、存儲(chǔ)單元以及GSM模塊構(gòu)成的。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作時(shí)，可以采用STM32F103RET6微處理器和ARM Cortex M3內(nèi)核等一系列部件，這樣能夠加快監(jiān)測(cè)的工作頻率。同時(shí)，存儲(chǔ)單元還能夠存儲(chǔ)重要的數(shù)據(jù)資料，運(yùn)用以太網(wǎng)控制器能夠加快數(shù)據(jù)的傳輸速率。對(duì)于GSM來(lái)說(shuō)，可以運(yùn)用AT指令實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM的控制，提高GSM的穩(wěn)定性，減少數(shù)據(jù)傳輸所造成的功率[3]。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.3.1無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要以CC2530的Basic RF無(wú)線通信協(xié)議為基礎(chǔ)，構(gòu)建一級(jí)節(jié)點(diǎn)、二級(jí)節(jié)點(diǎn)和傳感器節(jié)點(diǎn)。一級(jí)節(jié)點(diǎn)作為無(wú)線傳感器的核心部件，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)完成家居環(huán)境監(jiān)測(cè)時(shí)，需要利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將該數(shù)據(jù)傳送到一級(jí)節(jié)點(diǎn)中。二級(jí)節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)重要的中轉(zhuǎn)部件，傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭患?jí)節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，需要先將數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉?jí)節(jié)點(diǎn)上，然后才能繼續(xù)傳輸?shù)揭患?jí)節(jié)點(diǎn)上。如果一級(jí)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)收到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，二級(jí)節(jié)點(diǎn)會(huì)收到尋找反饋信息，那么傳感器就能夠保證自身已經(jīng)完成數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程了[4]。

2.3.2信息處理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

STM32微控制器是信息處理子系統(tǒng)的核心，它能夠與其他的部件進(jìn)行整合，然后通過(guò)太空網(wǎng)顯示出家居環(huán)境信息，并且會(huì)設(shè)立一定的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)立的標(biāo)準(zhǔn)，那么STM微控制器會(huì)通過(guò)GSM模塊發(fā)送指令，然后住戶就會(huì)收到相關(guān)的數(shù)據(jù)超標(biāo)信息。當(dāng)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)活動(dòng)結(jié)束時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，信息處理子系統(tǒng)中具有存儲(chǔ)部件，能夠?qū)⒚恳淮蔚谋O(jiān)測(cè)信息保存下來(lái)，方便住戶對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行查詢和收集分析[5]。

3 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展前景

對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行合理、科學(xué)的監(jiān)測(cè)，并設(shè)立監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可以加強(qiáng)住戶對(duì)家居環(huán)境的管理，方便住戶了解家居環(huán)境信息，提升家居環(huán)境的安全性能。在現(xiàn)代化的社會(huì)發(fā)展下，各種建設(shè)材料層出不窮，有一些不良商家為了謀取利益，使用一些危害性較大的建筑材料和粉刷顏料。人民群眾對(duì)于建筑材料的了解不深，對(duì)這些材料加以使用，長(zhǎng)此以往，會(huì)逐漸損害自身的身體健康[6]。

因此，住戶與相關(guān)政府部門需要提高對(duì)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)工作重要性的認(rèn)識(shí)，積極設(shè)立監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。家居環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)要想在市場(chǎng)中占有一席之地，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高該系統(tǒng)的安裝覆蓋面積，就需要不斷的進(jìn)行改革創(chuàng)新，簡(jiǎn)化住戶的使用操作步驟，同時(shí)，還需要注重該系統(tǒng)的性價(jià)比，減少住戶的經(jīng)濟(jì)支出，減緩該系統(tǒng)的購(gòu)買壓力。最后還需要保障該系統(tǒng)的綠色、環(huán)保性，防止造成二次環(huán)境污染。

4 結(jié)語(yǔ)

人民群眾長(zhǎng)期生活在家居環(huán)境中，家居環(huán)境的質(zhì)量影響著人民群眾的身心健康，要想營(yíng)造良好的家居環(huán)境，需要加強(qiáng)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)?？梢栽O(shè)立安全可靠的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行檢查，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將監(jiān)測(cè)報(bào)告及時(shí)地傳輸?shù)阶羰种校屪袅私獾阶陨淼木幼…h(huán)境情況，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)意識(shí)，并根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告采取相應(yīng)的措施，減少有害物質(zhì)對(duì)自身身體安全造成的傷害。

參考文獻(xiàn)

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