智能環(huán)境信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳新銳

在21 世紀(jì)信息高速化的背景下，我國科技在世界領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展隨之加快，各式各樣的智能設(shè)備越來越多地出現(xiàn)在我們工作和生活中。智能移動(dòng)互聯(lián)是一種以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，通過不斷地?cái)U(kuò)展與延伸而產(chǎn)生的新興智能化技術(shù)產(chǎn)業(yè)，通過與類型豐富的傳感器設(shè)備連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，機(jī)器與物體能夠互相連接。

在移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域的開發(fā)與使用中， ESP32?Wi?Fi模塊由于使用簡易、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)良特性而備受開發(fā)者的青睞[1] 。具備無線通信功能核心控制器的出現(xiàn)，讓更多的開發(fā)者得以接觸移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域，進(jìn)行智能互聯(lián)項(xiàng)目研究與開發(fā)，使傳感器在人們生活中發(fā)光發(fā)亮。得益于大量的傳感器數(shù)據(jù)交互，人們的出行、工作、生活等變得更加便捷。本文針對傳統(tǒng)環(huán)境采集系統(tǒng)工作過程中存在的問題，設(shè)計(jì)基于MQTT 技術(shù)的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

按照功能作用將系統(tǒng)分為采集層、控制層、傳輸層和應(yīng)用層。采集層由溫濕度、超聲波、氣體濃度、人體紅外、光照等傳感器分散部署，以獲取周邊環(huán)境信息;控制層由ESP32 匯集各種傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并可以對排氣、調(diào)光、加熱、降溫、加濕、聲光報(bào)警等控制單元進(jìn)行操作;傳輸層包括有線傳輸和無線傳輸兩個(gè)部分，ESP32 控制中心內(nèi)部采用有線連接方式，外部通過Wi?Fi 以MQTT 方式與OneNET?中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開放平臺無縫連接[2] 。

系統(tǒng)上電后，ESP32 控制中心自動(dòng)獲取各傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并上傳至云服務(wù)中心，通過打開已聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)客戶端的APP 或者網(wǎng)頁，可以跟控制中心建立無線通信連接，實(shí)時(shí)查看各傳感器的參數(shù)值?？刂浦行倪€會對各傳感器采集數(shù)據(jù)做閾值判斷，如果采集數(shù)據(jù)超過設(shè)定的安全值，將會向移動(dòng)客戶端推送報(bào)警信息，客戶可以通過移動(dòng)端反向遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

該系統(tǒng)采用各種傳感器來監(jiān)測周邊環(huán)境的參數(shù)值，由ESP32 作為控制中心，通過其構(gòu)建的Wi?Fi 無線網(wǎng)絡(luò)來傳輸環(huán)境參數(shù)，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并反向控制排氣、調(diào)光、升降溫等相關(guān)執(zhí)行單元，最終可在APP 或網(wǎng)頁界面實(shí)時(shí)顯示所監(jiān)測環(huán)境的狀態(tài)。

2硬件電路搭建

（1）核心處理器

ESP32 集成了2.4GHz Wi?Fi 和Bluetooth 雙模，具有超高的射頻性能、穩(wěn)定性、通用性和可靠性，以及超低的功耗?？梢栽贚inux 或Windows 平臺下通過ESP?IDF 編程工具進(jìn)行開發(fā)。

（2）傳感器模塊

各傳感器與ESP32 主控之間的電路連接關(guān)系如圖2 所示，傳感器實(shí)質(zhì)上是一種智能檢測反饋裝置，可以實(shí)現(xiàn)電信號、溫度、熱量、降雨量、氣體濃度、噪聲分貝量等信息的傳輸與處理。隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器被廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)的智能設(shè)備中。

3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控顯示界面的開發(fā)主要在OneNET?中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)平臺上完成。通過APP 或網(wǎng)頁端訪問OneNET 平臺，網(wǎng)頁版的平臺內(nèi)容可以同步顯示到APP 或網(wǎng)頁端，即可實(shí)時(shí)查看系統(tǒng)各個(gè)傳感器當(dāng)前所測的數(shù)據(jù)值，也可查看到當(dāng)前值與過去值之間相對變化趨勢的折線圖。監(jiān)控顯示界面如圖3 所示。

基于MQTT 與OneNET?中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)平臺連接，需要對CONNECT 報(bào)文中客戶端ID、用戶名和密鑰等重要信息參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在報(bào)文數(shù)據(jù)信息成功發(fā)送之后，即可進(jìn)入OneNET 平臺，在產(chǎn)品狀態(tài)信息欄可看到設(shè)備顯示在線狀態(tài)[3] 。

4總結(jié)

本文主要闡述了基于ESP32 主控和MQTT 技術(shù)的智能環(huán)境信息采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測周邊環(huán)境的溫濕度、障礙物距離、氣體濃度、人體紅外、光照、風(fēng)速等參數(shù)，并通過Wi?Fi 將環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)中心，工作人員通過APP 或網(wǎng)頁端可以實(shí)時(shí)、高效地查詢環(huán)境信息并執(zhí)行相應(yīng)反向控制操作。該采集系統(tǒng)具有功能架構(gòu)齊全、可靠性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性高、節(jié)能環(huán)保、維護(hù)管理便捷等特點(diǎn)，具有良好的市場應(yīng)用前景。