基于云計(jì)算的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究

1、基于云計(jì)算的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究摘要：室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量直接或者間接影響著人們的身心 健康。本文以云計(jì)算為設(shè)想， 主要以 arduino 2560 主控模塊、 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、傳感器檢測模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊等把實(shí)時(shí)監(jiān) 測、處理、報(bào)警結(jié)合成一體。另外，在嵌入式系統(tǒng)下設(shè)計(jì)嵌 入式Web服務(wù)器，并在LCD顯示屏、網(wǎng)頁等平臺上顯示信息， 提高了環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的可靠性、實(shí)時(shí)性，希望可以提高、改 善環(huán)境質(zhì)量。關(guān)鍵詞：云計(jì)算；監(jiān)測系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際情況，我們設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的小型系統(tǒng)，結(jié) 構(gòu)圖如圖 1 所示，該系統(tǒng)采用 arduino2560 芯片，傳感器采 集到信息后，單片機(jī)經(jīng)過 A/D

2、 D/A轉(zhuǎn)換后，在LCD顯示器顯 示的同時(shí)通過 W5100 模塊傳輸?shù)轿覀兊牟樵兤脚_， 如果傳感 器采集的值超過預(yù)定的閾值，則通過串口報(bào)警模塊發(fā)短信報(bào) 警。2 硬件設(shè)計(jì) 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對家居環(huán)境中的溫度、濕度、 一氧化碳濃度、煙霧濃度、甲烷濃度等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對采 集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、指示分析，將監(jiān)測的指標(biāo)信息顯示在液晶屏上，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行存儲(chǔ)，用戶通過信息平臺可及時(shí)獲取室內(nèi)環(huán)境的指標(biāo)，掌握室內(nèi)環(huán)境的狀況。當(dāng)某些檢測參數(shù)超過域值時(shí)，例如甲醛濃度、一氧化碳濃度、甲烷濃度、煙霧濃度、有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)，首先進(jìn)行本地聲光 報(bào)警提示并發(fā)送遠(yuǎn)程報(bào)警信息到指定的手機(jī)上。我們將GPS/GPRS

3、模塊應(yīng)用到系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)基于GPS/GPRS勺環(huán)境監(jiān)測，當(dāng)檢測室內(nèi)各種有害氣體超標(biāo)時(shí)，發(fā)短信到用戶手機(jī)， 做到實(shí)時(shí)信息傳遞。本著以人為本勺思想，經(jīng)過初步計(jì)算設(shè) 計(jì)了環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)圖，如圖 2 所示。核心控制采用意大利勺 arduino mega 2560 ，它有著開放勺源代碼以及電路圖，操作簡單，提供免費(fèi)勺下載接口，支持ISP在線燒等等很多優(yōu)點(diǎn)。溫濕度傳感器模塊： DHT11 溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出勺溫濕度復(fù)合傳感器，其濕度測量范圍為10%90%,溫度測量范圍為 050C，誤差范圍5%,完全適合我們勺要求，它內(nèi)部采用了但總線傳輸結(jié)構(gòu)，便于與各 種 MCU 連接, 并且信號傳輸距離

4、遠(yuǎn)。 PM2.5 粉塵傳感器采用 粒子計(jì)數(shù),可以靈敏勺監(jiān)測出直徑在 1 微米以上勺粒子,尺 寸小,質(zhì)量輕而且易于安裝傳感器勺特性曲線如圖 3 所示。W5100 是多功能勺網(wǎng)絡(luò)接口芯片,內(nèi)部集成了10/100Mbps 以太網(wǎng)控制器,主要應(yīng)用于高集成、高性能、高穩(wěn)定和低成本勺嵌入式系統(tǒng)中。 W5100 與 IEEE802.310BASE-T和 802.3u 100BASE-TX兼容。W5100 內(nèi)部集成了全 硬件的、且經(jīng)過多年市場驗(yàn)證的TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。W5100內(nèi)部還集成有16KB 存儲(chǔ)器用于數(shù)據(jù)傳輸。 使用 W5100 不需要考慮以太網(wǎng)的控制，

5、只需要進(jìn)行簡單的端口編程。如下實(shí)例：byte mac = 0xDE， 0xAD， 0xBE， 0xEF， 0xFE， 0xED；/ 設(shè)置路由器 mac 地址IPAddress ip（192，168，1， 1 5 ） ；/設(shè)置本主機(jī) ip 地 址EthernetServer server （ 80）；/ 設(shè)置瀏覽器端口號 client.println （ HTTP/1.1 200 OK） ； / 寫入 HTTP協(xié)議3 軟件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是利用跨平臺的 java 語言寫的 web 網(wǎng)頁前端， mysql 語句操作后臺數(shù)據(jù)庫，當(dāng)軟件接收到 w5100 通過網(wǎng)絡(luò) 發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包后，進(jìn)行解壓分組，用數(shù)據(jù)

6、庫語句處理分 組后的數(shù)據(jù)，判斷是否合理，如果合理則存入數(shù)據(jù)庫中，否 則丟棄。我們還進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，將采集到的數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理畫出對應(yīng)的折線圖，以便客戶更好地了解室內(nèi)環(huán)境 各物質(zhì)濃度的變化情況，具體原理圖如圖 4 所示。硬件采集 的數(shù)據(jù)也會(huì)有偶然誤差，效果不是百分之百的準(zhǔn)確，為了解 決這個(gè)問題，就要利用到濾波算法，濾波算法有很多，經(jīng)過 比較我才用了數(shù)字濾波算法和算術(shù)平均值濾波算法，有效地 提高了數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性。具體算法原理如下：連續(xù)采 集 N 個(gè)樣本，存入數(shù)組中，數(shù)組的長度固定，然后去除其中 的最大值和最小值而取剩余的 N-2 個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換值的平均值， N 一般取510。大量實(shí)驗(yàn)

7、證明，在沒有采用濾波算法前， 系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生誤差，傳感器讀數(shù)波動(dòng)比較大；采用 濾波算法后，傳感器讀數(shù)波動(dòng)明顯變小，特別是變化緩慢的 環(huán)境下，讀數(shù)基本保持穩(wěn)定，自動(dòng)控制系統(tǒng)沒有誤動(dòng)作。4 結(jié)束語 伴隨著人們生活水平的提高，室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量是人們比 較在意的一個(gè)話題，環(huán)境的好與壞直接影響的是人們的生活 質(zhì)量，本項(xiàng)目主要研究對家居環(huán)境中的甲醛濃度、苯及苯蒸 氣濃度、天然氣濃度、一氧化碳濃度、煙霧濃度、溫度、濕 度等有害污染物進(jìn)行的監(jiān)測、顯示并在污染物濃度超標(biāo)時(shí)， 發(fā)出報(bào)警信息，提示用戶及時(shí)應(yīng)對處理，經(jīng)過檢測與使用， 得出結(jié)論系統(tǒng)不僅適合家庭、學(xué)校還適合工廠等與環(huán)境監(jiān)測 相關(guān)的領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測，采集的數(shù)據(jù)精度 較高，克服了環(huán)境監(jiān)測的局域性和區(qū)域性， 不但提高了效率， 而且提高了環(huán)境監(jiān)測的信息化和自動(dòng)化水平。參考文獻(xiàn)1 崔曼， 薛惠鋒， 卜凡彪， 等.基于物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究J.西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013 ( 7)2 李國剛，李旭文，溫香彩 .物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與環(huán)境自動(dòng) 監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)J中國環(huán)境監(jiān)測，2011 (1).3 賈益剛 .物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測和預(yù)警中的應(yīng)用研究J上海建設(shè)科技，2010 (6