基于云計算的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究.doc

基于云計算的室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究 　　摘 要：室內環(huán)境的質量直接或者間接影響著人們的身心健康。文章以云計算為設想，主要以arduino 2560主控模塊、網(wǎng)絡傳輸模塊、傳感器檢測模塊、電平轉換模塊等把實時監(jiān)測、處理、報警結合成一體。另外，在嵌入式系統(tǒng)下設計嵌入式Web服務器，并在LCD顯示屏、網(wǎng)頁等平臺上顯示信息，提高了環(huán)境質量監(jiān)測的可靠性、實時性，希望可以提高、改善環(huán)境質量。 　　關鍵詞：云計算；監(jiān)測系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng) 　　引言 　　基于云計算的室內環(huán)境監(jiān)測的應用研究現(xiàn)如今已經(jīng)涉及到了各個行業(yè)。在市面上銷售的環(huán)境測量儀價格十分昂貴，許多人望而卻步。從調查來看，目前的環(huán)境測量大概分為三個方面，首先，自己購買測量儀器，缺點是功能單一，價格不菲。其次是邀請專業(yè)人員來家里進行測量，缺點是，活動時間限制，價格仍然不會太低，第三就是買各種測量儀，其缺點就更不用說了，代價會比前兩者高出數(shù)倍。以上三種情況對于普通人來說，根本無法接受，基于以上情況，為了解決這個問題，我們設計了一款功能齊全的室內環(huán)境檢測儀，通過對溫度、一氧化碳、甲醛、PM2.5等多參數(shù)進行實時采樣和實時監(jiān)測，可以掌握室內有害氣體的濃度，一旦家里的甲醛、液化氣、一氧化碳、酒精和煙霧等濃度過高時，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能夠立即發(fā)出警示信息提醒用戶及時應對處理，該系統(tǒng)不但實現(xiàn)了對特殊場所環(huán)境的監(jiān)測，彌補虧那些專業(yè)系統(tǒng)的不足，而且還可以遠程了解家庭環(huán)境的信息，及時應對突發(fā)信息，提前做好準備，減少不必要的損失。 　　1 系統(tǒng)的總體設計 　　根據(jù)實際情況，設計了基于單片機的小型系統(tǒng)，結構圖如圖1所示，該系統(tǒng)采用arduino2560芯片，傳感器采集到信息后，單片機經(jīng)過A/D D/A轉換后，在LCD顯示器顯示的同時通過W5100模塊傳輸?shù)讲樵兤脚_，如果傳感器采集的值超過預定的閾值，則通過串口報警模塊發(fā)短信報警。 　　2 硬件設計 　　室內環(huán)境監(jiān)測儀實現(xiàn)自動對家居環(huán)境中的溫度、濕度、一氧化碳濃度、煙霧濃度、甲烷濃度等進行數(shù)據(jù)采集，對采集的數(shù)據(jù)進行處理、指示分析，將監(jiān)測的指標信息顯示在液晶屏上，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫诉M行存儲，用戶通過信息平臺可及時獲取室內環(huán)境的指標，掌握室內環(huán)境的狀況。當某些檢測參數(shù)超過域值時，例如甲醛濃度、一氧化碳濃度、甲烷濃度、煙霧濃度、有害氣體濃度超標時，首先進行本地聲光報警提示并發(fā)送遠程報警信息到指定的手機上。將GPS/GPRS模塊應用到系統(tǒng)上，實現(xiàn)基于GPS/GPRS的環(huán)境監(jiān)測，當檢測室內各種有害氣體超標時，發(fā)短信到用戶手機，做到實時信息傳遞。本著以人為本的思想，經(jīng)過初步計算設計出了如下的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)圖，如圖2所示。核心控制采用意大利的arduino mega 2560，它有著開放的源代碼以及電路圖，操作簡單，提供免費的下載接口，支持ISP在線燒等等很多優(yōu)點。 　　溫濕度傳感器模塊。DHT11溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，其濕度測量范圍為10%～90%，溫度測量范圍為0～50℃，誤差范圍5%，完全適合我們的要求，它內部采用了但總線傳輸結構，便于與各種MCU連接，并且信號傳輸距離遠。 　　PM2.5粉塵傳感器采用粒子計數(shù)，可以靈敏的監(jiān)測出直徑在1微米以上的粒子，尺寸小，質量輕而且易于安裝。W5100是多功能的網(wǎng)絡接口芯片，內部集成了10/100Mbps以太網(wǎng)控制器，主要應用于高集成、高性能、高穩(wěn)定和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。W5100與IEEE802.3 10BASE-T和802.3u 100BASE-TX兼容。W5100內部集成了全硬件的、且經(jīng)過多年市場驗證的TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質傳輸層（MAC）和物理層（PHY）。W5100內部還集成有16KB存儲器用于數(shù)據(jù)傳輸。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要進行簡單的端口編程。如下實例： 　　byte mac[] = { 　　0xDE， 0xAD， 0xBE， 0xEF， 0xFE， 0xED 　　}；//設置路由器mac地址 　　IPAddress ip（192，168，1，15）；//設置本主機ip地址 　　EthernetServer server（80）；//設置瀏覽器端口號 　　client.println（HTTP/1.1 200 OK）；//寫入HTTP協(xié)議 　　3 軟件設計 　　本設計是利用跨平臺的java語言寫的web網(wǎng)頁前端，mysql語句操作后臺數(shù)據(jù)庫，當軟件接收到w5100通過網(wǎng)絡發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包后，進行解壓分組，用數(shù)據(jù)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。我們還進一步對數(shù)據(jù)進行了處理，將采集到的數(shù)據(jù)進行處理畫出對應的折線圖，以便客戶更好地了解室內環(huán)境各物質濃度的變化情況，具體原理圖如圖3所示。

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