用移動設備完成環境監測

摘 要：環境監測是通過對人類和環境有影響的各種物質的含量、排放量的檢測，跟蹤環境質量的變化，確定環境質量水平，為環境管理、污染治理等工作提供數據分析和保證。簡單地說，了解環境水平，進行環境監測，是開展一切環境工作的前提。環境監測的目的是為了準確、及時、全面地反映環境質量現狀及發展趨勢，為環境管理、污染源控制、環境規劃等提供科學依據。

關鍵詞：傳感器 客戶機/服務器 串口

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0102-01

大氣環境保護事關人民群眾根本利益，事關經濟持續健康發展，事關全面建成小康社會，事關實現中華民族偉大復興中國夢。當前，我國大氣污染形勢嚴峻，以可吸入顆粒物（PM10）、細顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區域性大氣環境問題日益突出，損害人民群眾身體健康，影響社會和諧穩定。為了培養學生的軟硬結合的產品開發意識和用戶體驗設計能力，激發學生對移動互聯網應用軟件開發領域的學習和研究興趣，提高其軟件編程能力和職業素養，使學生順應移動互聯網的發展趨勢，現需要設計一套用于環境空氣移動智能監控調節系統。實驗機作為數據采集器，和沙盤的單片機板通過串口相連，用于采集各種傳感器的數據；同時用實驗機作為服務器，和客戶端進行通訊，將采集到的傳感器數據實時發送到客戶端進行顯示，并根據設置的閾值打開和關閉沙盤中的報警裝置。

1 系統概述

智能環境監測是指通過計算機、傳感器、通信網絡等新技術，動態實時的獲取和監測環境的各項指標。智能環境監測系統包括幾個組成部分：客戶端：客戶端運行在平板電腦上，操作系統采用Android系統，用戶可以通過平板電腦實時看到當前環境指標數值；服務器端：服務器端運行在定制實驗箱硬件上，操作系統采用Android系統，服務器端一方面接受客戶端數據讀取請求，給予響應；另一方面通過串口讀取外接模塊。客戶端與服務器端連接：通過wifi網絡連接；協調器：一個單片機，與外部各種傳感器以及繼電器通信，協調器與傳感器連接；服務器端與協調器：通過串口數據線連接。

2 服務器端系統架構

服務器端系統主要是負責創建Http服務和通過串口讀數據，創建完畢，串口周期采集數據，串口數據保存到內存變量中，而Http服務則負責接收來自客戶端的請求，當請求到達時創建一個線程處理該請求，線程內部首先解析請求，根據請求的參數區分進行后續的業務邏輯處理，業務邏輯處理過程會從內存變量中讀取采集到的串口數據，處理完畢后構造響應消息應答客戶端設備。Http服務器負責接收來自客戶端的請求，當請求到達時創建一個線程處理該請求，線程內部首先解析請求，根據請求的參數區分進行后續的業務邏輯處理，業務邏輯處理過程會從消息隊列中讀取采集到的串口數據，處理完畢后構造響應消息應答客戶端設備。

3 采集串口傳感器數據

采集串口傳感器數據完成定時任務，任務開始時，延時一秒發送外設請求。數據回傳。循環讀取外部設備數據，當讀滿一個采樣周期完整的數據時，對該讀到的數據按接口協議進行解析，解析出每個傳感數據的數值，并將原始采樣數值按照約定算法進行處理。設備連接后，應用程序發送命令。外設接收到指令后，返回設備物理地址，后續發送數據，解析需要依據這些地址。

4 關鍵設計

主程序負責服務器端界面的繪制，響應來自界面的用戶操作。通過按鈕打開和關閉串口和http服務。控制串口，讀取串口數據有單獨 service控制。http服務也是有單獨service控制。它還要負責實現android平臺下的http服務，在此基礎上完成了客戶端http請求消息的解析處理，并生成響應消息應答客戶端的請求。另外還需SQLite編寫，SQLite為移動客戶端提供數據存儲功能，它負責保存用戶信息，提供用戶登錄驗證和用戶添加等。

5 我們的任務

我們的任務是設計客戶端程序，它包括（1）正確登陸后，出現顯示界面，在該界面下實現如下功能：時間及日期顯示，PM2.5當前數值顯示，PM2.5閾值設置，PM2.5超閾值后告警，PM2.5監測數值曲線顯示，二氧化碳當前數值顯示，二氧化碳閾值范圍設置，二氧化碳超閾值后告警。（2）時間及日期顯示：在主界面左下角能正確顯示當前時間、日期及星期。（3）PM2.5當前數值顯示：在主界面中能夠正確顯示當前PM2.5的數值。（4）PM2.5閾值設置：點擊圖中“設置”按鈕，能夠彈出PM2.5告警閾值設置對話框，在該對話框左側會顯示當前PM2.5的監測值，并能顯示當前告警狀態，可以設置PM2.5告警的閾值，點擊確定按鈕后可以正確修改PM2.5閾值并返回環境監測界面。（5）PM2.5超閾值后告警：在性能監測界面的PM2.5當前數值顯示右上側有告警狀態顯示。（6）PM2.5監測數值曲線顯示：在環境監測主界面能夠動態顯示PM2.5的狀態曲線，顯示出PM2.5的變換狀況。每個繪圖點的高度要能夠反映出所對應時間點的數值高度，在每個繪圖點的上方有所對應數值顯示。（7）二氧化碳當前數值顯示：在主界面右下角能夠顯示二氧化碳濃度的當前監測值。（8）二氧化碳閾值范圍設置：點擊圖中“設置”按鈕，能夠彈出如下圖所示對話框，在該對話框中，能夠顯示出二氧化碳的當前監測值，以及目前告警狀態。用戶能夠輸入二氧化碳的閾值上限及下限。設置完成后點擊“確定”按鈕能夠返回主界面，并正確修改報警閾值。（9）二氧化碳超閾值后告警：當二氧化碳濃度超過所設定的上門限或下門限時，主界面中將顯示二氧化碳告警，遠程控制功能：用戶可以通過點擊主界面上的按鈕來打開遠程的告警燈，或點擊主界面上的按鈕來關閉遠程的告警燈。客戶端與服務器端通信采用http消息通信，消息的body采用jason格式描述。系統包括登錄部分、多個指標顯示、單個指標動態顯示、指標閥值設置界面等。產品主要功能模塊展示，涉及“空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照強度、二氧化碳”共6個模塊的實時數據展示，以及當某參數超過設置的數值范圍后，將采用顏色高亮（紅色）的方式，提醒用戶，單個指標動態顯示更詳細的展示波動曲線。曲線圖根據設定的閥值，顯示兩種狀態（正常、預警）。預警狀態，顯示為紅色。

參考文獻

[1]傳感器采集串口通訊協議.