基于開源物聯網平臺的環境監測系統設計

陳凱 譚宋 朱恒

摘要

經濟快速發展帶來的環境污染日益嚴重，空氣質量的優劣成為社會廣泛關注的問題。集中式空氣質量監控系統存在監控點少，數據更新緩慢的問題，無線傳感器網絡（WSN）可以實現對于多項參數的實時采集和分析。本文提出了基于開源軟硬件的環境監測系統，每個節點能夠感知溫度、濕度、氣壓、PM2.5、有害氣體等環境參數，通過Wi-Fi網絡將數據上傳物聯網平臺，通過移動終端可以實時查看分析和控制，具有廣泛的應用前景。

【關鍵詞】物聯網 環境監測 傳感器網絡

隨著經濟的持續增長，空氣污染成為重要環境健康問題。近年來，由于燃煤、汽車尾氣、工業煙塵等原因造成嚴重的霧霆問題，已經成為影響城市永續發展的重要因素。戶外污染物可以通過空氣流動室內，直接影響人員的舒適度和健康。本文提出了運行于無線傳感器網路（WSN）的室內環境監測系統，采用開源硬件，如Wi-Fi模塊、傳感器模塊，采集溫度、濕度、PM2.5等環境參數，通過Wi-Fi網絡將數據上傳到開源物聯網平臺（IoT）——Domoticz，通過移動終端實時查看分析。結合繼電器模塊，可以進行照明、換氣控制，實現遠程調控。

本文分別描述了系統的硬件設計和軟件設計，并介紹了實驗過程。最后總結論文，并提出可能的進一步工作。

1 硬件設計

服務器采用樹莓派（Raspberry Pi）3代微型電腦，安裝GNU/Linux-ARM操作系統。通過板載的802.11b/g/n無線局域網或10/100M以太網端口，與無線路由器連接。

傳感器模塊主要包括溫濕度傳感器Si7021，氣壓傳感器BMP180，顆粒物濃度傳感器攀藤PMS5003，有害氣體傳感器MQ-135。

無線節點采用基于ESP8266和CP2102的開發板EasyMcu開發板。基于ESP8266的NodeMcu開發板，具有GPIO、PWM、I2C、1-Wire、ADC等功能，結合NodeMcu固件為您的原型開發提供最快速的途徑。ESP8266是樂鑫公司生產的低功耗、高集成度的Wi-Fi芯片，僅需7個外圍元器件，高度集成，結構簡單，價格低廉且性能穩定

2 軟件設計

服務器采用樹莓派微型電腦，其功能必須包括傳感器數據采集、數據存儲和控制器功能Domoticz是一個開源的智能家居系統，不僅具有以上功能，而且支持Linux、Windows、樹莓派及各種嵌入式設備。通過它你可以監測和控制各種設備比如：燈、開關，各種傳感器、儀表。例如溫度、雨水、風速、紫外線強度、電壓電流、氣體等等。用戶界面是一個可擴展的HTML5網頁，兼容所有主流瀏覽器，能夠自動適應桌面瀏覽器及移動設備。

在安裝Domoticz之前，需要先為樹莓派安裝RaspianJessy Lite。在運行終端中輸入：

“sudo curl-L in、tall.domoticz.cn|bash”。系統安裝完畢后，傳感器模塊分別與Wi-Fi模塊連接后，接入Domoticz。

顆粒物濃度傳感器PMS5003與Domoticz連接成功后，進入事件觸發器，編寫lua腳本，將PM的文本數據分成PM1.0、PM2.5、PM10。

3 實驗過程

溫濕度傳感器、顆粒物濃度傳感器分別與Wi-Fi模塊連接后，接入無線局域網，并將數據上傳到服務器端運行的Domoticz平臺，結果如圖1、圖2所示。

4 結論與展望

近年來現代科技技術的不斷提升，物聯網的應用也將不斷地提高，未來它勢必會與人類生活息息相關，因此“物聯網”被人們稱為第三次信息技術革命。物聯網技術是一個新型的將數據、集成傳感器等合為一體的技術，其現在已經在家居、交通、環境等領域得到應用，將來其應用范圍會一步步的擴大。

5 主要結論

本文討論了基于開源物聯網平臺的室內環境監測系統，詳細介紹了硬件和軟件設計過程，并在實際環境中進行實驗證明。目前的工作重點是溫濕度和顆粒物濃度的監測。未來可以擴展到更多的傳感器，并實現基于物聯網的控制系統的研究。

參考文獻

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