智能空氣檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)

姚志婷，韓宇光，孫琦鈺，李 陽

（華東理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，上海200237）

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

對(duì)于環(huán)境情況的監(jiān)控使空氣檢測(cè)系統(tǒng)的市場(chǎng)需求越來越大，利用ArduinoUNO作為主板，通過霧霾傳感器、光照傳感器、風(fēng)速傳感器、雨滴傳感器和溫濕度傳感器檢測(cè)并獲得空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，然后通過ESP8266WiFi模塊，將所檢測(cè)到的信息上傳至云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空氣信息的實(shí)時(shí)共享，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖1 所示[1]。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制模塊

Arduino是一個(gè)開源的、擁有簡(jiǎn)單輸入/輸出的電路板，它沿用了Processing語言的開發(fā)環(huán)境[2]。Arduino的硬件部分由一個(gè)小型的微處理器和一個(gè)電路板組成[3]，Arduino上有14個(gè)數(shù)字IO引腳、6個(gè)模擬輸入引腳、6個(gè)模擬輸出引腳，得以滿足用戶的各種需求。

2.2 PM2.5模塊

系統(tǒng)采用的是夏普光學(xué)灰塵傳感器對(duì)空氣中所含的霧霾進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)模擬口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，令表征空氣質(zhì)量值與模擬口輸入值[4]V成一定的關(guān)系見式1.通過分析比對(duì)質(zhì)量的數(shù)據(jù)，得到被測(cè)環(huán)境中的空氣質(zhì)量等級(jí)，規(guī)定質(zhì)量簡(jiǎn)寫為q，當(dāng)01050時(shí)，被測(cè)環(huán)境空氣質(zhì)量等級(jí)為極差。

q=[（V/1024）-0.0356]×120 000×0.035（1）

2.3 WiFi模塊

在系統(tǒng)中將ESP8266搭載在Arduino上使用，從而能夠在環(huán)境中建立起Arduino單片機(jī)以及OneNET物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之間的聯(lián)系[5]。OneNET開放的第三方接口可以使ESP8266WiFi模塊傳輸數(shù)據(jù)到云端儲(chǔ)存分析，以在OneNET中創(chuàng)建的儀表盤和曲線圖為媒介，構(gòu)建實(shí)時(shí)污染物質(zhì)量監(jiān)測(cè)平臺(tái)。客戶端或監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以通過網(wǎng)頁進(jìn)入OneNET平臺(tái)進(jìn)行訪問，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過WiFi將數(shù)據(jù)上傳，部分程序如下圖2，PM2.5所采取的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后用data命名后上傳到云平臺(tái)。將ESP8266的工作模式設(shè)成了AP+STA模式，按照HTTP協(xié)議與OneNET平臺(tái)之間建立聯(lián)系，之后Arduino主板將數(shù)據(jù)發(fā)送至ESP8266模塊，模塊再將數(shù)據(jù)發(fā)送到OneNET云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)共享[6]。

圖2 軟件程序

4 運(yùn)行結(jié)果測(cè)試與分析

OneNET平臺(tái)顯示：在OneNET云平臺(tái)搭建了一個(gè)應(yīng)用管理界面，數(shù)據(jù)上傳之后會(huì)自動(dòng)通過儀表盤的形式顯現(xiàn)出最新上傳的一個(gè)數(shù)據(jù)，以及以曲線圖的形式顯示各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。圖3所示為當(dāng)前顆粒物濃度為884，表示被測(cè)地空氣質(zhì)量為差；光照強(qiáng)度采用百分制的形式，當(dāng)前光照強(qiáng)度為76%，表示被測(cè)地光照強(qiáng)度良好，同時(shí)可知當(dāng)前被測(cè)環(huán)境中溫度為29℃，濕度為61%[7]。

圖3 空氣各項(xiàng)指數(shù)顯示

5 結(jié)束語

本空氣檢測(cè)系統(tǒng)與市面上一般的空氣檢測(cè)系統(tǒng)相比，實(shí)現(xiàn)了多種參數(shù)同時(shí)檢測(cè)的功能，且在數(shù)據(jù)采集上檢測(cè)精確，滿足大部分人群對(duì)于空氣檢測(cè)的要求。該檢測(cè)系統(tǒng)不僅可以隨時(shí)隨地的指示當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)，還能夠?qū)?shù)據(jù)及時(shí)上傳至云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)及時(shí)的數(shù)據(jù)共享。

[1]米歇爾·麥克羅伯茨（MichaelMcRoberts）著，Arduino從基礎(chǔ)到實(shí)踐[M].楊繼志，郭敬,譯.北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2]John-David.Arduino機(jī)器人權(quán)威指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[3]MassimoBanzi.愛上Arduino[M].2版.北京：人民郵電大學(xué)出版社，2016.

[4]SimonMonk.Arduino編程指南[M].北京：人民郵電出版社，2016.

[5]曹振民，陳年生，馬 強(qiáng)等.基于ESP8266的無線控制電路設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2017，30（01）：68-69.

[6]MassimoBanzi.愛上Arduino[M].2版.北京：人民郵電大學(xué)出版社，2012.

[7]候杰林，張青春，符 駿.基于OneNET平臺(tái)的水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，25（03）：10-13.