基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)研究及實(shí)際應(yīng)用

摘要：隨著我國社會(huì)的飛速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對于家居生活質(zhì)量的要求也越來越高，主要體現(xiàn)于對于家居室內(nèi)環(huán)境尤其是空氣質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)化、可視化、信息化的直觀感知，并可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，進(jìn)而全面提高生活舒適度與滿意度?；谖锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在實(shí)際應(yīng)用中，該監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性已經(jīng)得到了社會(huì)的普遍認(rèn)可。因此，就當(dāng)前這一發(fā)展背景，本文立足于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，并從傳感技術(shù)的科學(xué)與創(chuàng)新運(yùn)用角度入手，對基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)加以研究，深入分析物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)與總體設(shè)計(jì)理念，探索該監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)要素，并對系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐加以總結(jié)與展望，以期為未來該技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的進(jìn)一步研究提供一定的借鑒價(jià)值。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能;室內(nèi)空氣;監(jiān)測系統(tǒng);理論基礎(chǔ);設(shè)計(jì);應(yīng)用

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2095-672X（2019）04-0-02

Abstract： With the rapid development of Chinas society and the continuous advancement of science and technology， peoples requirements for the quality of home life are also getting higher and higher， mainly reflected in the dataization， visualization and informationization of the indoor indoor environment， especially the air quality standards. Intuitive perception and real-time adjustment to improve overall comfort and satisfaction. The intelligent indoor air monitoring system based on the Internet of Things architecture emerges as the times require. In practical applications， the reliability and practicability of the monitoring system have been widely recognized by the society. Therefore， based on the current development background， this paper is based on the vigorous development of Internet of Things technology， and from the perspective of the science and innovation of sensor technology， the research on intelligent indoor air monitoring system based on IoT architecture， in-depth analysis of Internet of Things Based on the theoretical basis and overall design concept of the intelligent indoor air monitoring system， the technical elements of the monitoring system are explored， and the application and practice of the system are summarized and prospected， in order to provide some reference value for further research in the future.

Keywords： Internet of things; Intelligence; Indoor air; Monitoring system; Theoretical basis; Design; Application

近幾年來，我國社會(huì)發(fā)展呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢，社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技生活都表現(xiàn)出空前向好的進(jìn)步格局。在這樣的發(fā)展背景下，人們的物質(zhì)生活水平得到切實(shí)提高，思維與觀念也處于不斷的進(jìn)步中，更多地注重生活價(jià)值的追求。人們對于家庭居住環(huán)境要求和居住標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，就是這一發(fā)展趨勢的集中表現(xiàn)形式之一。此外，室內(nèi)空氣質(zhì)量如果長期處于較差水平，會(huì)對人體健康造成極大的傷害。基于以上兩個(gè)方面的考量，積極借助科技蓬勃發(fā)展進(jìn)步的東風(fēng)，通過先進(jìn)有效的技術(shù)手段對我國居民的室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測，具有非常重要的戰(zhàn)略意義和實(shí)踐價(jià)值。專家預(yù)測，在未來三至五年的時(shí)間中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將在社會(huì)生活中展開廣泛的普及與應(yīng)用，讓我們的生活變得越來越舒適、安全與健康[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)與總體設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)質(zhì)，在于不同物品之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，通過對周圍外部環(huán)境的立體探知，實(shí)現(xiàn)人與物品信息的轉(zhuǎn)換與交流互通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)理念，脫離互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)踐將無法達(dá)成。通過對我國近年來對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究成果的分析可以看出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在當(dāng)前我國社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中具有極為廣闊的應(yīng)用前景，并且擁有大量的政策扶持舉措，正在逐漸成為我國科技創(chuàng)新發(fā)展領(lǐng)域內(nèi)的新興力量[2]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系一般具有三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。第一，感知層次結(jié)構(gòu)，即通過對無線射頻的識(shí)別、攝像設(shè)備以及傳感裝置等實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對物品物理狀態(tài)和性質(zhì)的感知。第二，網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，即是物聯(lián)信息的運(yùn)輸層，將感知層次結(jié)構(gòu)中收集到的信息數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳遞。第三，應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)，即分析處理信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的最終功能，并衍生出不同行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)這一新興的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)手段，已經(jīng)在市場中占據(jù)了很高比重，廣泛應(yīng)用于對大氣監(jiān)測、水資源監(jiān)測以及污水處理等諸多領(lǐng)域[3]。

基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)不僅運(yùn)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還充分融入傳感監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)通信等多種前沿技術(shù)手段?；谖锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)主要的監(jiān)測對象是室內(nèi)空氣，具體指標(biāo)包括溫度、濕度、一氧化碳?xì)怏w濃度以及光照角度、時(shí)長，此外，還可以對室內(nèi)非法入侵等違法犯罪行為加以動(dòng)態(tài)監(jiān)測，切實(shí)保護(hù)人們的人身及財(cái)產(chǎn)安全。在系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)中，有如下幾方面總體要求：一方面，在硬件設(shè)計(jì)中，要符合低能耗、體積小、安全性、實(shí)用性等基本要求;另一方面，在軟件設(shè)計(jì)中，要符合模塊化、格式化等要求。這樣為系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)操作提供了指導(dǎo)思想，進(jìn)而最大程度地確保系統(tǒng)順利投產(chǎn)使用[4]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)分析

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的硬件技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要包括無線傳感、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)控制以及電源控制等裝置。

第一，無線傳感裝置。這一部分是監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)與核心點(diǎn)，其主要功能在于采集室內(nèi)空氣質(zhì)量參數(shù)，傳輸距離在十米至二十米之間便可以滿足監(jiān)測指標(biāo)要求。第二，數(shù)據(jù)收集裝置。首先，在空氣溫度、濕度數(shù)據(jù)收集中，選擇采用數(shù)字式空氣溫度、濕度傳感裝置，在具備較高可靠性的同時(shí)又能夠切實(shí)延長使用壽命;其次，在空氣顆粒含量數(shù)據(jù)收集中，采用MQ-2傳感裝置探測空氣中的顆粒物含量，尤其對烷類氣體的探測極為靈敏，可以有效預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生，這類裝置不僅應(yīng)用于室內(nèi)防火，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域也可以發(fā)揮對可燃?xì)怏w的泄露報(bào)警作用[6];最后，在室內(nèi)一氧化碳濃度數(shù)據(jù)收集中，選用CO/CF-1000傳感裝置探測一氧化碳?xì)怏w，通過數(shù)據(jù)的線性變化對濃度加以量化。第三，系統(tǒng)控制裝置。主要包括DM9000、SD接口電路、網(wǎng)口電路、LCD顯示屏等部分裝置?？梢赃x擇S3C641芯片作為處理器，其具有低成本、低能耗的技術(shù)優(yōu)勢。第四，電源控制裝置。為以上各類傳感裝置以及系統(tǒng)裝置提供穩(wěn)定的電源供給。

2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的軟件技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的軟件主要包括無線傳感網(wǎng)絡(luò)、室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)以及用戶終端。

第一，無線傳感網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)。主要是針對系統(tǒng)的上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，其中，上位機(jī)主要負(fù)責(zé)對計(jì)算機(jī)終端的數(shù)據(jù)監(jiān)測，讓用戶更為直觀地了解并掌握室內(nèi)空氣質(zhì)量信息;下位機(jī)則主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)裝置以及系統(tǒng)終端的軟件設(shè)計(jì)。第二，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)。這一軟件技術(shù)主要用于接收數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行一定的技術(shù)處理，傳遞至室內(nèi)計(jì)算機(jī)終端，并同時(shí)接收空氣質(zhì)量監(jiān)測中心返回的具體操作指令。第三，用戶終端軟件技術(shù)。這部分是針對用戶使用的功能設(shè)計(jì)，可以為用戶提供空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)查詢以及遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制功能，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)信息顯示界面、傳感器節(jié)點(diǎn)分布顯示界面以及實(shí)際操作界面等三個(gè)部分。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用展望

基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)目前僅僅實(shí)現(xiàn)了對室內(nèi)空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測;但是在智能控制方面存在很大的技術(shù)進(jìn)步空間。因此，在基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)的未來應(yīng)用實(shí)踐中，首先應(yīng)當(dāng)致力于室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)科學(xué)調(diào)節(jié)與控制功能的研究，在監(jiān)測空氣質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能控制，以確保室內(nèi)空氣質(zhì)量始終保持適宜生活居住的最佳狀態(tài)。其次，強(qiáng)化室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)拓展，不斷將其功能加以完善與推進(jìn)，讓我國居民在低成本的投入下享受更為舒適、便捷的居住環(huán)境和條件，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最大應(yīng)用價(jià)值[7]。

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為當(dāng)前新形勢下的新興產(chǎn)業(yè)，是我國科技進(jìn)步的標(biāo)志和重要元素，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分應(yīng)用于百姓生活、服務(wù)于民生需求，具有極為重要的戰(zhàn)略意義和社會(huì)價(jià)值。本文所探究的基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能室內(nèi)空氣監(jiān)測系統(tǒng)，就是在這樣的發(fā)展背景下的科技進(jìn)步的產(chǎn)物，是在革新物質(zhì)生活需求、服務(wù)基本民生需要的重要戰(zhàn)略舉措。但不可否認(rèn)的是，該項(xiàng)技術(shù)仍然存在很大的技術(shù)進(jìn)步空間，需要進(jìn)一步的研究與探索。

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收稿日期：2019-02-20

作者簡介：李峰（1968-），男，漢族，大學(xué)?？茖W(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測。