基于物聯網的智慧城市數據采集技術實現研究

劉軍 呂剛磊 沈華剛

摘 ? 要：文章通過無線互聯技術，利用單片機把溫濕度傳感器檢測到的溫度、濕度數據傳輸到主機，從而將智能控制、氣體檢測和煙霧檢測數據組成一個系統，完成對城市環境溫濕度、危險氣體和煙霧報警的檢測，通過無線傳輸發送主機，由主機進行數據處理，判斷城市環境的危險狀況，控制聲學報警模塊和遠程報警模塊向警察報告危險情況。

關鍵詞：無線互聯技術;智慧城市;數據采集

目前，物聯網技術已經成為通信技術一個重要的發展方向，“萬物互聯”即利用互聯網技術把許多的物體聯網，時時分享這些互聯網的數據，為人們過上智能城市化、舒適、便利的生活提供了可能。本文通過無線傳輸技術檢測城市中的溫度，如果溫度過高，可能會出現失火的情況，那么就可以把這個信息發送給用戶，用戶可以第一時間知道城市的情況，采取必要的措施，降低損失[1]。

智慧城市的理念來源于美國，智慧城市系統應該具有安防報警、照明控制的功能，實現人們對安全、便捷城市生活的要求[2]。論文所涉及的智慧城市系統能夠檢測城市的溫濕度、危險氣體和煙霧，通過無線傳輸發送至主機，由主機數據處理判斷城市環境的危險狀況。實時予以控制。系統所涉及的硬件價格便宜、靈敏度高，為系統的廣泛使用奠定了基礎，對實現現代化的城市生活方式有一定借鑒作用。

1 ? ?系統的硬件介紹

本監測系統由主機部分和分機部分組成。主機部分使用鍵盤輸入模塊來初始化系統，通信模塊與分機商之間進行數據傳輸，由液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）模塊實時顯示控制元件狀況。主機系統由4個模塊組成，這4個模塊相互獨立，并且與主機交互信息。這4個模塊是：控制濕度的濕度控制模塊、控制燃氣流量大小的燃氣開關控制模塊、根據檢測的聲光信號進行控制的聲光報警模塊、向警察報告危險情況的撥號報警模塊。智慧城市系統職能是對城市的運作情況進行管制，將安防、傳感器、濕度和溫室氣體煙霧感應器進行測試，分機模塊得到各種傳感器的信息，這些信息通過PTR8000無線傳輸技術傳輸到整個系統的主機模塊，由主機模塊進行顯示和控制[3]。

實際操作中主機模塊和分機模塊的信息是利用ESP8266 ?WiFi無線傳輸技術傳輸的，不需要利用網線傳輸信號，節約成本、節省人工。與此同時，由于無線電和無線電技術也被使用，所以具有節省電力、可靠性、低成本的優點。系統的組成如圖1所示。

1.1 ?溫濕度檢測模塊

在本設計中，用來檢測溫濕度的芯片是SHT11芯片，由瑞士生產，可以直接連接在各種單片機和可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）上，連線簡單，不需要調試，是一個可以獨立使用的模塊。在本次設計中利用C51單片機的P2.1端口連接SHT11芯片的DATA端口，利用C51單片機的P2.0端口連接SHT11芯片的SCK時鐘端口;并在C51單片機的P2.1端口和SHT11芯片的DATA端口之間連接一個4.7 KΩ的電阻，作用是使電壓穩定，處于高電平，即上拉電阻，同時，在SHT11芯片的VCC及GND端接入一個0.1 μF的電容，作用是穩定電壓[4]。

1.2 ?氣體檢測模塊

本系統的氣體檢測模塊使用的是af30l/38L氣體傳感器，它的原理是當該氣體檢測模的導體表面發生氧化還原反應時，半導體的電阻會發生改變。當半導體與空氣中的氧氣發生反應時，半導體表面形成一層因氧化還原反應而產生的晶體顆粒，該晶體顆粒使傳感器的導電能力下降、電阻升高。

1.3 ?煙霧檢測模塊

煙霧傳感器主要由紅外發射管D1和紅外接收管組成，主要作用是預防火災，光電傳感器作為捕獲外界信息的敏感元件，使用信號放大電路連接在AD轉換芯片上用于數據轉換。本系統使用的煙霧傳感器內部由兩個紅外發射管D1、紅D2組成，煙霧傳感器檢測到的外部信號經過外部放大電路放大后被系統的C51單片機接收，系統中的兩個紅外發射管在沒有煙霧的時候不通，當有煙霧進入后，系統中的兩個紅外發射管相通，這樣就可以證明有煙霧的存在，檢測到的模擬信號運用運算放大器對信號進行處理再輸入AD轉換器[5]。

1.4 ?通信模塊

系統使用的無線通信模塊是PTR8000，該模塊與系統的51單片機連接，其內置nRF905無線發射芯片完成數據傳輸，使用簡單。由于51單片機沒有串行外設接口，在與PTR8000無線傳輸模塊通信時，用中斷的方式讀取PTR8000傳輸的數據[6]。

2 ? ?系統的軟件介紹

2.1 ?溫濕度數據采集實現

在系統工作開始時，需要對各模塊進行初始化。當SCK時鐘高時，數據被切取到低水平，然后，SCK被轉化為低水平，再轉化為電能，數據在正常水平上，DATA再次翻轉為高電平。溫濕度采集流程如圖2所示。

2.2 ?采集數據傳輸實現

系統利用傳感器檢測數據，并將數據傳送到系統的主機，傳輸方式為無線傳輸，其傳輸流程如圖3所示。

3 ? ?結語

綜上所述，本文介紹了智慧城市的溫濕度檢測模塊、氣體檢測模塊和煙霧檢測模塊，并將3個模塊采集的數據聯合起來，通過通信模塊傳輸到主機進行處理，為構建安全、環保的智慧城市環境提供了條件。

[參考文獻]

[1]周娜.物聯網技術在智能家居中的應用綜述[J].網絡安全技術與應用，2015（5）：126.

[2]孫杰.物聯網技術在智能家居中的應用研究[J].硅谷，2014（15）：105.

[3]程春.物聯網技術在智能家居中的應用[J].數字技術與應用，2014（2）：29-30.

[4]查紅勝，陳艷.基于云平臺智能家居系統的設計[J].電子技術與軟件工程，2018（22）：161.

[5]陳赫，趙丹梅.基于單片機的智能家居遠程控制系統的設計與實現[J].電子技術與軟件工程，2018（22）：253.

[6]蔣開偉，孫凌杰.基于云平臺的智能家居控制系統設計[J].電子世界，2018（21）：141-142.