智能環境信息采集系統設計

陳新銳

在21 世紀信息高速化的背景下，我國科技在世界領域的不斷創新，社會經濟發展隨之加快，各式各樣的智能設備越來越多地出現在我們工作和生活中。智能移動互聯是一種以互聯網技術為核心，通過不斷地擴展與延伸而產生的新興智能化技術產業，通過與類型豐富的傳感器設備連接，進而實現在任何時間、任何地點，機器與物體能夠互相連接。

在移動互聯領域的開發與使用中， ESP32?Wi?Fi模塊由于使用簡易、功能強大、性價比高等優良特性而備受開發者的青睞[1] 。具備無線通信功能核心控制器的出現，讓更多的開發者得以接觸移動互聯領域，進行智能互聯項目研究與開發，使傳感器在人們生活中發光發亮。得益于大量的傳感器數據交互，人們的出行、工作、生活等變得更加便捷。本文針對傳統環境采集系統工作過程中存在的問題，設計基于MQTT 技術的智能環境監測系統。

1系統組成結構

按照功能作用將系統分為采集層、控制層、傳輸層和應用層。采集層由溫濕度、超聲波、氣體濃度、人體紅外、光照等傳感器分散部署，以獲取周邊環境信息;控制層由ESP32 匯集各種傳感器的實時數據信息，并可以對排氣、調光、加熱、降溫、加濕、聲光報警等控制單元進行操作;傳輸層包括有線傳輸和無線傳輸兩個部分，ESP32 控制中心內部采用有線連接方式，外部通過Wi?Fi 以MQTT 方式與OneNET?中國移動物聯網開放平臺無縫連接[2] 。

系統上電后，ESP32 控制中心自動獲取各傳感器的實時數據信息，并上傳至云服務中心，通過打開已聯網的移動客戶端的APP 或者網頁，可以跟控制中心建立無線通信連接，實時查看各傳感器的參數值。控制中心還會對各傳感器采集數據做閾值判斷，如果采集數據超過設定的安全值，將會向移動客戶端推送報警信息，客戶可以通過移動端反向遠程控制現場設備。系統組成結構如圖1 所示。

該系統采用各種傳感器來監測周邊環境的參數值，由ESP32 作為控制中心，通過其構建的Wi?Fi 無線網絡來傳輸環境參數，轉發數據并反向控制排氣、調光、升降溫等相關執行單元，最終可在APP 或網頁界面實時顯示所監測環境的狀態。

2硬件電路搭建

（1）核心處理器

ESP32 集成了2.4GHz Wi?Fi 和Bluetooth 雙模，具有超高的射頻性能、穩定性、通用性和可靠性，以及超低的功耗。可以在Linux 或Windows 平臺下通過ESP?IDF 編程工具進行開發。

（2）傳感器模塊

各傳感器與ESP32 主控之間的電路連接關系如圖2 所示，傳感器實質上是一種智能檢測反饋裝置，可以實現電信號、溫度、熱量、降雨量、氣體濃度、噪聲分貝量等信息的傳輸與處理。隨著傳感器技術的快速發展，傳感器被廣泛應用在各行各業的智能設備中。

3軟件系統設計

監控顯示界面的開發主要在OneNET?中國移動物聯網平臺上完成。通過APP 或網頁端訪問OneNET 平臺，網頁版的平臺內容可以同步顯示到APP 或網頁端，即可實時查看系統各個傳感器當前所測的數據值，也可查看到當前值與過去值之間相對變化趨勢的折線圖。監控顯示界面如圖3 所示。

基于MQTT 與OneNET?中國移動物聯網平臺連接，需要對CONNECT 報文中客戶端ID、用戶名和密鑰等重要信息參數進行設置，在報文數據信息成功發送之后，即可進入OneNET 平臺，在產品狀態信息欄可看到設備顯示在線狀態[3] 。

4總結

本文主要闡述了基于ESP32 主控和MQTT 技術的智能環境信息采集系統。該系統可以實時監測周邊環境的溫濕度、障礙物距離、氣體濃度、人體紅外、光照、風速等參數，并通過Wi?Fi 將環境參數數據上傳至云服務中心，工作人員通過APP 或網頁端可以實時、高效地查詢環境信息并執行相應反向控制操作。該采集系統具有功能架構齊全、可靠性強、實時性高、節能環保、維護管理便捷等特點，具有良好的市場應用前景。