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基于云计算的室内环境监测系统的研究.doc

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基于云计算的室内环境监测系统的研究   摘 要:室内环境的质量直接或者间接影响着人们的身心健康。文章以云计算为设想,主要以arduino 2560主控模块、网络传输模块、传感器检测模块、电平转换模块等把实时监测、处理、报警结合成一体。另外,在嵌入式系统下设计嵌入式Web服务器,并在LCD显示屏、网页等平台上显示信息,提高了环境质量监测的可靠性、实时性,希望可以提高、改善环境质量。   关键词:云计算;监测系统;嵌入式系统   引言   基于云计算的室内环境监测的应用研究现如今已经涉及到了各个行业。在市面上销售的环境测量仪价格十分昂贵,许多人望而却步。从调查来看,目前的环境测量大概分为三个方面,首先,自己购买测量仪器,缺点是功能单一,价格不菲。其次是邀请专业人员来家里进行测量,缺点是,活动时间限制,价格仍然不会太低,第三就是买各种测量仪,其缺点就更不用说了,代价会比前两者高出数倍。以上三种情况对于普通人来说,根本无法接受,基于以上情况,为了解决这个问题,我们设计了一款功能齐全的室内环境检测仪,通过对温度、一氧化碳、甲醛、PM2.5等多参数进行实时采样和实时监测,可以掌握室内有害气体的浓度,一旦家里的甲醛、液化气、一氧化碳、酒精和烟雾等浓度过高时,环境监测系统能够立即发出警示信息提醒用户及时应对处理,该系统不但实现了对特殊场所环境的监测,弥补亏那些专业系统的不足,而且还可以远程了解家庭环境的信息,及时应对突发信息,提前做好准备,减少不必要的损失。   1 系统的总体设计   根据实际情况,设计了基于单片机的小型系统,结构图如图1所示,该系统采用arduino2560芯片,传感器采集到信息后,单片机经过A/D D/A转换后,在LCD显示器显示的同时通过W5100模块传输到查询平台,如果传感器采集的值超过预定的阈值,则通过串口报警模块发短信报警。   2 硬件设计   室内环境监测仪实现自动对家居环境中的温度、湿度、一氧化碳浓度、烟雾浓度、甲烷浓度等进行数据采集,对采集的数据进行处理、指示分析,将监测的指标信息显示在液晶屏上,并将数据传输到云端进行存储,用户通过信息平台可及时获取室内环境的指标,掌握室内环境的状况。当某些检测参数超过域值时,例如甲醛浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度、烟雾浓度、有害气体浓度超标时,首先进行本地声光报警提示并发送远程报警信息到指定的手机上。将GPS/GPRS模块应用到系统上,实现基于GPS/GPRS的环境监测,当检测室内各种有害气体超标时,发短信到用户手机,做到实时信息传递。本着以人为本的思想,经过初步计算设计出了如下的环境监测系统图,如图2所示。核心控制采用意大利的arduino mega 2560,它有着开放的源代码以及电路图,操作简单,提供免费的下载接口,支持ISP在线烧等等很多优点。   温湿度传感器模块。DHT11温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器,其湿度测量范围为10%~90%,温度测量范围为0~50℃,误差范围5%,完全适合我们的要求,它内部采用了但总线传输结构,便于与各种MCU连接,并且信号传输距离远。   PM2.5粉尘传感器采用粒子计数,可以灵敏的监测出直径在1微米以上的粒子,尺寸小,质量轻而且易于安装。W5100是多功能的网络接口芯片,内部集成了10/100Mbps以太网控制器,主要应用于高集成、高性能、高稳定和低成本的嵌入式系统中。W5100与IEEE802.3 10BASE-T和802.3u 100BASE-TX兼容。W5100内部集成了全硬件的、且经过多年市场验证的TCP/IP协议栈、以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY)。W5100内部还集成有16KB存储器用于数据传输。使用W5100不需要考虑以太网的控制,只需要进行简单的端口编程。如下实例:   byte mac[] = {   0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED   };//设置路由器mac地址   IPAddress ip(192,168,1,15);//设置本主机ip地址   EthernetServer server(80);//设置浏览器端口号   client.println(HTTP/1.1 200 OK);//写入HTTP协议   3 软件设计   本设计是利用跨平台的java语言写的web网页前端,mysql语句操作后台数据库,当软件接收到w5100通过网络发送过来的数据包后,进行解压分组,用数据库语句处理分组后的数据,判断是否合理,如果合理则存入数据库中,否则丢弃。我们还进一步对数据进行了处理,将采集到的数据进行处理画出对应的折线图,以便客户更好地了解室内环境各物质浓度的变化情况,具体原理图如图3所示。

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