基于物联网的环境监测系统.

基于物联网的环境监测系统项目团队：靳双动、许振雷、宋昕、陈星指导教师：黄可望、江森林一、开发背景及意义二、课题研究三、总体框架设计四、关键技术五、总结一、开发背景及意义最近几年华北的京津冀地区的雾霾天气使得PM2.5成为我们关注的空气质量的重要指标。尤其是从2013年下半年开始雾霾天气蔓延至全国大部分地区，使得我们对PM2.5更加关注。2014年3月世界卫生组织指出空气污染每年会造成700多万人的过早死亡。PM2.5是空气中直径小于2.5微米的微小颗粒的总称，被称作‘可吸入颗粒’，也就是可以被人体吸入肺部的空气中的颗粒，较大的粒子吸入人体后是可以被排出体外的，而PM2.5则会进入肺部深处，很难排出，就会造成肺部疾病。一、开发背景及意义大多数人认为，PM2.5只是空气污染。其实，PM2.5对气候的影响可能会更糟糕。PM2.5能影响形成云和降雨的过程，间接影响着气候的变化。大气中雨水的凝结核，一般有海水中的盐分还有细颗粒物PM2.5。一些条件下，PM2.5太多了，会“分食”水分，使得天空中的云滴都长不大，蓝天白云就会变得比以前更加少见；一些条件下，PM2.5会增加空气中凝结核的数量，使得天空中的雨滴增多，极端时可能发生暴雨。从PM2.5对人体的影响看来我们及时的了解PM2.5在空气中的含量对我们的生活及身体健康显得尤为重要。我们了解PM2.5的途径大多是天气预报或者是天气预报的移动客户端来了解，但是这些数据是一个地区大范围的平均值，我们更关注的是某一特定范围内各分布的小区域实时的空气质量，例如我们的生活小区和工作场所，希望有一个环境监测系统能实时监控特定范围的空气质量，可实时查询、分析。一、开发背景及意义随着物联网技术的不断发展，上述能实时监控特定范围的环境监测系统就成为可能。可以在特定范围网络化的实时监控环境的变化，并通分析测量出来的环境气体参数从而得到环境气体变化与影响环境变化的参数（主要是产生环境有害气体的人为因素）之间的关系。二、课题研究本项目是借助于物联网技术，以网络化的探测技术为基础，通过自组网模式进行数据传输，分区域地把环境气体测量数据汇总到软件监测平台上来，利用软件平台来对数据进行综合的展示、分析，从而来监控检测环境气体的变化。三、总体框架设计本项目主要是分区域布设网段，在网段中布设相应探测节点，数据发送到上位机（软件监测平台）进行综合处理。软件监测平台可以实现实时的数据查询，对历史数据进行分析，从而得到一个系统的监测资料。本项目初期，重点在软件于监测平台的设计和实现，初期可以以PM2.5监测为主，后期在现有功能的基础上，追加TVOC或者其它环境指标的监测。三、总体框架设计整个设计方案的分为两大部分：硬件和软件本项目软硬件结合，通过硬件搭建、软件编写来对采集的气体数据进行分析研究。三、总体框架设计图1系统总体框架图三、总体框架设计图2单个节点的数据采集处理四、关键技术1、arduinoArduino是一个基于开放原始码的软硬件平台，构建于开放原始码simpleI/O介面版，而且具有使用类似C语言和Java构建的的Processing/Wiring开发环境。Arduino可以通过各类的感器来感知环境，可以控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。Arduino电路板上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，生成二进制文件，烧写进微控制器。Arduino的编程是利用Arduino编程语言(基于Wiring)以及Arduino开发环境(basedonProcessing)来实现的。在Arduino的项目中，可以只包含Arduino，同时也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，它们之间进行通信(比如:Flash,Processing,MaxMSP，Bluetooth来实现)。四、关键技术2、蓝牙模块蓝牙是一种短距离无线通信技术。蓝牙可以适配到很多电子设备上，包括电脑、手机、平板电脑等。DF-BluetoothV3蓝牙模块采用独特的双层板设计，可以采用3.5V～8V和3.3V两种模式供电，可适配于更多设备。缺点是只能用于短距离的数据传输。优点是无线传输，技术相对成熟，模块之间连接很稳定，价格相对便宜。图3蓝牙模块的原理图四、关键技术3、软件监测平台设计（C#）软件监测平台主要分为服务器端和客户端。四、关键技术图4软件监测平台服务器端（1）软件监测平台设计服务器端四、关键技术（2）软件监测平台设计客户端图5软件监测平台客户端四、关键技术（2）软件监测平台设计客户端图6软件监测平台客户端功能模块五、总结本项目借助于物联网技术，以网络化的探测技术为基础，软硬件结合，通过硬件搭建、软件编程来对采集的气体数据进行分析研究。其具体做法是：分区域布设网段，在网段中布设相应探测节点，环境气体测量数据汇总到软件监测平台上来，利用软件监测平台对数据进行综合的展示、分析，从而来监控环境气体的变化，并形成系统的监测资料，在现有的功能基础上，后续可增加算法进一步研究，追加TVOC及其它环境方面的监测。