基于物联网架构的智能室内空气监测系统研究及实际应用

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　　摘要：随着我国社会的飞速发展与科学技术的不断进步，人们对于家居生活质量的要求也越来越高，主要体现于对于家居室内环境尤其是空气质量等标准进行数据化、可视化、信息化的直观感知，并可以进行实时调节，进而全面提高生活舒适度与满意度。基于物联网架构的智能室内空气监测系统应运而生，在实际应用中，该监测系统的可靠性与实用性已经得到了社会的普遍认可。因此，就当前这一发展背景，本文立足于物联网技术的蓬勃发展，并从传感技术的科学与创新运用角度入手，对基于物联网架构的智能室内空气监测系统加以研究，深入分析物联网架构的智能室内空气监测系统的理论基础与总体设计理念，探索该监测系统的技术要素，并对系统的应用实践加以总结与展望，以期为未来该技术领域内的进一步研究提供一定的借鉴价值。关键词：物联网;智能;室内空气;监测系统;理论基础;设计;应用
　　中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）04-0-02
　　Abstract： With the rapid development of China’s society and the continuous advancement of science and technology， people’s 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
　　近幾年来，我国社会发展呈现良好的发展态势，社会政治、经济、文化、科技生活都表现出空前向好的进步格局。在这样的发展背景下，人们的物质生活水平得到切实提高，思维与观念也处于不断的进步中，更多地注重生活价值的追求。人们对于家庭居住环境要求和居住标准的不断提高，就是这一发展趋势的集中表现形式之一。此外，室内空气质量如果长期处于较差水平，会对人体健康造成极大的伤害。基于以上两个方面的考量，积极借助科技蓬勃发展进步的东风，通过先进有效的技术手段对我国居民的室内空气质量进行科学监测，具有非常重要的战略意义和实践价值。专家预测，在未来三至五年的时间中，物联网技术的发展将在社会生活中展开广泛的普及与应用，让我们的生活变得越来越舒适、安全与健康[1]。
　　1 物联网架构的智能室内空气监测系统的理论基础与总体设计
　　物联网技术的实质，在于不同物品之间的网络互联，通过对周围外部环境的立体探知，实现人与物品信息的转换与交流互通。物联网技术以计算机互联网技术为基础理念，脱离互联网技术，物联网的应用实践将无法达成。通过对我国近年来对物联网技术的研究成果的分析可以看出，物联网技术在当前我国社会发展进程中具有极为广阔的应用前景，并且拥有大量的政策扶持举措，正在逐渐成为我国科技创新发展领域内的新兴力量[2]。
　　物联网技术体系一般具有三个层次结构。第一，感知层次结构，即通过对无线射频的识别、摄像设备以及传感装置等实施，实现对物品物理状态和性质的感知。第二，网络层次结构，即是物联信息的运输层，将感知层次结构中收集到的信息数据通过互联网等通信技术进行远程传递。第三，应用层次结构，即分析处理信息数据，实现物联网的最终功能，并衍生出不同行业领域内对于物联网技术的实际应用。物联网这一新兴的环境监测技术手段，已经在市场中占据了很高比重，广泛应用于对大气监测、水资源监测以及污水处理等诸多领域[3]。 　　基于物联网架构的智能室内空气监测系统不仅运用了物联网技术，还充分融入传感监测、网络通信等多种前沿技术手段。基于物联网架构的智能室内空气监测系统主要的监测对象是室内空气，具体指标包括温度、湿度、一氧化碳气体浓度以及光照角度、时长，此外，还可以对室内非法入侵等违法犯罪行为加以动态监测，切实保护人们的人身及财产安全。在系统的硬件和软件设计中，有如下几方面总体要求：一方面，在硬件设计中，要符合低能耗、体积小、安全性、实用性等基本要求;另一方面，在软件设计中，要符合模块化、格式化等要求。这样为系统的具体设计操作提供了指导思想，进而最大程度地确保系统顺利投产使用[4]。
　　2 基于物联网架构的智能室内空气监测系统的技术分析
　　2.1 基于物联网架构的智能室内空气监测系统的硬件技术
　　基于物联网架构的智能室内空气监测系统的硬件主要包括无线传感、数据收集、系统控制以及电源控制等装置。
　　第一，无线传感装置。这一部分是监测系统的关键点与核心点，其主要功能在于采集室內空气质量参数，传输距离在十米至二十米之间便可以满足监测指标要求。第二，数据收集装置。首先，在空气温度、湿度数据收集中，选择采用数字式空气温度、湿度传感装置，在具备较高可靠性的同时又能够切实延长使用寿命;其次，在空气颗粒含量数据收集中，采用MQ-2传感装置探测空气中的颗粒物含量，尤其对烷类气体的探测极为灵敏，可以有效预防火灾的发生，这类装置不仅应用于室内防火，在工业生产领域也可以发挥对可燃气体的泄露报警作用[6];最后，在室内一氧化碳浓度数据收集中，选用CO/CF-1000传感装置探测一氧化碳气体，通过数据的线性变化对浓度加以量化。第三，系统控制装置。主要包括DM9000、SD接口电路、网口电路、LCD显示屏等部分装置。可以选择S3C641芯片作为处理器，其具有低成本、低能耗的技术优势。第四，电源控制装置。为以上各类传感装置以及系统装置提供稳定的电源供给。
　　2.2 基于物联网架构的智能室内空气监测系统的软件技术
　　基于物联网架构的智能室内空气监测系统的软件主要包括无线传感网络、室内网络以及用户终端。
　　第一，无线传感网络软件技术。主要是针对系统的上位机与下位机进行网络设计，其中，上位机主要负责对计算机终端的数据监测，让用户更为直观地了解并掌握室内空气质量信息;下位机则主要负责协调装置以及系统终端的软件设计。第二，室内网络软件技术。这一软件技术主要用于接收数据信息，并将数据信息进行一定的技术处理，传递至室内计算机终端，并同时接收空气质量监测中心返回的具体操作指令。第三，用户终端软件技术。这部分是针对用户使用的功能设计，可以为用户提供空气质量数据查询以及远程调节控制功能，该系统包括数据信息显示界面、传感器节点分布显示界面以及实际操作界面等三个部分。
　　3 基于物联网架构的智能室内空气监测系统的应用展望
　　基于物联网架构的智能室内空气监测系统目前仅仅实现了对室内空气质量的实时监测;但是在智能控制方面存在很大的技术进步空间。因此，在基于物联网架构的智能室内空气监测系统的未来应用实践中，首先应当致力于室内空气监测系统科学调节与控制功能的研究，在监测空气质量的同时实现智能控制，以确保室内空气质量始终保持适宜生活居住的最佳状态。其次，强化室内空气监测系统技术拓展，不断将其功能加以完善与推进，让我国居民在低成本的投入下享受更为舒适、便捷的居住环境和条件，充分发挥物联网技术的最大应用价值[7]。
　　4 结束语
　　物联网技术作为当前新形势下的新兴产业，是我国科技进步的标志和重要元素，将物联网技术充分应用于百姓生活、服务于民生需求，具有极为重要的战略意义和社会价值。本文所探究的基于物联网架构的智能室内空气监测系统，就是在这样的发展背景下的科技进步的产物，是在革新物质生活需求、服务基本民生需要的重要战略举措。但不可否认的是，该项技术仍然存在很大的技术进步空间，需要进一步的研究与探索。
　　参考文献
　　[1]宗学军，宋国库，陈斌，姜雪原.基于无线传感器网络的楼宇环境监测系统设计[J].自动化与仪表，2011，26（4）：23-26.
　　[2]杨小国，廖丽.物联网技术发展与环境自动监控系统建设策略[J].九江职业技术学院学报，2017（02）.
　　[3]温荣祥.物联网技术在环境监测中应用的具体策略[J].信息与电脑（理论版），2016（11）.
　　[4]吴洪亮.物联网技术在环境检测中的应用探讨[J].科技创新与应用，2016（35）.
　　[5]蒙海涛，张骥，易晓娟，薛娇娆.物联网技术在环境监测中的应用[J].环境科学与管理，2013（01）.
　　[6]杨辉.基于uC/OS-Ⅱ的LwIP网络协议移植[J].中国科技信息，2011（7）：99-100.
　　[7]李宏奇.物联网技术在环境综合监管方面的应用——青海省环保物联网建设[J].青海环境，2013（04）.
　　收稿日期：2019-02-20
　　作者简介：李峰（1968-），男，汉族，大学专科学历，工程师，研究方向为环境空气自动监测。
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