基于物联网的家居环境监测预警系统设计

物联网在环保领域用于环境监测和污染预警 #生活知识# #科技生活# #科技改变生活# #物联网设备#

摘要：本文基于ZigBee网络、智能设备等技术，给家庭环境提供监测预警系统，其中涵盖温湿度数据采集、火灾探测监测、光照强度检测、PM空气质量监测、烟气浓度监测、设计控制监控等6大功能。

关键词：物联网;家居环境;监测预警系统

随着物联网、大数据和嵌入式技术的发展，智能家居环境的应用系统已经从单一的控制系统转变为丰富的环境和“云端管道末端”的集成平台，全面监控环境管理体系的变化。如今，大多数智能家居系统主要使用单源监控来获取环境数据。不仅是缺乏对家居生态系统各种情况的实时监测和预警，更是缺乏真实的情况，缺乏获取准确的数据的办法。对此，本文打造了一套涵盖温湿度测量、火灾监测、光强检测、电能质量监测六大功能的综合智能家居监控预警系统：端一体化物联网信息集成系统。

一、家居环境监测系统框架

1.物联网体系架构

目前，物联网行业架构主要由感知层、网络层和应用层三层组成。三层之间的关系可以理解如下：感知层用于可视化与人脸和皮肤特征相对应的数据;网络层用于以与人类神经和大脑相同的方式传输数据;应用层用于提供适合人们社会工作领域的应用。

（1）感知层用于可视化数据。这些技术包括RFID、传感器和其他主要功能。

（2）web层用于数据传输。这些主要是移动网络、互联网等技术，其主要功能是机密数据的传输和处理。

（3）应用层用于实现应用。它包括物联网和各行业技术的结合，其主要功能是各行业的物联网和智能的运用。在这三层之间，数据并不是单向的，而是双向的。

2.系统总体设计

家庭监控预警采用TICC2530芯片作为各种传感器的主控芯片，组成基于ZigBee协议的无线传感器网络。 ZigBee协调器将采集到的传感器数据通过串口发送至RaspberryPi4开源硬件，处理后上传至物联网云平台。用户通过物联网云平台接口进行数据呈现、传感器节点管理、预警等功能。该系统由传感器收集数据的系统、用于处理和传输信息的模块以及物联网云平台所组成。

（1）传感器数据采集系统

传感器数据采集系统采用TICC2530F256芯片构建ZigBee无线传感器网络。每个无线传感器网络节点根据环境的外观、温度和湿度收集数据。同时配备无线传感器、光传感器、PM粉尘激光发射器和燃料传感器，这些都属于收集数据的气体浓度传感器。例如，在厨房易于发生火灾或者漏气区域放置可燃气体和可燃气体传感器组件，在客厅放置温度和湿度传感器组件，在房间以及其他生活区域放置光传感器组件会有很大的作用。最后，从ZigBee网络中的协调节点采集各节点的数据，通过协调节点的串行通信口发送到信息处理和传输模块[1]。

（2）信息处理与传输模块

该系统以开发硬件为核心，在执行云平台提供的指令时，负责发送和接收系统信息、集中、存储、解析、处理和执行某些数据。此外，该模块具有通信功能，可以将处理后的数据传输到物联网云平台。

（3）物联网云平台

武汉物联网企业以及物联网平台可以随时查看、测试和控制云端各种传感器的状态，还可以实现信息协议，处理报警消息。

3.家居环境监测系统功能

住宅环境监测系统收集、统计存储、评估和计算与各种室内环境因素相关的环境参数，包括温度和湿度、噪音、亮度、一氧化碳、甲烷和烟雾等在线跟踪其指标。环境参数指标和这些指标的预警不仅仅可以确保居民的健康，还可以保证居民的人身和财产的安全。家庭跟踪系统执行以下功能：

（1）数据的收集和传输。室内环境监测系统的感知层根据监测系统的功能需求采集相关数据，传输并存储到云数据中心，对感知数据进行分析和处理。

（2）分析、管理和数据处理。家庭跟踪信息的种类是广泛而多样的。可以使用更新的感知数据或历史数据来执行聚类分析、舒适度分析以及使用远程访问来计算舒适度分析结果和聚合感知数据。

（3）使用远程访问服务。最终用户可以查询或共享来自云计算的原始感知数据和实时分析进行结果处理。同时，云中心可以远程控制智能家电（照明、通风系统、空气净化器等）。 在室内，可以同时以终端用户定义的方式提供报警服务，提供室内各区域指标的实时互联网监控。

二、系统硬件设计

系统各组成部分的硬件有必要根据系统开发的简单性、经济性和兼容性的特点进行选择。

1.前端物联网采集终端设备

前端物联网采集作为终极物联网终端设备，根据业务需求、湿度、温度等特性，以及甲烷、噪音、照明等环境参数，通过GPRS、WIFI远程配置合适的传感器，帮助我们收集室内生活环境的各种指标。一种无线通信技术，将采集到的指标信息远程传输到云监控信息服务的服务器平台。末端控制器的主要功能是根据房间的需要使用环境传感器采集各种环境参数。然后使用 ZigBee 或 WIFI 模块将收集的数据传输到最终协调器。端协调器的主要功能是采集从各个房间采集端控制器采集的多媒体数据，并将综合数据上传到逆向云监控信息服务平台实现在线存储。

2.1TICC2530F256

1TICC2530F256是一款适用于 2.4GHz IEEE802.15.4、ZigBee 和 RF4CE 的 SoC 片上系统，它其中包括射频接收器、标准 8051 高级 CPU、系统可编程闪存、8K RAM 和其他功能组件，组合成强大的网络节点。结合德州仪器 （TI） 业界领先的 ZigBee Gold Cell （Z-StackTM） 协议栈，提供强大而全面的 ZigBee 解决方案。家居环境监测预警系统采用TICC2530F256作为传感节点，通过I2C、I/O口等采集温湿度、火焰、光强、PM值、可燃气体浓度等数据，提供ZigBee 无线局域网协调器，通过协调节点的串口进入信息处理和传输模块。

3.各类传感器

（1）温湿度传感器

HTU21D温湿度传感器为OEM应用提供准确可靠的温湿度测量数据。温湿度数字输出是通过单片机接口和模块化连接的，其中HTU21D共有6个分支，分别通过I2C接口与CC2530通信接口， 2.2.2 光敏传感器 BH1750FVI 是一款两线串行总线数字光传感器IC，可根据采集的光强数据调节LCD 或键盘背光的亮度。由于它具有高分辨率的特性，所以可以在 1 到 65，535 勒克斯的测量范围内检测到各种亮度变化。 2.2.3 火焰探测器采用ZY-HY002xIO型火焰探测器，该模型通过带有运算放大器的红外接收管接收红外范围内的相关信息。

（2）4PM激光粉尘变送器传感器

PM 激光粉尘发射器传感器（型号 ZYPM001xTTL），是通过一个 MD/8 终端连接到 CC2530 节点进行串行通信。 2.2.5 可燃气体检测仪采用市售气体检测仪（型号ZY-RQ001xIO）。该位可以根据读取 I/O 端口的电平来确定房屋内是否有可燃气体。

四、结语

经长期测试，家居环境监测预警系统可以实时监测各种传感器数据，并准确可靠地上传到物联网云平台。这种APP系统可以让用户全面掌握家居环境数据，从多个位置获得精准监测预警。该系统易于构建、易于查看数据而且易于扩展。它不仅适用于家庭环境管理，还适用于办公室或室内环境的管理。未来的工作将集中在两个方面：（1）利用智能环境加强态势监测和预警研究。（2）二次云物联网平台开发的人工智能算法研究。

参考文献

[1]李兵，肖茂翔.基于物联网的家居环境监测预警系统设计[J]. 物联网技术，2021，11（11）：18-21.

[2]王建华.基于云计算与物联网的居住环境监测系统研究[D].杭州电子科技大学，2016.

网址：基于物联网的家居环境监测预警系统设计 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/1166562

相关内容

基于物联网的居家环境监测系统设计
基于物联网智能家居环境监控系统设计与分析.doc
基于物联网的室内环境监测控制系统设计
基于物联网的智能家庭环境监测系统操作指南.docx
基于物联网的智能家居环境监测调节系统的设计
物联网的环境监测系统
基于物联网的智能家庭环境监测系统设计【7700字】.doc
基于物联网的家居环境监测系统的设计与实现 免费文案+PPT模板下载
一种基于人工智能的家居环境远程监测预警系统技术方案
基于物联网技术的牛舍环境监控系统设计

随便看看