摘要：隨著無線局域網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，無線終端已經(jīng)融入了人們的生活，該文基于物聯(lián)網(wǎng)研究并開發(fā)了一款戶外便攜式環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)前市面上的環(huán)境監(jiān)測儀大多數(shù)應(yīng)用于空氣、湖泊、海洋、河流等大型系統(tǒng)檢測，基于此，該文采用嵌入式開發(fā)平臺，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在移動終端開發(fā)Android界面，用戶通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對戶外環(huán)境（如溫濕度信息、光照信息、PM2.5等）的實時監(jiān)控，裝置便攜、功耗低，測試精度高。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)控;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);嵌入式系統(tǒng);無線終端設(shè)備

中圖分類號：TP334.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）01-0128-03

健康中國的推進(jìn)、人類命運共同體的構(gòu)建，都提出保護(hù)美好社會生活環(huán)境的愿景，環(huán)境對生活的影響已經(jīng)成為一個熱點問題[1-2]。市面上的環(huán)境監(jiān)測裝置功能單一化，一般只能監(jiān)測某一種環(huán)境因素，不能夠很好地滿足人們的需求。本文擬從研究的熱點技術(shù)出發(fā)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)為突破點[3-6]，研究以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)、電子信息技術(shù)組成的多功能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可以同時監(jiān)測多路信息，比如溫度、濕度、光照強度、大氣壓強、PM2.5、氨氣、硫化物、煙霧和苯系蒸汽等[7-9]。幫助人們更準(zhǔn)確地監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，力求最大限度改善環(huán)境，使人們的生活更加美好。

目前國內(nèi)現(xiàn)在對環(huán)境監(jiān)測還停留在傳統(tǒng)的人工環(huán)境監(jiān)測方法，幾乎還基于單片機終端監(jiān)測很少具有實時通信功能[10-12]。產(chǎn)品的現(xiàn)場安裝受使用環(huán)境所限，環(huán)境應(yīng)用適用性差，測控手段單一。很難進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)控和報警。

1 整體方案設(shè)計

該系統(tǒng)采用的是5V供電，主要是以STM32平臺作為主控制器，WIFI通信，通過STM32采集傳感器檢測到的數(shù)據(jù)[13-16]，并且通過wifi發(fā)送到手機客戶端，檢測后通過設(shè)置最低值和最高值，當(dāng)檢測到超過設(shè)置的最高值的時刻，系統(tǒng)就會提示報警。

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 WIFI通信模塊

WIFI模塊的電路原理圖如圖2所示。設(shè)計采用ESP8266模塊，實現(xiàn)物理設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)通訊。

2.2 報警模塊

報警電路主要由蜂鳴器和LED組成，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)超過閾值時，蜂鳴器報警，LED點亮。

該模塊的電路連接圖如圖3所示。

2.3 溫濕度模塊

溫濕度模塊采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器設(shè)計，具體的電路設(shè)計原理圖如圖4所示。

2.4 光照強度模塊

采用光敏電阻作為信號采集器件。光敏電阻是基于光電導(dǎo)效應(yīng)的一種光電器件，無光照時， 光敏電阻值（暗電阻）很大， 電路中電流（暗電流）很小;當(dāng)受到光照時，半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率增加，電阻減小。其阻值隨光照增強而減小。光敏電阻作為光電式傳感器的一種，它具有靈敏度高、光譜響應(yīng)范圍寬;體積小、重量輕、機械強度高、耐沖擊、耐震動、抗過載能力強和壽命長等特點。該模塊在電路連接中圖如圖5所示。

2.5 空氣質(zhì)量模塊

空氣質(zhì)量檢測模塊采用MQ135氣體傳感器，該模塊的電路連接圖如圖6所示。

3 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)主要由STM32通過DMA采集多通道的ADC接口來連接光照強度、PM2.5模塊、空氣質(zhì)量模塊，采集到傳感器的模擬量后，通過算法，進(jìn)而得到光照強度、PM2.5和空氣質(zhì)量的值;并通過I2C和BMP180通信得到大氣壓的數(shù)值;通過單總線和DHT11通過得到溫濕度的數(shù)值;采集的環(huán)境數(shù)據(jù)在LCD5110液晶上顯示;并通過串口來與WIFI模塊進(jìn)行通信，通過串口配置與WIFI模塊一樣的波特率，然后發(fā)送特定的AT指令，可以對WIFI模塊進(jìn)行配置及控制，使得可以與手機進(jìn)行通信，最后通過串口將采集傳感器的數(shù)值經(jīng)過WIFI模塊發(fā)送到手機App上，進(jìn)而就可以實現(xiàn)在Android平臺上，手機對環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測。

4? 實驗測試

在硬件調(diào)試的過程中，利用AD繪制完原理圖，根據(jù)原理圖設(shè)計好電路板后，對板進(jìn)行了檢查，確認(rèn)整體的電路設(shè)計沒有問題后，確定無誤后再進(jìn)行元器件的焊接。焊接完成后，對焊接的地方進(jìn)行檢查，檢查是否有虛焊或者漏焊，確認(rèn)沒問題后。再針對電源供電部分進(jìn)行檢查，看MCU等各個部分的供電是否正常。然后下載之前在開發(fā)板上調(diào)試過的程序，看是否在本系統(tǒng)中是否能正常運行。雖然在調(diào)試的過程中遇到了一些問題，但是經(jīng)過各種排查和解決，終于達(dá)到了設(shè)定的目標(biāo)功能。

5? 結(jié)論

本文在分析當(dāng)前環(huán)境檢測存在的問題和重點研究領(lǐng)域出發(fā)，設(shè)計完成了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境檢測系統(tǒng)。具體完成了整體方案的設(shè)計、硬件單元電路的設(shè)計以及軟件設(shè)計，能夠?qū)囟?、濕度、大氣壓、光照，PM2.5以及空氣質(zhì)量進(jìn)行檢測，經(jīng)過實際測試，整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定、準(zhǔn)確。

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【通聯(lián)編輯：梁書】

收稿日期：2021-09-10

作者簡介：陳新喜（1969—），男，湖南株洲人，副教授，主要研究方向為電子信息技術(shù)、嵌入式技術(shù)應(yīng)用等。

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