基于OneNET云平台的室内环境监测系统设计概述

基于OneNET云平台的室内环境监测系统设计概述

摘要鉴于传统的室内环境监测系统，一般采用布置有线电缆的方式，存在布线麻烦、抗干扰能力差等缺点，设计了一种基于物联网云平台的室内环境监测系统；该系统利用STM32F103C8T6芯片控制相应传感器对室内温湿度、烟雾浓度、空气质量等环境参数进行实時采集；用户可通过物联网OneNET云平台完成对室内环境的监测，当室内发生异常时，用户也可及时收到报警短信。实验证明：该系统具有安全可靠、操作简单的优点，具有较高的实用性与广泛的应用前景。

关键词物联网；室内环境监测；OneNET；STM32F103C8T6

前言

现今室内环境的问题给人们的生活带来了诸多的困扰，如：室内装修材料挥发出来的有害气体浓度超标以及室内空气质量不佳等问题；它与人们的生活质量息息相关，甚至威胁到人们的生命与财产安全。目前我国的室内环境监测主要运用无线监测网络，如：ZigBee无线监测网络；王铭明[1]等通过组建ZigBee网络，利用终端节点对室内温湿度、甲醛浓度等环境参数进行实时采集与监测，并将各个参数上传至Web网页，以此方便用户查看。然而国外则研究环境监测仪，如：美国ESC公司研制的Z/ZDL系列手持式气体检测仪等。综上所述，从国内外的室内环境监测发展来看，国内主要运用ZigBee技术，但通过ZigBee技术进行无线传感网络的组建比较复杂、成本较高，而国外研制的监测仪价格都比较昂贵，适用于专业测试机构。针对上述现状，提出了设计本系统，旨在提供更方便、更安全、更经济的环境监测方案给用户。

1 系统硬件设计

本系统的硬件结构框主要由各个传感器模块、STM32主控芯片、物联网联网模块、短信报警模块4个部分组成。本系统的传感器模块选用了DHT11温湿度、MQ-2烟雾和MQ-135空气质量传感器；主控芯片选用了STM32F103C8T6，STM32F103C8T6是一款基于ARM内核的32位MCU，属于Cortex-M3内核，供电电压仅需2V～3.6V，功耗只有0.19mv/MHZ，因此该内核具有高性能、低成本、低功耗的特点。物联网联网模块由W5500以太网控制器模块及无线路由器组成，其中W5500集成了TCP/IP协议栈，支持高速标准4线SPI接口与主机通信，内嵌8个独立硬件Socket可以进行8路独立通信，工程师只需进行简单的Socket编程和少量的寄存器操作即可方便地进行嵌入式以太网上层应用开发。短信报警模块为UNV-SIM800模块；模块板载了SIMCOM公司的工业级四频/双频GSM/GPRS模块，可以低功耗实现语音、SMS（短信）、彩信、数据传输等功能；支持移动、联通2/3/4G卡，具有性能稳定、外观精巧、性价比高的特点[2]。

2 系统软件设计

本系统的软件设计分为数据采集和联网报警两部分，其中数据采集部分的主要工作过程为：首先对STM32F103C8T6主控芯片初始化，接着配置好各个传感器模块、ADC1通道0/1和USART1，然后判断数据是否采集成功，没成功继续采集，成功后由主控芯片对数据进行处理与存储。

联网部分主要完成STM32主控芯片通过HTTP协议将采集到的各个环境参数上传至OneNET云平台和通过USART3给SIM800模块发送AT指令短信报警。其工作工程为：①设备初始化，②配置W5500以太网控制器和SIM800短信模块，③socket连接建立，④上传数据⑤socket关闭⑥若发生异常，则发送报警短信给用户[3-4]。

3 试验结果

为了验证本室内环境监测系统的实用性与准确性，将系统放置于实验室内，对室内的温湿度、烟雾浓度、空气质量等环境参数进行实时采集，并通过PC访问OneNET云平台监测数据；为了使得烟雾传感器与空气质量传感器配合STM32主控芯片的ADC1工作电压，本系统设计了烟雾浓度与空气质量经过模/数转换后的测量范围为0～3.3V，电压越高，烟雾浓度就越大、空气质量越差（受污染越严重）。在测试开始之前，通过打火机释放出了一小部分易燃气体（丙烷、丁烷、石油液化气等）；由于一开始室内存在易燃气体与有毒气体，烟雾浓度和受污染程度逐渐上升，当它们的数值上升到一定程度时，用户便会收到报警短信，等易燃和有害气体消散后，它们的数值便会下降[5]。

接着，通过电烙铁给温湿度传感器加热，室内温度逐渐上升且湿度相对恒定；当室内的温度值或湿度值异常时，用户也会收到报警短信；此外通过OneNET 云平台，还可以获取本系统所处的地理位置。

4 结束语

本文提出的基于OneNET云平台的室内环境监测系统，通过综合运用物联网技术、传感器技术、单片机技术等技术，可实现对室内的温湿度、烟雾浓度、空气质量等环境参数进行实时采集、监测和报警。经过试验，本系统具有一定的实用性与准确性；是一款安全可靠、操作简单的室内环境监测系统；为解决人们的室内环境问题，提供了更可靠、更便捷的方案。

参考文献

[1] 王铭明，陈涛，王建立，等.基于ZigBee网络的室内环境监测预警系统设计[J].计算机测量与控制，2014（22）4：1021-1023.

[2] Bhattacharya S，Sridevi S，Pitchiah R. Indoor air quality monitoring using wireless sensor network[C].Sixth International Conference on Sensing Technology. IEEE，2013：422-427.

[3] 候杰林，张青春，符骏，等.基于OneNET平台的水质远程监测系统设计[J].淮阴工学院学报，2016，25（3）：10-13.

[4] 桂龙，戴小鹏，申聪，等.基于树莓派和onenet云平台的智能家居系统的设计[J].淮阴工学院学报，2018，1（1）：33-34.

[5] 单桂朋，江朝辉，孙云云，等.基于OneNET平台的作物监测系统[J].物联网技术，2017，12（1）：16-23.

黄绍信（1994-），男，广西（玉林市北流市）人；本科在读，研究方向：仪器仪表技术、物联网技术。