王麗偉　鄔迎

摘要：隨著智能手機的普及，其他相關的嵌入式的智能產品如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)就是此產物。目前市場上80%以上的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設備的組網技術都是基于ZigBee組網技術，ZigBee組網方案存在兼容性差、穩(wěn)定性差、抗干擾能力弱等缺點，基于WiFi的組網方案具有信號強、控制靈敏、方便遠程控制等優(yōu)勢。該文采用WiFi技術來實現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對家居環(huán)境的檢測、報警，從而使用戶能夠實時監(jiān)測家中的環(huán)境狀況，能夠及時調整到人居住舒服的環(huán)境狀態(tài)。

關鍵詞：WiFi技術；ZigBee技術；智能環(huán)境；監(jiān)測

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）13-0049-02

1 概述

隨著人們生活水平的提高，人們對生活質量和健康問題越來越重視，應運而生了很多圍繞人們的生活、方便人們生活的應用軟件。比如：目前市場上的各種各樣的物聯(lián)網產品?！癝martHome”這一名詞出現(xiàn)于20世紀80年代，是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、安全防范技術、網絡通信技術、 自動控制技術將與家居生活相關的設施集成在一起，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，從而提升家居安全性、舒適性、便利性、藝術性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居通過物聯(lián)網技術將家中的各種設備（如：照明系統(tǒng)、音視頻設備、窗簾控制、家電控制、安防系統(tǒng)、影音服務器、數(shù)字影院系統(tǒng)、影柜系統(tǒng)、網絡家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、暖通控制、紅外轉發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。

基于WiFi家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)核心是傳感器數(shù)據的實時采集、顯示以及報警功能。通過傳感器數(shù)據的實時采集和分析，做出所需求的反應，及時提醒用戶居住環(huán)境的健康狀況，從而及時調整居住環(huán)境的各項指標，提高居住環(huán)境的舒適度。

本文基于WiFi組網技術實現(xiàn)了家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，在兼容性、穩(wěn)定性和抗干擾性等方便做出了改進。將本系統(tǒng)應用與實際的家居環(huán)境中，通過兩年的使用，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，靈敏度較好，安全性較高。能夠對家居環(huán)境實時檢測并及時通知用戶，達到了家居環(huán)境監(jiān)測的目的。

2 系統(tǒng)設計方案

系統(tǒng)采用物聯(lián)網架構模型，根據物聯(lián)網架構分三層：應用層、網絡層、感知層。

應用層：主要包括各類專門針對某行業(yè)的應用軟件。比如：遠程醫(yī)療、污染監(jiān)控、智能家居、智能檢索、智能交通、智能環(huán)境等應用軟件。

網絡層：主要是對硬件設備采集到的數(shù)據進行加工和傳輸。目前所用到的主要平臺有云計算平臺、移動通訊網絡、互聯(lián)網等。

感知層：對監(jiān)測或控制對象進行指標值的采集，并將采集到的數(shù)據，按照約定的網絡協(xié)議進行封裝和加密，將最終封裝完的數(shù)據通過網絡層傳遞給應用層程序。

本系統(tǒng)架構圖如圖1所示：

本系統(tǒng)主要包括三個核心部分，1）傳感器設備的數(shù)據采集：本系統(tǒng)采用51單片機作為傳感器設備的控制器，將采集到的數(shù)據通過路由器傳輸?shù)椒掌髦校?）服務器對單片機發(fā)送過來的數(shù)據按照雙方約定的協(xié)議進行解析和存儲，并將所需的數(shù)據發(fā)送給對應的終端設備；3）終端設備從服務器獲取傳感器設備采集到的數(shù)據，展示給用戶。

3 系統(tǒng)硬件結構設計

本系統(tǒng)的硬件結構主要包括兩部分：傳感器設備、控制器。

3.1 傳感器設備

目前本套家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)兼容的傳感器有：溫濕度傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、紅外傳感器。溫濕度傳感器用于監(jiān)測室內溫濕度的值，當溫濕度值超出了人舒適度的時候，給用戶發(fā)出預警提示，提醒用戶調整室內溫濕度；一氧化碳傳感器主要用于廚房內一氧化碳濃度的檢測，當發(fā)現(xiàn)一氧化碳濃度超標時，立即給用戶發(fā)出報警信息；二氧化碳傳感器用于采集室內二氧化碳濃度，當濃度過高及時提醒用戶采取通風措施，降低室內二氧化碳的濃度值；紅外傳感器用于監(jiān)測室內人的活動范圍和活動時間，對于用戶家中有老人和小孩的家庭非常重要，能夠達到老人和孩子看護的功能。

3.2 控制器

控制器的處理器芯片采用的是ATMEL 公司的AT89C51芯片，因為該款單片機具有外圍電路簡單、硬件設計方便、IO操作簡單、價格便宜、資源豐富等諸多優(yōu)勢，能非常好的滿足家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對底層控制器的設計要求。該單片機的封裝如圖2所示。

通過P0.0-P0.7引腳外接傳感器設備，并采集傳感器設備的數(shù)據進行加工和處理，然后通過單片機的外圍電路的WiFi模塊將加工后的數(shù)據上傳到服務器中。每一個傳感器設備都連接有一個單片機控制板，控制板上的WiFi模塊可以實現(xiàn)家庭自組網，將家中所有的傳感器設備接入局域網中。傳感器設備的數(shù)據在局域網中發(fā)送和接收，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、安全性。

4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計包括服務器的設計與實現(xiàn)、移動端APP的設計與實現(xiàn)。這兩部分分別位于系統(tǒng)架構中的網絡層和應用層，實現(xiàn)了數(shù)據的接收/發(fā)送、解析/存儲、展示/報警等功能。

4.1 服務器的設計與實現(xiàn)

服務器采用的是基于JavaWeb技術的設計案，使用jsp+jdbc +mysql+tomcat的架構模式，實現(xiàn)了對單片機數(shù)據的監(jiān)聽、解析、存儲，對一些超標值和異常狀況進行及時報警提醒用戶。服務器另外一個重要的核心功能是對后臺數(shù)據的管理，用戶或管理員可以根據自己的權限修改某些指標值。目前本系統(tǒng)的服務器部署在阿里云服務器上。

4.2 移動端APP的設計與實現(xiàn)

移動端APP是基于Android平臺開發(fā)實現(xiàn)的，主要包括房間配置、設備配置、情景模式配置等功能模塊?？梢愿鶕脩舴块g的實際情況配置系統(tǒng)的房間，并將對應的傳感器設備配置到對應的房間中。用戶可以根據需要配置情景模式，方便用戶不同場合使用本系統(tǒng)。

移動端APP另外一個重要的核心模塊是對傳感器設備監(jiān)測的數(shù)據以曲線圖的形式呈現(xiàn)給用戶，用戶可以直觀的了解室內的環(huán)境狀況以及室內某一指標值的走勢。

5 結論

本文首先介紹了智能家居應用的范圍、應用的場合，其次詳細介紹了基于WiFi技術的家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的架構，并對架構的各個部分的功能進行了詳細的描述。最后從系統(tǒng)的可靠性、安全性、穩(wěn)定性、方便性等方面對本系統(tǒng)的軟硬件部分進行了詳細的闡述。

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