叢玉華 張爽爽 杜思舟

摘要：隨著人們健康意識的提高，對環(huán)境的關(guān)注也隨之加強，為此，本文設(shè)計并實現(xiàn)一套輕型、實時環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)，對采集信息進行管理，可實時查詢環(huán)境情況。系統(tǒng)分為信息采集、安卓終端、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個部分，主要運用了Zigbee無線傳感網(wǎng)技術(shù)、ARM嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和移動互聯(lián)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測;ZigBee傳感網(wǎng);安卓;MYSQL

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0102-03

0 引言

近年來，由于國家對于綠色環(huán)境、綠色生活的大力宣傳，人們對環(huán)境和健康綠色生活意識的不斷增強，環(huán)境質(zhì)量檢測成為環(huán)保領(lǐng)域中重要的環(huán)節(jié)。目前，環(huán)境質(zhì)量檢測產(chǎn)品可分為兩大類：一種是高級別的專業(yè)大型檢測儀器，一般是專業(yè)檢測部門才會使用，由于價格昂貴，操作難度大，幾乎不可能被普及化;另一種小型但是不能夠移動的產(chǎn)品，它們的主要特點是：雖然成本比較低、操作使用略簡單的設(shè)備，但是不夠智能。所以小型、低成本的智能環(huán)境質(zhì)量檢測產(chǎn)品越來越受廣大的消費者的熱愛。鑒于此要設(shè)計一款智能環(huán)境檢測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)的功能

智能環(huán)境檢測系統(tǒng)功能包括：用戶可以通過安卓終端訪問數(shù)據(jù)庫，查詢數(shù)據(jù)庫中存儲的信息采集模塊所采集的信息。包括室內(nèi)空氣的溫濕度、甲醛、煙霧、苯系物、一氧化碳等影響人體舒適感的物質(zhì)的含量，還可以查詢室外的風(fēng)速、風(fēng)向、光照、雨量、PM2.5、二氧化硫、二氧化氮等影響人體舒適的空氣環(huán)境因素。為了讓用戶更加直觀的了解自己的生活環(huán)境，還可以查詢監(jiān)測物質(zhì)的近期發(fā)展趨勢，監(jiān)測物質(zhì)的歷史信息。其中信息傳輸?shù)倪^程如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)的架構(gòu)

該系統(tǒng)主要用于室內(nèi)外小范圍內(nèi)環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)測和顯示。系統(tǒng)主要分為信息采集模塊、智能終端和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)三大模塊。信息采集模塊由Zigbee傳感網(wǎng)絡(luò)組成;智能終端模塊由Android手機終端和ARM控制臺兩部分組成，Android手機終端主要由用戶使用，ARM控制臺重在負責協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和Android手機終端的信息傳輸;另外數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責信息的記錄及管理。系統(tǒng)的功能模塊圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)具體設(shè)計

2.1 信息采集模塊

信息采集模塊由Zigbee傳感網(wǎng)構(gòu)成主要包括：Zigbee網(wǎng)絡(luò)和傳感器兩部分。

（1）Zigbee網(wǎng)絡(luò)。分布在所觀測區(qū)域里的大量的ZigBee節(jié)點構(gòu)成ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)， ZigBee節(jié)點類別主要分為協(xié)調(diào)者、路由器、終端。協(xié)調(diào)者是啟動和配置網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)備，是整個網(wǎng)絡(luò)的信任中心，一個網(wǎng)絡(luò)中有一個用于協(xié)助綁定的協(xié)調(diào)器;路由用于擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，為數(shù)據(jù)的續(xù)傳接力;終端發(fā)送或接收一個信息但是不能執(zhí)行任何路由操作。ZigBee具有很強的組網(wǎng)能力，可以形成星型網(wǎng)絡(luò)、樹形網(wǎng)絡(luò)和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。ZigBee通信方式主要有點播、組播和廣播。點播，即是點對點的通信，也就是2個設(shè)備之間通訊，不許有第三個設(shè)備接收到信息;組播，即把網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分組，每個組員發(fā)送的信息只有相同組號的成員才能夠收到。廣播，也就是1個設(shè)備上發(fā)出的信息所有設(shè)備都能接收到。本系統(tǒng)采用的是無路由的星型拓撲以及點播的組網(wǎng)方式。

（2）傳感器。傳感器分布在Zigbee節(jié)點上，室內(nèi)傳感器有：溫濕度、甲醛、煙霧、苯系物、一氧化碳等，室外傳感器有：風(fēng)速、風(fēng)向、光照、雨量、PM2.5、二氧化硫、二氧化氮等，后續(xù)可根據(jù)環(huán)境參數(shù)擴展傳感器類型。各Zigbee節(jié)點與Zigbee協(xié)調(diào)者構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，通過Zigbee協(xié)調(diào)者將采集環(huán)境參數(shù)傳給安卓主控器，并能接收安卓主控器的命令。

該模塊的架構(gòu)如圖3所示。

2.2 智能終端模塊

智能終端模塊分為兩部分：分別為安卓主控器和安卓移動終端。

（1）安卓主控器。安卓主控器負責接收并處理Zigbee傳感網(wǎng)傳來的參數(shù)信息，然后將信息以一定的數(shù)據(jù)格式輸送給數(shù)據(jù)庫。主控器選用Smart210作為核心開發(fā)平臺。平臺采用高性能的Cortex-A8核心板，三星S5PV210作為主處理器，運行主頻可高達1GHz，可流暢運行Android， Linux和WinCE6等高級操作系統(tǒng)。

（2）安卓移動終端。安卓移動終端可采用安卓操作系統(tǒng)的手機，主要功能是通過移動網(wǎng)絡(luò)可通過瀏覽器遠程訪問數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息，一方面可實時獲取室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)，另一方面可以發(fā)送遠程控制命令。

2.3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責存儲主控器傳輸來的參數(shù)信息，并將參數(shù)信息提供給安卓移動終端訪問。本系統(tǒng)采用高速、靈活的MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。

3 功能實現(xiàn)

在該系統(tǒng)中，Android客戶端上實現(xiàn)了三大功能，環(huán)境參數(shù)顯示，參數(shù)趨勢變化，和歷史數(shù)據(jù)查詢。系統(tǒng)的實物如圖4所示，主界面如圖5、6所示。

在環(huán)境參數(shù)顯示模塊中主要實現(xiàn)了：Android手機終端通過無線網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)庫中的環(huán)境參數(shù)信息。在室內(nèi)參數(shù)顯示界面上實現(xiàn)了對兩個節(jié)點采集參數(shù)的顯示，用戶可以通過該界

面進行同一參數(shù)的比較，從而了解室內(nèi)不同地點的環(huán)境參數(shù)的差異。在室外參數(shù)顯示界面上實現(xiàn)了室外一個節(jié)點的參數(shù)采集。參數(shù)界面如圖7所示。

在參數(shù)趨勢變化模塊主要實現(xiàn)了：通過折線圖體現(xiàn)參數(shù)的最近變化趨勢，用戶通過折線圖能夠更加清楚地了解到身處環(huán)境的變化。折線圖如圖8所示。

在歷史數(shù)據(jù)查詢模塊中實現(xiàn)了：將存放于數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)通過服務(wù)器傳輸?shù)娇蛻舳?，并通過表格形式顯示，用戶可以通過該界面了解過去測到的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)瀏覽如圖9所示。

4 結(jié)語

該環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，特點在于輕便、靈活。用于家庭或辦公場所小范圍內(nèi)的監(jiān)測。目前限于傳感器技術(shù)，有部分參數(shù)還不能實現(xiàn)采集。但系統(tǒng)保留了軟硬件的擴展功能。后期可隨時添加。

Environmental Monitoring System Based on Mobile Interconnection

CONG Yu-hua，ZHANG Shuang-shuang，DU Si-zhou

（Nanjing University of Science and Technology ZiJin College，Nanjing Jiangsu? ?210046）

Abstract：With the improvement of people's health awareness， environmental concerns are also strengthened. Therefore， this paper designs and implements a light and real-time environmental monitoring system， which can monitor indoor and outdoor environmental parameters， manage the collected information and query the environmental situation in real time. The system is divided into three parts： information collection， Android terminal and database system. It mainly uses Zigbee wireless sensor network technology， ARM embedded technology， database technology and mobile interconnection technology.

Key words：environmental monitoring; ZigBee sensor network; Android; MYSQL